Napoli aprile 2018 SCUOLA POLITECNICA UNIVERSIT DEGLI STUDI

Napoli, aprile 2018 SCUOLA POLITECNICA, UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FEDERICO II VIA CLAUDIO, 21 PROGETTO DELLE NAVI MILITARI DI SUPERFICIE C. A. (GM-GN) arq Claudio BOCCALATTE

PROGRAMMA Introduzione 1 La survivability 2 La Susceptibility e le segnature 3 La Vulnerability 4 La Recoverability 5 Specificità del progetto 6 Abitabilità 7 Integrazione fisica del sistema di combattimento

LA CAPACITÀ DI SOPRAVVIVENZA DELLE UNITÀ NAVALI La capacità di sopravvivenza o survivability è data dalla combinazione di tre fattori: suscettibilità o Susceptibility, vulnerabilità o Vulnerability e capacità di recupero o Recoverability.

LA CAPACITÀ DI SOPRAVVIVENZA DELLE UNITÀ NAVALI In termini matematici survivability, susceptibility, vulnerability e recoverability sono definite come probabilità; sono caratteristiche negative (inabilities), quindi da ridurre al minimo, tranne la recoverability che è una capacità positiva e quindi da rendere massima. Indicando con PS la survivability, PH la susceptibility, PV la vulnerability e PR la recoverability, una formula matematica impiegata per legare tra loro i vari termini è la seguente: PS = 1 - (PH * PV * (1 -PR)) Alcuni autori definiscono anche la probabilità di essere resa incapace (killability) PK come complemento della survivability. PK = 1 - Ps = PH * PV * (1 -PR))

LA CAPACITÀ DI SOPRAVVIVENZA DELLE UNITÀ NAVALI

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Come abbiamo visto, la vulnerabilità (vulnerability) è una delle tre caratteristiche la cui composizione determina la capacità di sopravvivenza (survivability) di una unità navale combattente. La vulnerabilità, in particolare, è la probabilità che un’unità navale, quando colpita da un’arma nemica, venga distrutta o comunque resa incapace di compiere la sua missione nel breve termine a seguito del colpo subito. Dal punto di vista quantitativo si definisce vulnerabilità di un’unità navale la probabilità che un certo tipo di offesa ne limiti le capacità al punto tale da impedirle di proseguire la missione assegnatale.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ La vulnerabilitò è una caratteristica negativa e quindi le navi moderne sono progettate per ridurla o comunque limitarla a valori considerati accettabili; una nave avente ridotta vulnerabilità ha un’elevata probabilità di sopravvivere anche se colpita dall’arma avversaria. I tipi di minaccia tradizionalmente considerati negli studi di vulnerabilità sono i missili, i colpi di cannone, le mine e i siluri; recentemente hanno assunto importanza anche le minacce legate alle forme di guerra asimmetriche (terrorismo), come i colpi delle armi leggere, i razzi e missili spalleggiabili e gli ordigni esplosivi improvvisati (IED).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Gli studi di survivability hanno avuto particolare sviluppo dopo la guerra delle Falkland-Malvinas; la perdita del cacciatorpediniere britannico HMS Sheffield il 4 maggio 1982 a causa di un missile Exocet lanciato da un aereo Super Étendard argentino ha mostrato la debolezza delle moderne unità combattenti, in particolare nei confronti dei missili antinave, debolezza già parzialmente evidenziata dall’affondamento del cacciatorpediniere israeliano INS Heilat nel 1956 da parte di missili antinave SS-N-2 Stinx lanciati da una motomissilistica egiziana classe Komar.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ HMS Sheffield

