Máscara de pradera

Prairie-Masker es un sistema de reducción de ruido radiado instalado en algunos buques de guerra occidentales, incluidas las fragatas de la clase Oliver Hazard Perry , los destructores de las clases Spruance y Arleigh Burke , y los cruceros de la clase Ticonderoga de la Armada de los Estados Unidos. El sistema también se instaló durante la década de 1960 en un número limitado de submarinos diésel Guppy III modificados y posteriores a la Segunda Guerra Mundial . ^{[ 1 ]}

Los sistemas Masker y Prairie están diseñados para impedir que otra embarcación, como un submarino enemigo, clasifique o identifique la firma acústica de un buque de guerra. En lugar de oír la maquinaria, el sonar pasivo detecta el sonido del buque similar al de la lluvia . El componente Masker se instala en el casco, generalmente cerca de las salas de máquinas. El componente Prairie está diseñado para silenciar las hélices. Originalmente clasificados como alto secreto, estos sistemas son utilizados actualmente por varios países como parte de sus sistemas de guerra antisubmarina .

El silenciamiento de buques es fundamental para reducir el ruido no deseado, que puede limitar gravemente la capacidad de guerra submarina activa y pasiva de un buque de guerra y disminuir el alcance o la probabilidad de detección por parte de un buque enemigo. La Armada de los Estados Unidos mantiene un Programa de Silenciamiento de Buques para abordar estos problemas. Los objetivos de este programa son la reducción del ruido propio del sonar en el rango de frecuencia del sonar pasivo y la reducción del ruido radiado del buque para disminuir la detección por parte de submarinos enemigos. El ruido propio es el ruido generado por un buque que afecta a su propio sonar y sensores. El ruido radiado es el ruido generado por un buque que afecta a los sensores de otros buques, especialmente submarinos. Los sistemas de contramedidas Masker-Prairie son elementos clave de este programa para reducir el ruido radiado y el ruido propio que no se reducen controlando los sonidos en su origen o su transmisión al casco. ^{[ 2 ]}

El uso de burbujas de aire y sus efectos sobre la propagación de ondas acústicas comenzó a estudiarse sistemáticamente durante la Segunda Guerra Mundial como parte de un esfuerzo general por comprender el sonido en la guerra submarina. En Estados Unidos, esta investigación fue dirigida por el Comité Nacional de Investigación para la Defensa (NDRC) y llevada a cabo por diversos laboratorios de la Armada estadounidense. Los avances logrados en esta investigación se publicaron en * The Physics of Sound in the Sea* en 1946. Los resultados de ese estudio más relevantes para esta discusión se encuentran en la Parte IV de dicho volumen, *Acoustic Properties of Wakes* . ^{[ 3 ] : 345}

El uso de cortinas de burbujas ha encontrado una amplia aplicabilidad para reducir el ruido o el efecto dañino de las ondas de choque en una variedad de industrias, desde voladuras submarinas hasta hincado de pilotes y conformado explosivo de metales . ^{[ 3 ] : 347}

La parte enmascaradora del sistema se basa en crear una diferencia en la velocidad del sonido ( impedancia acústica ) entre la cortina de burbujas y el agua de mar. Las ondas acústicas que encuentran un material con una velocidad del sonido radicalmente diferente no lo penetran, sino que se reflejan. La velocidad del sonido en un medio depende de la raíz cuadrada de la rigidez del material dividida por su densidad. En una nube de burbujas, la densidad es muy similar a la del agua, pero la rigidez es la del aire. El resultado es que la velocidad del sonido es casi diez veces menor a través de una nube de burbujas en agua que en el agua misma, y ​​tres veces menor que la velocidad del sonido en el aire. Por lo tanto, los sonidos dentro del casco del barco (o submarino) que de otro modo se propagarían al agua a larga distancia se reflejan de vuelta al casco y finalmente se disipan. Se puede experimentar una manifestación de estos conceptos físicos llenando un vaso con agua, un segundo vaso con agua carbonatada y golpeando el costado de cada uno con una cuchara. El vaso lleno de agua resonará. El recipiente con burbujas en su interior hará un ruido sordo.

El sistema de reducción de ruido del tornillo Prairie funciona según un principio diferente. El principal problema de ruido en un tornillo es la cavitación . La presión detrás de la pala móvil puede disminuir tanto que sea inferior a la presión de vapor del agua a esa profundidad. Esto provoca la formación de una burbuja de vapor de agua. Cuando la burbuja sale de la zona de baja presión, colapsa inmediatamente en el agua, produciendo un fuerte ruido al hacerlo. Sin embargo, si el borde posterior del tornillo emite una pequeña cantidad de aire, las burbujas de cavitación contienen algo de aire en su interior. El colapso del vapor de agua no cierra completamente la burbuja, por lo que se genera poco ruido adicional.

La sección de enmascaramiento del sistema está diseñada para silenciar el ruido del motor de una embarcación, evitando que sea detectado por buques enemigos, y para reducir el ruido propio, aumentando así la eficacia del sonar de la embarcación. Esta sección suele constar de dos bandas instaladas en la parte exterior del casco, junto a las salas de máquinas. Se inyecta aire comprimido en las bandas, que escapa a través de perforaciones mecanizadas para crear una barrera de burbujas de aire en el mar alrededor del casco, atrapando así el ruido de la maquinaria en su interior, donde se disipa.

Por otro lado, el sistema Prairie ( acrónimo: emisión inducida por aire de hélice ^{[ 4 ]} ) se instala cerca de las hélices de los barcos o sobre ellas, y se bombea aire comprimido a través de pequeños orificios en los bordes de la hélice. Como es de esperar, mantener un conjunto de pequeños orificios libres de incrustaciones bajo la superficie de un barco o submarino puede resultar problemático. En las instalaciones submarinas, esto se evitaba haciendo circular un pequeño chorro de agua dulce por el sistema cuando el barco estaba en puerto. La mayoría de las criaturas que incrustan el casco de un barco transoceánico no pueden sobrevivir en agua dulce.

Un sistema similar llamado Agouti fue instalado en fragatas de la Royal Navy , fragatas de la Royal New Zealand Navy , y también en buques como el INS Nilgiri  . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En el uso submarino, el gran volumen de aire necesario para el funcionamiento del sistema debe provenir de la superficie; por lo tanto, el sistema Prairie-Masker solo puede utilizarse cuando el submarino diésel está sumergido . Esto no representa una limitación grave, ya que la principal fuente de ruido que requiere atenuación son los motores diésel, que se utilizan únicamente durante la inmersión.

• Baldosa anecoica

• Descripción del sistema Prairie/Masker en FAS
• Imagen de la prueba de la hélice de la instalación de Prairie en dique seco.