Submarino ou submergível é uma embarcação fechada e destinada a navegar abaixo da superfície da água.
O primeiro submarino de combate a navegar foi criado por David Bushnell, norte-americano que desenvolveu o modelo Tartaruga, de 1775, utilizado sem êxito na Guerra de Independência, porém a ideia de uma embarcação capaz de operar embaixo da água remonta ao século XVI.
A propulsão dos submarinos atuais pode ser diesel-elétrico, de menor autonomia, ou nuclear, que garante operações por tempo indefinido.
Histórico
A ideia de funcionamento de um submarino se deu com o sino de mergulho e com o Princípio de Arquimedes, que determina que um corpo mergulhado num líquido sofre uma força de impulsão igual ao peso do volume de líquido deslocado.
O sino de mergulho é conhecido há mais de vinte séculos, tendo Aristóteles feito uma narrativa de como Alexandre, o Grande, havia observado a vida marinha descendo para debaixo de água com o equipamento.
Com base nestes conhecimentos, Leonardo Da Vinci (1452-1519) projetou uma embarcação submarina, que nunca veio a ser construída.
Em 1580, William Bourne, matemático inglês, publicou um livro que resumia a sua ideia de um barco capaz de navegar debaixo da água e voltar à tona. Partindo do Princípio de Arquimedes, ele concluiu que seria possível manter uma embarcação submersa, sendo apenas necessário que o seu peso fosse aumentado com a admissão de água.
O inventor espanhol Jerónimo de Ayanz e Beaumont (1553-1613) desenvolveu o conceito de um veículo submersível para uso civil e militar.
Em 1620, o inventor holandês Cornelis Drebbel criou o conceito de um submarino navegável.
Dos restantes, apenas merecem destaque o submarino Tartaruga (USS Turtle), utilizado na Guerra da Independência Americana, e o submarino Nautilus, de Robert Fulton. Os primeiros submarinos eram movidos por propulsão humana. O submarino francês Plongeur, lançado ao mar em 16 de Abril 1863, foi o primeiro a dispensar a propulsão humana, sendo movido por motores a ar comprimido.Wynn, Stephen. HMS Turbulent, Pen and Sword, 2023, pág. 06, , ISBN 9781526736291 Consultado em 15 de março de 2023.
Em 17 de Fevereiro de 1864, durante a Guerra Civil Americana, o CSS Hunley, da Marinha dos Estados Confederados, foi primeiro submarino na história a conseguir afundar um navio de guerra inimigo.
O espanhol Ictíneo II, projetado por Narcís Monturiol e lançado em 2 de outubro de 1864, foi o primeiro submarino dotado de motor de combustão externa (a vapor).
Em 1890, com o advento do motor de combustão interna, aliado a conjuntos de baterias elétricas poderosas e aço de melhor qualidade, o desenvolvimento dos submarinos se deu de forma acelerada.
O Aigrette (França, 1904) foi o primeiro submarino dotado de propulsão diesel-elétrica.
As utilizações em larga escala de submarinos iniciaram na Primeira Guerra Mundial, estabelecendo-se de forma definitiva na Segunda Guerra Mundial. Na segunda metade do Século XX, o uso da energia nuclear deu enorme autonomia aos submarinos. Sem depender da atmosfera e de reabastecimento de combustível, as embarcações podem ser utilizadas durante anos, pois produzem seu próprio oxigênio e água e não ficam sem energia para o deslocamento, dependendo apenas de alimentação para seus tripulantes.
O termo submarino era originalmente um adjetivo que significava "sob o mar". Obras literárias, como Vinte Mil Léguas Submarinas, de Júlio Verne, já utilizavam a palavra.
240x240px|centre199x199px|centre242x242px|centreSubmarino de Cornelius Drebbel. Submarino Targaruga (EUA). CSS Hunley, da Marinha dos Estados Confederados na Guerra Civil Americana.
Submersão e navegação
Todos os navios de superfícies, como também um submarino na superfície, têm condições de flutuação positivas, pesando menos do que a água que ele desloca. Para submergir hidrostaticamente um navio deve ganhar uma flutuação negativa, ou aumentando seu próprio peso ou diminuindo o deslocamento de água. Para controlar seu peso, os submarinos são equipados com tanques lastro, o qual pode ser preenchido com água ou esvaziado com ar pressurizado.
Para submersões em geral ou afloramento na superfície, os submarinos usam os tanques da frente e a popa, chamado de "tanque de lastro principal" ou (TLP), os quais são abertos e completamente completados com água durante a submersão, ou completamente preenchidos com ar pressurizado para vir à tona. Sob condições de submersão, os TLP são geralmente mantidos cheios, então em muitos submarinos estes tanques são simplesmente uma seção do espaço interno do casco. Para um controle mais preciso e rápido da profundidade, os submarinos usam pequenos Tanques de Lastro de Controle ou TLC, também chamados de tanques duros (hard tanks) devido sua habilidade para se opor a altas pressões. O acréscimo de água nos tanques de controle pode ser controlado ou para refletir mudanças nas condições externas ou para mudança da profundidade de submersão. Os tanques de controle podem ser localizados próximos ao centro de gravidade do submarino, ou separados ao longo do corpo do submarino.
esquerda|miniaturadaimagem|Submarino U-65 utilizado na Primeira Guerra Mundial esquerda|miniaturadaimagem|Funcionamento de um batiscafo (submersível para mergulhos ultraprofundos).