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per rendere minima la vulnerabilità di una nuova unità navale occorre adottare opportuni provvedimenti derivanti da studi rigorosi condotti nella fase di progetto preliminare dell’unità. Nelle fasi successive del progetto, nella fase di costruzione e nella successiva fase di attività in servizio i costi coinvolti nell’adozione di provvedimenti di riduzione della vulnerability sono, infatti, molto più elevati e sovente proibitivi.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Questo perché la vulnerability è fortemente influenzata da fattori macroscopici del progetto, come le dimensioni, la compartimentazione, la disposizione e il livello di ridondanza dei principali sistemi di bordo e l’adozione di elementi strutturali come doppie paratie e strutture scatolari (box girders). In fase di progetto è quindi particolarmente utile ripetere l’analisi della vulnerability per diverse configurazioni progettuali, allo scopo di valutare la convenienza di introdurre miglioramenti; a questo scopo le principali marine militari si sono dotate di codici di calcolo capaci di calcolare in maniera oggettiva e automatica, in tempi ragionevoli, il valore della vulnerability di un progetto di unità navale.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Presupposto per compiere studi di vulnerability rigorosi è una precisa definizione del tipo di arma da considerare come minaccia e della funzione che l’unità deve continuare a condurre dopo essere stata colpita dall’arma. Spesso si eseguono studi separati per la vulnerability nei confronti di offese portate sopra la superficie (missili antinave e proietti di cannone) e sotto la superficie (mina e siluro), in quanto i fenomeni fisici nei due casi sono molto diversi. Non sempre chi compie studi di vulnerability ha tutte le informazioni necessarie per definire l’arma avversaria (quantità e tipo di esplosivo, velocità d’impatto, modalità di esplosione, tipologia dei frammenti, eccetera); talvolta quindi vengono impiegate le caratteristiche di un’arma nota che si ritiene abbia caratteristiche simili a quelle dell’arma avversaria.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Gli studi di vulnerability, per le informazioni che contengono, sia riguardo alle caratteristiche delle armi che alla quantificazione della capacità di sopravvivenza delle unità navali nei confronti delle diverse forme di offesa e all’identificazione degli eventuali punti particolarmente vulnerabili, sono generalmente soggetti a un’elevata classifica di segretezza.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Sopra la superficie, le armi agiscono principalmente attraverso il blast (onda di pressione), esterno (in caso di detonazione della testa bellica all’esterno dell’unità) o interno (in caso di detonazione interna all’unità) e i frammenti, primari (cioè pezzi dell’arma) e secondari (cioè pezzi della struttura e delle sistemazioni di bordo staccati e proiettati a seguito degli effetti della detonazione dell’arma).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

Frammenti LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Blast interno – andamento sovrapressione

