¿Por qué un ASDIC no funcionaría inmediatamente después de un ataque de carga de profundidad?

Su expectativa " eso no significa que los ecos deberían desaparecer más rápidamente " es en gran medida inexacta para esa parte de la energía explosiva dirigida verticalmente o casi verticalmente.

Precisamente porque el sonido viaja mucho más rápido en el agua que en el aire, y porque el agua es mucho más densa que el aire, el coeficiente de transmisión del sonido del agua al aire es muy cercano a cero, incluso en un ángulo de incidencia de cero grados (vertical).

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Aquí:
- c es la velocidad del sonido para el medio
- ρ es la densidad del medio
- el subíndice l representa el segundo medio (aire), sin subíndice el medio de origen (agua)

Los valores típicos para el agua de mar son:
    ρ = 1020 kg/m3
    c = 1500 m/s;

y para aire:
    ρ = 1,225 kg/m3
    c = 340 m/s

por lo que de la ecuación. 1,28 arriba
    m ~ 1,225 / 1020 = 0,0012
    n ~ 1500 / 340 = 4,41

Luego, incluso con un ángulo de incidencia de 0 grados (entonces, cos θ == 1 y sen θ == 0), a partir de la ecuación. 1.30 anterior obtenemos como coeficiente de transmisión:

T ~ ( 2 . 0.0012 ) / ( 0.0012 + 4.41 . 1 )
   ~ 0.0024 / 4.4112
   ~ 0.00054

Un análisis similar mostrará que también se produce un coeficiente de transmisión muy pequeño con respecto al fondo del mar.

Por lo tanto, en las inmediaciones de submarinos y destructores/corbetas, donde el ángulo de incidencia de la ráfaga de sonido es muy cercano a cero con respecto a la superficie del mar y al fondo del mar, el eco de la ráfaga de sonido reverbera en un patrón casi vertical hasta que ese eco migra lentamente fuera de la vertical o es absorbido por el agua a través del calentamiento.

La mayor parte del Atlántico tiene entre 3000 y 4000 metros de profundidad, con un promedio de 3600 metros. Esto significa que los ecos de una explosión de carga de profundidad van y vienen entre la superficie del mar y el fondo marino en 2-3 segundos en cada dirección. Con una transmisión casi nula tanto al aire como al lecho de roca, una fuerte reverberación haría eco en las inmediaciones de la explosión, normalmente en las inmediaciones tanto del submarino como del cazador. Gritar en un sistema de cuevas con fuertes ecos y luego esperar el silencio suficiente para escuchar caer un alfiler sería una situación análoga.

La frecuencia típica del sonar en la Segunda Guerra Mundial era de 20 kHz a 30 kHz. La longitud de onda para una señal de 25 kHz sería de ~ 6 cm dadas las propiedades del agua de mar anteriores, por lo que todas las características de la superficie o el fondo del mar < ~ 3 cm serían invisibles.

La afirmación se hace en otra respuesta:

Para que ASDIC funcione mejor, el agua debe ser homogénea, solo con flujo laminar.

Si bien es cierto, este nunca es el caso . Más bien, siempre hay tres termoclinas que afectan la transmisión, excepto en aguas tan poco profundas que una o más quedan exprimidas.

Por lo tanto, la noción de esperar 15 minutos más o menos para que el mar regrese a la homogeneidad es absurda. Lo que realmente sucede es que cualquier gran perturbación del agua alterará la " laminación " del océano que facilita el efecto de sombra del sonar ilustrado aquí, que ocurre cuando un gradiente de termoclina positivo más cercano a la superficie se encuentra por encima de uno negativo:

El operador de sonar experimentado también debe permitir otros patrones de propagación más complejos, como se describe en la referencia .

Una explosión submarina crea turbulencia en el agua, crea burbujas y quizás mezcla aguas de diferentes temperaturas o salinidades, todo lo cual afecta la refracción del sonido en el agua. Para que ASDIC funcione mejor, el agua debe ser homogénea, solo con flujo laminar.

Creo que la clave para esto es considerar las ondas reflejadas y sus interacciones con el medio ambiente y entre sí.

La explosión inicial enviará ondas de choque en todas las direcciones. Estas ondas de choque rebotarán en cualquier superficie, especialmente en el fondo del mar y la superficie con el aire. Es importante destacar que estas ondas reflejadas también se reflejarán cuando golpeen cualquier superficie (por ejemplo, el reflejo inicial del lecho marino rebotará y se reflejará en la superficie) y esos reflejos harán lo mismo. Como estas superficies generalmente serán irregulares, las ondas de choque reflejadas se convertirán rápidamente en un revoltijo de ruido.

