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ARGOMENTO: ARCHITETTURA NAVALE
PERIODO: XX – XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: strutture, navi
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Le soluzioni convenzionali per le alberature delle unità navali sono afflitte da una ampia gamma di aspetti negativi che includono robuste strutture di acciaio che spostano in alto pesi, con conseguente incidenza sulla stabilità, manutenzione difficile e costosa a causa di sensori esposti a eventi atmosferici ma anche a depositi corrosivi sia ambientali sia combinati con i gas di scarico, effetto bosco/schermo e settori ciechi a causa delle interazioni sensore/struttura reticolare dell’albero, induzione elettromagnetica dovuta a riflessioni spurie e scarsa discriminazione dei segnali che si sovrappongono, comunque generando una elevata segnatura radar. Un quadro di difficoltà ed inefficienza che ha spinto i progettisti navali e gli strutturisti a cercare alternative; in particolare nell’ ultimo decennio è cresciuto l’orientamento verso strutture e materiali compositi, con una gamma di soluzioni ancora alla ricerca di ulteriori ottimizzazioni.
Indirizzi che hanno in comune l’ipotesi di ospitare il maggior numero possibile non solo di sensori ma anche i relativi apparati (i fatidici “armadi” di antica memoria) all’ interno di una struttura protetta che assolva anche la funzione di “albero”, con l’effetto di poter impiegare apparati e componenti meno costosi, non specificamente previsti per sistemazione all’ esterno. Soluzioni che proteggono i sistemi, riducendo collegamenti complessi e dedicati, dall’ alimentazione di energia alla trasmissione dei segnali, e impongono chiusure e schermi sensibili e permeabili alle frequenze usate per consentire ai sensori di “vedere” attraverso i pannelli di rivestimento della struttura dell’albero: l’obbiettivo è duplice, migliore copertura e minore segnatura elettro-magnetica. È interessante analizzare le soluzioni adottate sperimentalmente a fine ‘900 e poi in ampia scala negli ultimi anni per avere un’idea dello stato dell’arte e dei diversi indirizzi per lo stesso obiettivo Tra le prime realizzazioni si possono considerare, da parte statunitense, strutture esagonali (come quella usata a bordo della USS REDFORD DD-968) o ottagonali (come quelle estesamente adottate a bordo delle LPD della classe USS SAN ANTONIO LPD-17).
La struttura esagonale, sviluppata in altezza rispettando in pratica il posizionamento della configurazione originale della classe Spruance e potendo con questo sviluppare anche analisi comparative, estesamente provata sul USS REDFORD DD 968, ha fatto acquisire esperienze sui materiali compositi e leggeri
L’installazione sperimentale sul REDFORD appartenente alla classe Spruance, permise di determinare una data di partenza per la rivoluzione delle alberature: nel 1997 dopo 20 anni di servizio, fu scelta per la prima installazione a bordo dell’Advanced Enclosed Mast/Sensor System che utilizzava materiali avanzati, specificamente sviluppati, strutture e tecnologie di montaggio studiate la funzione dei sensori, delle emissioni elettromagnetiche e della riduzione della segnatura. Due strutture semi-piramidali a base esagonale, opposte come sviluppo, unite sulle rispettive basi: la prima, rovesciata, la metà inferiore del sistema AEM/S, serviva a sostenere e posizionare la metà superiore all’altezza voluta: il rivestimento di questa base, al fine della riduzione dei pesi e della riflessione, era fondamentalmente costituito da leggeri panelli di balsa con protezione superficiale.
Schema e dettaglio della struttura provata sul REDFORD DD968 – La metà superiore era divisa in due scomparti simili a radome; il vano superiore ospitava l’antenna Mk 23 Target Acquisition System (TAS) e quello inferiore racchiudeva l’antenna di ricerca aerea AN/SPS-40. La struttura esagonale, sviluppata in altezza rispettando in pratica il posizionamento della configurazione originale della classe Spruance e potendo con questo sviluppare anche analisi comparative, estesamente provata sul REDFORD DD968, ha fatto acquisire esperienze sui materiali compositi e leggeri.
Illustrazione schematica dei materiali utilizzati per il rivestimento della struttura installata sul REDFORD DD968
La base di collegamento delle due piramidi rovesciate, a circa la metà dell’albero, assicurava la schermatura elettromagnetica (EM) tra le due porzioni. La metà superiore era strutturalmente un guscio costituito e rivestito da pannelli in materiale composito a strati, con anima in schiuma, selettivo per le frequenze utilizzate.
Diverse sono le premesse concettuali delle alberature integrate adottate estesamente a bordo delle LPD della classe USS San Antonio (LPD-17), progettate tenendo conto della prima esperienza del REDFORD e di nuovi processi costruttivi e di prova. Esigenze operative e semplificazioni costruttive (pre-assemblaggio dei moduli) sono state opportunamente coniugate in tale soluzione, divenuta un modello di riferimento già alla fine degli anni ’90 (“uovo di Colombo” impiantistico/industriale prima ancora che risposta ad un’esigenza operativa). Il programma LPD 17 rappresenta al meglio le capacità della US Navy di adattarsi e capitalizzare la riforma delle acquisizioni di quel momento, compresi:
– coinvolgimento precoce dell’industria sulle procedure di progettazione, produzione e riduzione dei costi;
– teaming di costruttori navali e integratori di sistemi di combattimento per risolvere i problemi all’origine e ridurre i tempi di allestimento e prove;
– lo sviluppo e l’adozione del principio di “teaming for life”, concetto quasi di corresponsabilità o di garanzia estesa, in base al quale il main contractor del programma LPD 17 avrebbe acquisito la responsabilità, ma anche opportunità, di fornitore esclusivo per il ciclo di vita;
– riduzione dei requisiti Mil-Specs alle componenti essenziali, vitali per il combattimento e la sopravvivenza dell’unità.