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Sotto la superficie invece l’esplosione della carica bellica di una mina o di un siluro genera un’onda di pressione che investe la parte immersa della nave (opera viva), generando una sollecitazione impulsiva nota come shock; si distinguono i casi di esplosione subacquea a contatto (il cui effetto per unità di dimensioni medie come le fregate e i cacciatorpediniere è spesso la perdita dell’unità per affondamento) e di esplosione non a contatto, che genera il pericoloso fenomeno del colpo di frusta (whipping) dell’intera struttura resistente della nave.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per la valutazione della vulnerability di un’unità navale si utilizzano generalmente complessi programmi di calcolo, i quali partono dalla schematizzazione della struttura della nave e di tutte le sistemazioni interne che concorrono all’assolvimento della missione, simulano gli effetti dell’esplosione di una certa minaccia (le cui caratteristiche devono essere note; ad esempio nel caso di una testa di missile occorre sapere il tipo e la quantità di esplosivo e le caratteristiche di frammentazione) e valutano se, dopo l’esplosione, l’unità è ancora in grado di assolvere la sua missione.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Questo tipo di simulazione viene ripetuto moltissime volte, variando il punto d’impatto dell’arma con metodologia casuale (s’impiega il cosiddetto metodo di Montecarlo); il rapporto percentuale tra il numero di casi nei quali l’unità è resa incapace di assolvere la propria missione e il numero totale delle simulazioni eseguite è la vulnerabilità dell’unità.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Nel caso i risultati della simulazione eseguita in una fase preliminare del progetto, dimostrino che l’unità ha un livello di vulnerability insoddisfacente (cioè superiore al livello massimo stabilito nelle specifiche tecniche per qual tipo di minaccia e per quella funzione operativa), occorrerà adottare idonee misure tecniche come ad esempio l’irrobustimento della compartimentazione nei confronti del blast o dei frammenti, oppure l’aumento del livello di ridondanza di un sistema di bordo, o ancora l’ottimizzazione della distribuzione fisica a bordo dei suoi componenti, e quindi ripetere la simulazione.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per gli studi di vulnerability di tutte le più recenti unità della Marina Militare Italiana è stato utilizzato il codice di vulnerabilità S. A. V. I. U. S. (Sistema Automatico di Vulnerabilità Integrato per Unità navali di Superficie), sviluppato negli anni ’ 90 del XX secolo dalla Marina Militare e dal Cetena (Centro Tecnico Navale, società di ricerca del gruppo Fincantieri). Questo codice viene impiegato sia in fase di progetto preliminare, per verificare l’efficacia di diversi provvedimenti progettuali ai fini del miglioramento della vulnerability, sia dopo l’ultimazione del progetto, per la verifica della rispondenza dell’unità ai requisiti contrattuali di vulnerability (quando questi sono presenti).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ A causa della confidenzialità che contraddistingue i dati d’ingresso e i risultati delle analisi di vulnerability e che quindi sconsiglia di fare eseguire analisi di vulnerabilità in un paese straniero, quasi tutte le nazioni dotate di un’industria navale militare si sono dotati di codici di calcolo di questo tipo; ad esempio in Olanda esistono i codici TARVAC (TARget Vulnerability Assessment Code) e RESIST (REsilience SImulation for Ship Targets), sviluppati dal TNO, in Gran Bretagna il codice SURVIVE (SURVIVability ass. Essment), sviluppato da QINETIQ, in Finlandia il codice SURMA sviluppato dalla Ditta omonima, in Francia il codice MINERVE (Modele INformatique pour l’Evaluation et la Réduction de la Vulnérabilit. E) sviluppato dalla DGA, negli Stati Uniti il codice ASAP (Advanced Survivability Analysis Program) sviluppato dalla Carderock Division del Naval Surface Warfare Center (NSWC-CD) e così via.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Talvolta i codici di calcolo della vulnerability sono commercializzati in due versioni, una spiccatamente militare e classificata, e una più “leggera” che può essere venduta a studi e cantieri esterni e che, in alcuni casi, può anche essere impiegata per l’analisi della risposta di navi mercantili a eventi catastrofici (incendio, falla, esplosione del carico, attacco terroristico, ecc. ); ad esempio il TNO olandese affianca al codice RESIST, impiegato per le valutazioni di vulnerabilità delle navi della marina olandese e delle marine alleate sulla base di specifici accordi, una versione declassificata RESIST LITE che può essere acquistata liberamente.