También vale la pena considerar que las cargas de profundidad generalmente caen en patrones, por lo que no habría una sola explosión sino una serie de ellas. La combinación de ondas de choque y reflejos (y la interferencia entre las ondas de choque y los reflejos) hará que las cosas sean muy ruidosas.

Las explosiones iniciales son órdenes de magnitud más fuertes (es decir, más fuertes) que las ondas de sonido ASDIC y, aunque cada reflejo pierde energía, los reflejos tardan en perder suficiente energía para volverse insignificantes en comparación con las señales ASDIC.

Para liberar la carga de profundidad, el barco tendría que ir por debajo del rango mínimo del sonar

Los sonares (o ASDIC en terminología británica) eran relativamente simples en la Segunda Guerra Mundial. El sonido se enviaría en una dirección, se propagaría a través del agua y rebotaría de cualquier objeto submarino en su camino (un submarino, por ejemplo). Conociendo la velocidad del sonido en el agua, fue posible calcular aproximadamente el alcance y la demora de ese objeto. Pero si el objeto se acerca demasiado al sonar, no podría detectarlo. El artículo sobre Hedgehog que publicaste explica que:

El sistema se desarrolló para resolver el problema del submarino objetivo que desaparecía del ASDIC del barco atacante cuando el barco se encontraba dentro del alcance mínimo del sonar. Debido a la velocidad del sonido en el agua, el tiempo que tardó el eco 'ping' en regresar al barco atacante desde el submarino objetivo se volvió demasiado corto para permitir que el operador humano distinguiera el eco audible que regresa del pulso de sonido inicial emitido. por el sonar, el llamado "eco instantáneo", donde se fusionan el pulso de sonido de salida y el eco de retorno. Este "punto ciego" permitió al submarino realizar maniobras evasivas sin ser detectado mientras el barco estaba fuera del alcance de un ataque de carga de profundidad. Por lo tanto, el submarino era efectivamente invisible para el sonar cuando el barco se encontraba dentro del rango mínimo del sonar.

Las cargas de profundidad, por otro lado, eran armas más engorrosas. Como puede ver en el enlace, generalmente se dejaron caer en la estela del barco. Esto significa que el barco atacante tuvo que cruzar sobre el submarino, es decir, perder el contacto durante algún tiempo. A diferencia de los erizos, las cargas de profundidad explotarían cada vez (a una profundidad predeterminada). El barco atacante establecería un patrón de ellos, esperaría hasta que explotaran, saldría del rango mínimo y luego intentaría volver a adquirir el objetivo siempre que la cavitación se haya calmado.

Proporcionando todos los pasos necesarios, el hecho de que los sonares rara vez funcionaban a velocidades superiores a 15 nudos y un alcance inferior a 300 yardas, además de las limitaciones de enviar pulsos a intervalos que duraban alrededor de 5 segundos en un arco de 5 grados (para permitir que el sonido regresara), realmente podría durar hasta 15 minutos antes de que pueda comenzar a buscar nuevamente si el primer ataque de carga de profundidad no tuvo éxito.

La cita puede estar refiriéndose a los sistemas físicos que implementan ASDIC. El blindaje contra golpes y vibraciones es un problema importante en la arquitectura naval. Es posible que los sistemas con protección insuficiente contra impactos hayan requerido mantenimiento después de recibir un impacto, por ejemplo, al estar cerca de un ataque de carga de profundidad ejecutado recientemente. Al menos algunos buques de la Segunda Guerra Mundial de la Commonwealth británica carecían de protección total contra impactos en sus sistemas ASDIC contra los impactos inducidos por sus propios ataques de carga de profundidad.

División de guerra antisubmarina, Oficina de la Armada, Melbourne (1943-07) “INFORME ANTISUBMARINO DEL PACÍFICO SUR-OESTE DE JULIO DE 1943” ACB0233/43(2) [ http://www.navy.gov.au/sites/default /archivos/documentos/1943_julio.pdf ] pág. 9:

"KALGOORLIE" atacó a un posible contacto a las 1808, y dos minutos después "WARRNAMBOOL" tuvo un eco en el rumbo informado por "KALGOORLIE", rango de 700 yardas. Se lanzaron cuatro cargas, el lanzador de estribor volvió a fallar. La conmoción de la última carga dejó fuera de combate al conjunto Asdic. Una válvula se había salido de su zócalo y el condensador heterodino se había movido de la configuración "E" a la configuración "B".