Quando submerso, a pressão da água nas paredes do submarino pode alcançar 3 MPa para submarinos de aço e no máximo de 10 MPa para submarinos de titânio, como os Komsomolets, enquanto a pressão interna ao mesmo permanece a mesma. Estas diferenças resultam em uma pressão de compressão no casco, os quais diminuem de tamanho. A densidade da água também aumenta, a salinidade e pressão são maiores, mas isto não é compensado pela compressão do casco, então a flutuação diminui com a profundidade. Um submarino submerso está em um equilíbrio Instável, tendo a tendência de afundar ou de vir à tona. Manter uma profundidade constante requer uma operação constante dos tanques de controle de profundidade.
Submarinos com uma condição de flutuação neutra não são intrinsecamente estáveis no balanceamento. Para obter o balanceamento desejado, os submarinos usam tanques de balanceamento traseiros e dianteiros. Bombas podem mover água entre estes tanques, alterando a distribuição do peso e além disto criando um momento para girar o mesmo para cima e para baixo. Um sistema similar é algumas vezes usado para manter a estabilidade.
O efeito hidrostático dos tanques de lastro variáveis não é o único meio de controlar o submarino sob a água. A manipulação hidrodinâmica é feita por várias superfícies, as quais podem ser giradas para criar as correspondentes forças hidrodinâmicas quando um submarino se move a velocidade suficiente.
Os estabilizadores de popa (hidroplanos), localizado atrás do hélice e normalmente orientados na horizontal, servem para os mesmos propósitos do que os tanques de estabilização, controlando a estabilidade, e são usados frequentemente, enquanto outras superfícies de controle não estão presentes em muitos submarinos.
Os estabilizadores da torre e da proa, ambos horizontais, são localizados próximos ao centro de gravidade, e são usados para controlar profundidade com menos eficiência que para o balanceamento.
Quando um submarino realiza uma subida de emergência, todos os métodos de estabilização e lastro são usados simultaneamente, propelindo o barco para a superfície. Como o mesmo vem a tona muito rápido, tanto que o submarino deve parcialmente pular fora da água, isto pode infligir sérios danos a alguns sistemas do submarino, principalmente a tubulação.
Submarinos modernos usam um sistema direcionamento inercial para navegar enquanto submerso, mas inevitáveis desvios de curso acumulam-se no tempo. Para contornar isto, o Sistema de Posicionamento Global irá ocasionalmente ser usado para obter-se um apurado posicionamento. O periscópio – um tubo retangular com um prisma possibilita uma visão da superfície – é somente usado ocasionalmente em submarinos modernos, pois o seu alcance de visão é muito curto. Os submarinos da classe Virginia têm um sensor fotônico ao invés do tradicional periscópio. Este sensor pode ser posicionado acima da superfície, captando luz visível, infravermelhos, laser de marcação de perímetro e monitoramento eletromagnético.
Casco
miniaturadaimagem|Montagem do casco de um submarino
Os cascos dos submarinos modernos são usualmente em forma de charuto, que já era presente nos primeiros submarinos, sendo conhecida como "casco de lágrima" e inspirada no corpo das baleias. Ela reduz significativamente o arrasto hidrodinâmico do submarino quando submerso, mas diminui sua capacidade de permanecer a tona e aumenta o seu arrasto enquanto na superfície. Desde que as limitações do sistema de propulsão dos primeiros submarinos forçavam os a operar na superfície a maior parte do tempo, o projeto de seu casco era comprometido. Devido as baixas velocidades enquanto submersos, usualmente abaixo de 18 km/h, o aumento do arrasto para viagens submersas era considerado aceitável. Somente mais tarde na Segunda Guerra Mundial, quando a tecnologia permitiu operações submersas mais longas e rápidas e o aumento da vigilância pelas embarcações inimigas forçou os submarinos a permanecerem submersos, os cascos em forma de lágrima voltaram a aparecer, para reduzir o arrasto e o barulho. Nos submarinos militares modernos a superfície externa do casco é coberta com uma fina camada especial de borracha que absorve o som, ou revestimento anecoico, para tornar o submarino mais silencioso.
Uma torre montada no topo do submarino acomoda a todo o periscópio e torre de eletrônicos, a qual pode incluir o rádio, radar, contramedidas eletrônicas, e outros sistemas. Em muitas das primeiras classes de submarinos (veja história), a sala de controle, era localizada em dentro desta torre, a qual era conhecida como a "torre de comando". Desde daquele tempo, contudo, o comando passou a se localizar em dentro do casco do submarino, e a torre é mais comumente chamada de . O comando não deve ser confundido com a ponte, a qual é uma pequena plataforma aberta localizada no topo da torre usada para observações visuais enquanto se opera na superfície. Aquela deve ser uma plataforma adicional fechada abaixo desta com janelas e quebra vento para mau tempo.
Todos os pequenos submarinos modernos e submersíveis, como também alguns dos antigos, têm um casco simples. Todavia, para grandes submarinos, a abordagem tem sido diferente. Todos os submarinos soviéticos pesados são construídos com uma estrutura de casco duplo, mas submarinos norte-americanos usualmente possuem casco simples. Eles ainda têm seções suaves na proa e popa, as quais abrigam os tanques de lastro principais e proporciona uma forma hidrodinamicamente otimizada, mas a seção do casco principal, geralmente cilíndrica, tem somente uma única camada de revestimento. Existem exemplo de submarinos com mais de dois cascos, como os submarinos da classe Typhoon, os quais têm dois cascos principais para pressão e três menores para a sala de controle, torpedos e navegação, enquanto a sistema de lançamento de mísseis é localizado entre os cascos principais. miniaturadaimagem|160x160px|Torre de um submarino|esquerda