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ All’interno della NATO è stato creato fin dagli anni ’ 80 il gruppo di lavoro SG/7 “on ship survivability”, che ha prodotto numerose pubblicazioni dedicate principalmente alla vulnerability e allo shock, sia sotto forma di STANAG (STANdardization AGreement) che di ANEP (Allied Naval Engineering Pubblication), tra cui in particolare nel 1992 l’ANEP 43 “on ship combat survivability”, poi aggiornata con edizioni successive. Si tratta di una pubblicazione classificata, che tratta principalmente metodologie e che fornisce linee guida e non requisiti obbligatori (come invece forniscono gli STANAG).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Tra gli obiettivi degli studi di vulnerability e dei provvedimenti per la sua riduzione vi è quello di evitare che, a seguito dell’impatto di un’arma si generi l’esplosione delle munizioni custodite nei depositi di bordo. Anche per questo fenomeno (chiamato simpathetic magazine detonation) sono previsti studi, che richiedono tra le altre cose la conoscenza del comportamento delle munizioni in presenza di sollecitazioni quali aumenti di temperatura, urti e vibrazioni; oggi si cerca di realizzare munizioni che abbiano intrinsecamente caratteristiche elevate di sicurezza, cioè che, se non propriamente innescate, resistano senza esplodere alle sollecitazioni; si parla di insensitive ammunitions.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Un argomento estremamente delicato è quello della vulnerabilità del personale. Alcuni codici di vulnerability, come ad esempio SAVIUS, non tengono conto esplicitamente della vulnerabilità del personale presente a bordo, anche se è evidente che, anche indipendentemete da considerazioni di carattere etico, il personale ucciso, disperso o comunque incapacitato a operare costituisce un’importante limitazione della capacità operativa dell’unità. I codici più evoluti e più recenti considerano la distribuzione a bordo del personale al momento dell’impatto, e valutano quante e quali persone vengono rese incapaci di continuare a operare.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ I primi codici di vulnerabilità si occupavano solo degli effetti primari dell’impatto di un’arma avversaria, cioè di quelli che accadono nei primi istanti dopo l’impatto. I codici più moderni invece tengono conto anche degli effetti secondari, come l’incendio e l’allagamento, esaminando quello che succede nelle ore successive all’impatto; oltre che di vulnerability vera e propria, quindi, questi codici si occupano anche di recoverability.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Quando non si vuole o non si può effettuare una valutazione rigorosa della vulnerability di un’unità navale con un codice di calcolo del tipo del SAVIUS, ci si può affidare a metodologie più semplici per valutare se un progetto risponde a criteri di riduzione di questa caratteristica negativa; un esempio è costituito dalle notazioni addizionali militari del regolamento di classifica per unità militari italiano RINAMIL, ognuna delle quali affronta con modalità semplificate uno specifico effetto di un’arma: danneggiamento strutturale, blast esterno, blast interno, frammenti, esplosione in aria, shock, whipping e attacco terroristico.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per ridurre la vulnerability di una nave il sistema più semplice è aumentare le dimensioni della nave stessa; una grande nave mercantile come una portacontenitori o una petroliera, anche se progettata e costruita senza alcuno studio di vulnerability e nessun provvedimento specifico per la sua riduzione, è in grado di assorbire l’esplosione di un missile, o anche di una mina, meglio di una fregata avente dimensioni molto inferiori e dotata di tutti gli accorgimenti per essere meno vulnerabile. Siccome però le dimensioni sono il principale fattore di costo della piattaforma di un’unità navale, occorre individuare dei metodi per diminuire la vulnerability di una nave a parità di dimensioni.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Uno dei principali provvedimenti, in fase di progetto, è la corretta applicazione dei principi di ridondanza, separazione e concentrazione. Due o più componenti dello stesso sistema possono essere funzionalmente collegati in serie o in parallelo. Il collegamento in serie significa che entrambe i componenti devono funzionare per garantire la funzione, mentre il collegamento in parallelo significa che basta che uno solo dei componenti funzioni per garantire la funzione.