Rumore delle navi e sistemi idrofonici d'emergenza

Navi cargo

La distribuzione spaziale del rumore emesso da semoventi navali incide sulla possibilità di usare un sistema idrofonico di un sottomarino come ausilio alla riemersione del mezzo.

Per lo studio di fattibilità di un apparato sonar per piccoli mezzi subacquei avente lo scopo di indicare all'equipaggio la presenza di natanti nella zona di mare circostante il punto di riemersione è necessario che nel progetto e nella realizzazione di tale apparato le funzioni operative del sistema vengano alquanto limitate al solo modo passivo.

Condizione necessaria nella configurazione suddetta è che la probabilità di scoperta dell'apparato si mantenga sensibilmente vicino al 100% nei confronti della stragrande maggioranza dei mezzi di superficie da considerare.

Caratteristiche della distribuzione spaziale del rumore delle navi

Il rumore irradiato dai natanti in movimento presenta livelli di pressione tali da consentire la scoperta a brevi distanze anche ad impianti di ridotta complessità sempre che la distribuzione spaziale del rumore stesso abbia caratteristiche di direzionalità tali da non impedire la ricezione per particolari configurazioni geometriche (aspetti) del natante rispetto al sensore ricevente.

Indicazioni generali

Diagramma a farfalla per frequenze $>>2000\ Hz$

Due tra le indicazioni generali evidenziano:

• Il rumore irradiato in acqua dalle navi di superficie è generalmente quasi omnidirezionale soprattutto alle basse frequenze:

($f\ <=\ 1000-2000\ Hz$).

• A frequenze più elevate i diagrammi di direttività rilevati nel piano orizzontale tendono ad assumere la caratteristica forma a "farfalla" con le ali spiegate nelle direzioni al traverso e due minimi nelle direzioni prodiera e poppiera così come illustrato in figura.

I valori minimi d'emissione del rumore, se la nave ha la prua verso il sensore acustico, riducono la capacità di scoperta del semovente.

Il diagramma, seguendo una convenzione standard, riporta il rumore irradiato nel piano orizzontale con il metodo delle isobare ( curve di uguale livello di pressione acustica ) per un tipico battello in movimento.

Il tipo del natante e le frequenze in gioco non sono specificati.

Diagrammi di direttività d'emissione rumore navi

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Le figure in alto riportano rispettivamente, da sinistra, il diagramma di direttività medio, qualunque sia l'aspetto che il natante presenta al sistema dei sensori, di 15 mercantili (classe Liberty) e di quello che, nella figura di destra, viene indicato come "un tipico cargo a 8 nodi" in cui la gamma di frequenze va da $200\ a\ 400\ Hz$.

In figura in basso è riporto il diagramma di radiazione di un altro cargo alla velocità di $8$ nodi, misurato con una cortina d'idrofoni posti sul fondo alla profondità di $40$ piedi.

Cargo a 8 nodi; da rilievi sul fondo.

La banda di frequenze in esame va da $2500\ a\ 5000\ Hz$, e coincide con quella che viene generalmente considerata la gamma più elevata nelle applicazioni dei sonar passivi.

Nonostante la frequenza relativamente alta si osserva come la direttività del rumore irradiato sia ancora tale da consentire l'emissione di una considerevole quantità di energia acustica nelle direzioni meno favorite (prora e poppa).

Considerazioni finali

• Alle basse frequenze ($f\ <=1000-2000\ Hz$) la scoperta acustica passiva di una nave di superficie dovrebbe essere garantita , in assenza, naturalmente, di condizioni anomale di propagazione, qualunque sia l'aspetto che il natante presenta alla base ricevente.

• Alle frequenze più alte la circostanza di cui al punto precedente non può essere assicurata nella totalità dei casi ma resta comunque molto probabile.

Infatti, anche se il diagramma di radiazione può presentare, nel piano orizzontale, minimi pronunciati, in vista della particolare applicazione qui considerata (scoperta di un mezzo di superficie da parte di uno immerso) la configurazione geometrica del sistema può risultare, soprattutto alle brevi distanze, sensibilmente diversa da quelle riportate nella letteratura, dando luogo a distribuzioni spaziali presumibilmente più favorevoli per gli scopi esaminati.

Concludendo si può pensare che, il linea di massima, l'apparato acustico passivo in esame debba essere costituito da:

• Una componente a bassa frequenza, bassa discriminazione spaziale ed alta probabilità di scoperta, in grado di fornire all'equipaggio del mezzo subacqueo la certezza sull'assenza o presenza di natanti in movimento di superficie.

• Una componente in alta frequenza, con minore probabilità di scoperta rispetto alla precedente, ma in grado di determinare la posizione angolare di eventuali sorgenti di rumore con l'accuratezza sufficiente alla determinazione della mappa del traffico navale nelle vicinanze del punto previsto per la riemersione.

Bibliografia

L.Guieysse, P.Sabathè, Acoustique Sous_Marine ed. Dunod.

Autori vari, Principles and Applications of Underwater Sound; Dept. of the Navy ed. Washington, D.C..

R.J. Urick, Principles of Underwater Sound ed. McGraw-Hill.

C. Del Turco, Studio di un sistema di fasci acustici per localizzazione a coerenza d'onda naturale Archivio Direzione Arsenale M.M. La Spezia, 2000.