Il sistema Advanced Enclosed Mast/Sensor (AEM/S) fu selezionato per l’intera classe SAN ANTONIO evoluto quale struttura ottagonale autonoma, autoportante e rimuovibile che consente l’aggiornamento modulare a costi ridotti dei sensori armi e dei sistemi di comando, controllo, comunicazione, computer e intelligence (C4I). Il principio informatore dettato dal Bureau of Ships è stato quello della mitigazione dei rischi e dell’ottimizzazione costi/benefici del sistema AEM/S ATD, quale investimento a futuro della US Navy. Nello specifico dell’alberatura, con l’esperienza acquisita sul prototipo sono stati sviluppati ed adottati materiali compositi multistrato, selettivi in frequenza, progettati per consentire con perdite molto basse il passaggio delle frequenze di ciascuno dei sensori nave pur essendo in grado di riflette altre frequenze: la conformazione del rivestimento è a facce piane, sagoma liscia capace di ridurre la segnatura trasversale, nel complesso struttura portante, resistente e rigida in grado di soddisfare i requisiti Mil per vibrazioni, shock e fatica.
La prefabbricazione del modulo “Octagonal Advanced Enclosed Mast/Sensor” per la USS San Antonio LPD (fonte Ingalls Shipbuilding)
L’evoluzione e forse anche l’estremizzazione del concetto AEM/S ATD, lo USS ZUMWALDT, DD1000. Più di dieci anni separano la progettazione di questa unità da quella modello della LPD17, e più di un quarto di secolo dal prototipo AEM/S ATD: questa unità ha comunque ben altri problemi che la sola conformazione della NON alberatura e della segnatura dei sensori. Generazione elettrica ed impiego dell’energia anche come arma spostano in altro modo i problemi di interferenze e segnatura (fonte Bath Iron Works)
Le note anteriori tratteggiano la filosofia della US Navy, mentre per quanto riguarda i britannici la soluzione prescelta per l’evoluzione, definita ATM (Advanced Technology Mast), si discosta, riconducendosi ad una struttura portante in acciaio rivestita in pannelli compositi di plastica rinforzata con fibre (FRP), in strati radar assorbenti. Per il resto i concetti informatori sono simili, seppur riconducibili a necessità in scala ridotta:
– I sensori sono installati in moduli intercambiabili montati all’interno del compartimento risultante da tale struttura.
– La filosofia progettuale dell’albero mira a rendere modulare la progettazione delle unità navali e facilitare il retrofit su navi esistenti.
– I sensori e gli apparati relativi sono completamente racchiusi all’ interno dell’albero riflettente radar.
– In questa soluzione l’alberatura appare come una struttura leggermente piramidale, non strallata, di ampia sezione a base rettangolare, che assicura spazi aggiuntivi senza dover ricorrere a riconfigurazione degli spazi esistenti a scafo o nelle sovrastrutture.
L’evoluzione britannica: la HMS ARK ROYAL, R07 fu la prima unità sulla quale venne adottato in grande scala il concetto Advanced Technology Mast dopo i lavori a Portsmouth del 2004 – Più che innovazione quale scelta radicale si trattò di una soluzione ibrida relativa agli apparati e sistemi installati in retrofit per l’allungamento della vita operativa dell’unità senza ricorrere a procedure tradizionali di riallestimento e cablaggio. (Foto J. Hamlet/MOD)
Sulla HMS QUEEN ELIZABETH, in una foto del 2021, il concetto Advanced Technology Mast è stato adottato ed applicato in sede di progetto (foto dell’autore)
Fine parte III – continua
Giancarlo Poddighe
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Ufficiale del Genio Navale della Marina Militare Italiana in congedo, nei suoi anni di servizio è stato destinato a bordo di unità di superficie, con diversi tipi di apparato motore, Diesel, Vapore, TAG. Transitato all’industria nazionale ha svolto incarichi di responsabilità per le costruzioni della prima legge navale diventando promotore delle Mostre Navali Italiane. Ha occupato posizioni dirigenziali sia nel settore impiantistico che delle grandi opere e dell’industria automobilistica, occupandosi della diversificazione produttiva e dei progetti di decarbonizzazione, con il passaggio alle motorizzazioni GNV.
E’ stato membro dei CdA di alcune importanti JV internazionali nei settori metallurgico, infrastrutturale ed automotive ed è stato chiamato a far parte di commissioni specialistiche da parte di organismi internazionali, tra cui rilevanti quelle in materia di disaster management. Giornalista iscritto all’OdG nazionale dal 1982, ha collaborato con periodici e quotidiani, ed è stato direttore responsabile di quotidiani ricoprendo incarichi di vertice in società editoriali. Membro di alcuni Think Tank geopolitici, collabora con quotidiani soprattutto per corrispondenze all’estero, pubblica on line su testate del settore marittimo e navale italiane ed internazionali. Non ultimo ha pubblicato una serie di pregevoli saggi sull’evoluzione tecnologica e militare sino alla 2^ Guerra Mondiale, in particolare della Regia Marina, pubblicati da Academia.edu.