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Si ha ridondanza quando due sottosistemi (o componenti) sono in parallelo, cioè quando basta che uno solo dei componenti funzioni per garantire la funzione. I componenti collegati in parallelo devono essere oggetto della maggiore separazione fisica possibile, in modo da ridurre la probabilità che un singolo colpo danneggi entrambe i componenti, mentre i componenti collegati in serie devono quanto più concentrati possibile, in modo da ridurre le dimensioni dell’area che, se colpita, comporta la disattivazione della funzione.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Un provvedimento spesso adottato sulle unità navali per ridurre la vulnerability nei riguardi di attacchi sopra la superficie (missili, cannoni e soprattutto armi asimmetriche) è la protezione balistica, cioè l’adozione di materiali capaci di arrestare la penetrazione dei proietti di armi avversarie. Tipici esempi di piattaforme nelle quali la protezione balistica costituisce il requisito principale sono i carri da battaglia di ieri e di oggi e le navi da battaglia (“corazzate”) del passato.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Nel campo navale la protezione balistica costituiva un requisito di tutte le piattaforme di grandi e medie dimensioni realizzate fino alla seconda guerra mondiale (navi da battaglia, incrociatori pesanti e leggeri, navi portaerei); dopo la fine della guerra, il progresso dell’offesa portata dal mezzo aereo e l’avvento dei missili guidati ha portato a ritenere inutile la protezione balistica, in quanto la precisione e la capacità distruttiva delle nuove armi rendevano impossibile assicurare un ragionevole livello di protezione.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Nel periodo della guerra fredda le uniche nuove unità che hanno sempre avuto una protezione balistica rilevante sono state le grandi portaerei della U. S. Navy; il livello e il tipo di tale protezione sono però sempre stati considerati informazioni classificate e sensibili, e quindi al di fuori della U. S. Navy se ne sa poco.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Dagli anni ’ 90 la protezione balistica è tornata di attualità anche per le piattaforme navali di media grandezza (fregate e cacciatorpediniere) realizzate nei paesi dell’Europa Occidentale, sia per il diffondersi delle minacce di tipo asimmetrico o non convenzionale, sia per la rinnovata attenzione alle caratteristiche di vulnerability delle unità navali, in quanto l’esame dei fenomeni che hanno portato alla perdita di unità navali colpite da missili ha evidenziato che un adeguato livello di protezione balistica di alcune strutture di bordo può, arrestando i frammenti, rendere meno distruttivo l’effetto dell’impatto di un moderno missile antinave. Oggi quindi l’adozione di protezione balistica viene considerata nell’ambito degli studi sulla vulnerability tra i provvedimenti da adottare per rendere la nave meno vulnerabile.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per la definizione dei livelli di protezione balistica nei confronti di proietti di armi leggere viene generalmente utilizzato il documento NATO STANAG 4569 “Protection Levels for Occupants of Logistic and Light Armored Vehicles”, che prevede cinque livelli di minaccia: • Livello 1 (proietti non perforanti di fucili d’assalto calibro 5, 56 o 7, 62 mm), • Livello 2 (proietti perforanti di fucili d’assalto calibro 7, 62 mm), • Livello 3 (proietti di fucili “sniper” per cecchini calibro 7, 62 mm), • Livello 4 (proietti di mitragliatrice pesante calibro 14, 5 mm), • Livello 5 (proietti di cannone leggero calibro 25 mm).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per ogni livello sono definiti il tipo di proietto e la velocità iniziale. Lo STANAG inoltre descrive le procedure di prova per valutare la resistenza balistica dei componenti di una corazzatura di veicolo (integrale o addizionale, opaca o trasparente), nonché la valutazione dell’area vulnerabile di un veicolo. Altri standard usati nel campo della protezione balistica sono i NIJ del dipartimento USA della giustizia (NIJ Standard 0101. 03 “bullet resistance of personal body armor”, NIJ Standard 0101. 04 “bullet resistance of personal body armor”, NIJ Standard 0108. 01 “ballistic resistant protective materials”, NIJ Standard 0115. 00 “stab resistance of personal body armor”), lo standard australiano e neozelandese AS/NZS 2343, lo standard europeo EN 1063 “Security Glazing Ballistic Standard” e lo standard del Ministero della Difesa USA MIL-STD-662 F - V 50 “ballistic test for armor”.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

IL PROGETTO DELLE NAVI MILITARI DI SUPERFICIE • Studio delle traiettorie critiche per la protezione di un’ area operativa contro armi di piccolo calibro.

IL PROGETTO DELLE NAVI MILITARI DI SUPERFICIE Programma di calcolo per l’analisi delle traiettorie di proietti in presenza di protezione balistica

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Tra i diversi tipi di materiali impiegabili per la protezione balistica delle unità navali accenneremo agli acciai balistici, alle leghe di titanio, ai materiali ceramici, fibroceramici e compositi. Non possono, invece, essere impiegati a bordo delle navi, per le pessime caratteristiche di resistenza alla corrosione, le leghe di alluminio aventi elevate proprietà balistiche, impiegate ad esempio per la protezione dei veicoli blindati.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Il materiale più impiegato per la protezione delle unità navali è ancora oggi l’acciaio balistico, del quale esistono vari tipi con diverse caratteristiche di resistenza; in generale all’aumentare della resistenza balistica diminuisce la facilità di lavorazione dell’acciaio (e in particolare la saldabilità). A differenza dai mezzi corazzati terrestri si cerca quindi di adottare acciai aventi livelli di protezione balistica non elevatissimi, ma con caratteristiche di lavorabilità tali da poter essere utilizzati come parte della struttura della nave. Tra gli acciai balistici più impiegati vi sono quelli svedesi e francesi.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Un altro materiale metallico dalle proprietà balistiche molto interessanti sono le leghe di titanio, caratterizzate da buona resistenza alla corrosione conseguente ridotta necessità di manutenzione, buona resistenza alla fatica. Il principale fattore che limita l’impiego del titanio è il suo costo molto elevato, ma si prevede che l’introduzione di nuove tecnologie di produzione possa ridurre la differenza di costo.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ I materiali ceramici sono stati utilizzati come protezione balistica in campo terrestre dagli anni ’ 60 del secolo scorso. Il peso relativamente leggero, l'elevata durezza e la resistenza alla compressione in rapporto ad altri materiali balistici li rendono oggi candidati ideali per sistemi militari di varia natura. Le corazzature sono generalmente di tipo composito, cioè costituite da un supporto resistente e flessibile (che può essere metallico o in materiale composito) e dal materiale ceramico, caratterizzato da una grande durezza, ma poco flessibile. Il potere d’arresto di una corazza in ceramica è fornito dalla combinazione del materiale ceramico e del supporto, ognuno dei quali svolge un ruolo fondamentale. Questo tipo di corazze è caratterizzato da una grande leggerezza ed è generalmente utilizzato per la protezione nei confronti di minacce medie o leggere (proietti perforanti di calibro da 5, 56 a 30 mm).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ I materiali compositi sono composti di una matrice e un rinforzo. Il rinforzo può essere a base di fibre di vetro (tipo E o S 2), di carbonio, polietilene, polipropilene e fibre aramidiche (conosciute commercialmente come kevlar e twaron); la matrice è generalmente una resina poliestere, polietilenica o fenolica. Spesso oggi i materiali compositi sono commercializzati sotto forma di pre-preg, cioè pannelli di rinforzo già impregnati con la matrice, che si presenta in forma semiliquida e deve essere sottoposta a opportuni procedimenti di polimerizzazione (in generale a temperatura medio-alta) per raggiungere lo stato solido.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ I compositi per impiego balistico prodotti da società specializzate presentano prestazioni elevate e prezzo parimenti elevato. Nell’impiego dei compositi avanzati occorre considerare attentamente, oltre al costo, anche le caratteristiche di resistenza all’ambiente marino, la riparabilità in caso di danno e il comportamento al fuoco (in particolare l’eventuale sviluppo di gas tossici).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ I materiali fibroceramici sono materiali compositi con matrice in materiale ceramico; in questo modo si sfrutta l’elevata durezza dei ceramici, ma con l’inserimento delle fibre di rinforzo si riduce la fragilità e si aumenta la resistenza a flessione. Tutti i materiali citati possono essere usati in varie combinazioni tra loro (corazzature composite), con l’eventuale inserimento di spazi vuoti tra i diversi strati di materiale.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ TIPO DI MATERIALE VANTAGGI SVANTAGGI IMPIEGO IN CAMPO NAVALE ACCIAIO AD ALTA RESISTENZA Costo - lavorabilità Scarsa efficacia balistica SI come base dello scafo ACCIAIO BALISTICO Buon compromesso Peso elevato tra costo e prestazioni SI (Lafayette, Orizzonte, Cavour) COMPOSITO STRUTTURALE Costo - lavorabilità Scarsa efficacia balistica SI come base dello scafo TITANIO Elevate prestazioni Peso e costo elevato Non noto MATERIALE CERAMICO Elevate prestazioni Costo – ridotta affidabilità dei risultati - fragilità Non noto

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ TIPO DI MATERIALE VANTAGGI SVANTAGGI IMPIEGO IN CAMPO NAVALE COMPOSITO BALISTICO Leggerezza lavorabilità Costo – efficacia balistica limitata – comportamento al fuoco SI (Mezzi da sbarco – hovercrafts - Rauma) TESSUTO TIPO “SPALL LINER” Leggerezza Costo – efficacia SI in aggiunta ad altri ridotta se impiegato materiali (Visby) dal solo ALLUMINIO BALISTICO Buon compromesso Scarsa resistenza tra peso e alla corrosione prestazioni NO

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Un particolare tipo di protezione balistica, studiato per limitare la propagazione dei frammenti e del blast a bordo delle navi sono le doppie paratie, cioè due paratie stagne molto vicine tra loro, ma con una spaziatura; è lo stesso principio adottato per le corazzature spaziate dei veicoli terrestri: due paratie (o due spessori di corazzatura) spaziate hanno un potere di arresto superiore a quello di una singola paratia di spessore doppio, in quanto i proietti o frammenti più pericolosi sono quelli che impattano la paratia con un angolo prossimo alla perpendicolare, e la prima paratia destabilizza il proiettile o frammento, che impatta la seconda paratia con un angolo non ottimale ed è quindi arrestato più facilmente.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Le corazzature spaziate sono anche adottate per assicurare una protezione nei confronti dei proietti a carica cava o autoforgianti (self forging), il cui dardo, composto da plasma a elevatissima temperatura, è capace di perforare spessori anche molto rilevanti di corazzatura, ma viene destabilizzato dalla presenza di un’intercapedine tra la corazzatura esterna e quella interna; la protezione da proietti a carica cava è di particolare rilevanza per i mezzi terrestri protetti, ma ultimamente viene valutata anche per le unità navali, soggette a minacce asimmetriche costituite da lanciarazzi con proietti a carica cava.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Nei confronti del blast una doppia paratia costituisce una protezione maggiore rispetto a una paratia singola di spessore doppio, in quanto una parte dell’energia del blast si dissipa nell’intercapedine tra le due paratie. La spaziatura ottimale delle doppie paratie si ottiene con studi di balistica terminale sulla base delle caratteristiche di una determinata minaccia, e spesso è di un ordine di grandezza non trascurabile (alcuni metri) per cui comporta lo “spreco” di rilevanti volumi; la spaziatura effettivamente adottata spesso è un compromesso tra le caratteristiche ottimali di arresto di proiettili e frammenti e altre esigenze funzionali dell’unità.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Di particolare importanza è lo studio delle aperture (porte e porte stagne) presenti sulle paratie, in quanto queste costituiscono il punto più vulnerabile agli effetti dell’esplosione, e le porte stagne resistenti al blast sono pesanti, complesse e costose.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Studi interessanti nel settore della realizzazione di paratie e porte resistenti al blast sono stati realizzati dagli olandesi a cavallo dell’anno 2000, nell’ambito dello sviluppo delle fregate da difesa antiaerea LCF (classe De Zeven Provincien); in particolare sono state concepite e sperimentate le doppie paratie tipo Pri. Ma Double Bulkhead, che utilizzano il concetto della membrana per ottenere un’elevata resistenza al blast, oltre che ai frammenti, porte stagne resistenti al blast, paratie singole aventi resistenza rinforzata e appositi limitatori del raggio di curvatura delle paratie in prossimità dell’intersezione con i ponti.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Oltre alle vere e proprie doppie paratie esistono paratie costruite in maniera particolare con strutture a sandwich che consentono comunque di aumentare la resistenza alla penetrazione.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ limitatori del raggio di curvatura delle paratie in prossimità dell’intersezione con i ponti.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Una delle situazioni che possono causare la perdita di un’unità navale è la perdita di resistenza strutturale per effetto di un’esplosione in aria o in acqua che danneggia le strutture resistenti fino al punto che le normali sollecitazioni causate dalla distribuzione dei pesi di bordo e delle spinte dell’acqua marina, in particolare in presenza di moto ondoso, causano il cedimento della trave scafo; in pratica la nave si rompe in due e affonda.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Allo scopo di evitare questa situazione possono essere disposte a bordo delle strutture scatolari chiamare box girders (rinforzi a scatola), aventi continuità longitudinale e di robustezza tale da fornire un rilevante contributo alla resistenza globale della nave anche quando molte delle altre strutture longitudinali sono danneggiate. Una tipica distribuzione di queste strutture è una in chiglia e due in corrispondenza dei trincarini (giunzione del ponte resistente con i fianchi).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Anche queste strutture hanno un rilevante impatto sul progetto generale della nave, sia per il loro peso che per i volumi non impiegabili, volumi che sono particolarmente preziosi quando ubicati sul ponte di coperta (che è una “zona nobile” nei piani generali della nave, ottimale per numerosi impieghi). Questo tipo di strutture è stato ad esempio impiegato sulle moderne fregate tedesche e olandesi.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Una soluzione di compromesso è costituita dalle cosiddette gallerie tecniche, particolarmente impiegate sulle unità della Marine Nationale francese (e sulle unità italiane classe Andrea Doria, progettate in collaborazione con la Francia). Il ponte di coperta di una nave, situato al di sopra del limite superiore delle paratie stagne, è dotato di uno o più corridoi longitudinali che costituiscono il principale collegamento tra i diversi compartimenti; le gallerie tecniche sono due corridoi paralleli di ampiezza ridotta (idonei al passaggio del personale e di una barella, ma non al traffico di oggetti ingombranti), i quali corrono lungo le murate e che ospitano gli elementi longitudinali delle principali reti di bordo: cavi elettrici di distribuzione, impianto antincendio, impianto di distribuzione acqua dolce e acqua refrigerata condizionamento, cavi di rete, ecc. .

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Possono essere dotate di una leggera protezione balistica e contribuiscono, anche se in misura molto minore ai box girders veri e propri, alla continuità strutturale in senso longitudinale in caso di danno su di un lato, oltre a fornire una via di comunicazione tra i diversi compartimenti in caso di danno al corridoio principale.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Un’esplosione subacquea nelle vicinanze dello scafo causa un’onda d’urto (shock wave o più semplicemente shock) che colpisce la porzione della carena posta di fronte al punto dell’esplosione. L’onda d’urto causa un’accelerazione delle lamiere esterne dello scafo e delle strutture a essa collegate; ogni macchinario collegato a queste zone dello scafo subisce anch’esso un’accelerazione. Questa può causare danni al macchinario, e in casi estremi, per macchinari pesanti e collegati rigidamente, anche allo scafo, con rottura a taglio delle lamiere circostanti al basamento del macchinario e formazione di un buco a scafo, attraverso il quale il macchinario con il basamento cade verso il fondo del mare, creando una pericolosa falla di rilevanti dimensioni.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Per ridurre i danni che lo shock da esplosione subacquea non a contatto infligge a una nave militare, si devono adottare dei provvedimenti che hanno un grande impatto sul progetto e sul costo della nave. Particolare rilevanza hanno gli studi di resistenza allo shock per i sommergibili e per le unità per guerra di mine (dragamine e cacciamine), per le quali costituiscono uno dei principali driver progettuali.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Tra i provvedimenti adottati per aumentare la resistenza allo shock vi è l’impiego di materiali particolari, meno fragili, e l’adozione di speciali sistemi di montaggio (supporti e riscontri antiurto) che assorbono le sollecitazioni causate dallo shock e limitano l’oscillazione dei componenti a seguito dello shock, impedendo il danneggiamento delle strutture e dei componenti adiacenti e impedendo che, per effetto di un’oscillazione eccessiva, venga strappato il sistema di ancoraggio del macchinario alla struttura della nave. I supporti antiurto possono essere di due tipi: il primo fa uso di materiali intrinsecamente elastici come le gomme, il secondo impiega materiali metallici che fungono da molla.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Tutte le componenti che collegano un macchinario montato su supporti elastici alla struttura fissa devono essere progettati tenendo conto dello shock; ad esempio in tutte le tubazioni devono essere inseriti appositi elementi elastici, costituiti da tubi flessibili e giunti compensatori. Un particolare sistema di montaggio impiegato, ad esempio, sui cacciamine italiani classe Lerici e Gaeta, è costituito dal montaggio in culla; i macchinari non sono montati su dei ponti aventi continuità longitudinale e collegati rigidamente alle paratie stagne (che sono gli elementi che propagano le sollecitazioni dello shock dalla chiglia verso l’alto), ma su elementi collegati elasticamente alle paratie per ridurre sensibilmente le sollecitazioni di shock trasmesse.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Tutti i componenti, macchinari e sistemi che devono resistere a un determinato livello di shock (quindi sostanzialmente a un determinato livello di accelerazione verticale) devono essere qualificati sottoponendo un esemplare dell’oggetto al livello di shock cui lo stesso deve resistere, e verificandone quindi la funzionalità. Per questo tipo di prove vengono utilizzati appositi banchi (costituiti da un basamento leggero collegato elasticamente a una fondazione molto rigida, e sul quale agisce una specie di grande martello); i componenti più pesanti e soggetti agli shock più elevati (come le valvole di presa a mare) vengono talvolta provati su delle bettoline accanto alle quali viene generata un’esplosione subacquea non a contatto. Le prove e i calcoli di shock sono regolamentati in ambito NATO da norme (STANAG, generalmente classificati).

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Il parametro fondamentale per indicare il livello di resistenza allo shock cui può resistere un’unità navale, e nei cui confronti devono essere verificate le strutture e i componenti dei sistemi di bordo, è lo Hull Shock Factor (HSF), che dipende dalla geometria dell’esplosione subacquea ed è espresso dalla formula: dove W è la carica esplosiva in kg di TNT equivalenti e R è la distanza in metri tra il centro dell’esplosione e il punto più vicino dello scafo della nave.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’ Sulla base dello HSF di progetto è possibile ricavare le caratteristiche dei carichi da utilizzare per le verifiche a shock, in termini di livello di accelerazioni (generalmente espresso in forma spettrale, cioè in funzione delle frequenze) e di andamento temporale delle pressioni. I requisiti di accettabilità per i componenti strutturali consentono che gli stessi presentino deformazioni plastiche (cioè permanenti), purché non si rompano e non impediscano funzioni vitali (ad esempio la rotazione degli assi dell’elica), i requisiti per i componenti vitali, sia nel caso siano verificati sperimentalmente che analiticamente, sono che dopo l’esplosione continuino a essere operativi.

LA SURVIVABILITY DELLE UNITÀ NAVALI – LA VULNERABILITA’