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El absurdo mundo de las carreras de submarinos impulsados ​​por humanos

octubre 14, 2021

«Le entregué el martillo más grande que tenemos y una palanca», me dice el estudiante de ingeniería de la Universidad de Washington mientras mira hacia la oscura cuenca de aguas profundas. «Él va a ir allí e intentará clavar la aleta en línea recta». Así sucede en las Carreras Internacionales de Submarinos (ISR) de 2017, donde las ridículas reparaciones de bricolaje sobre la marcha son el nombre del juego.

Estamos en Carderock Naval Warfare Center, un complejo de la Marina a lo largo del río Potomac en Maryland con algunas de las piscinas más grandes del mundo. Cada dos años, en junio, este lugar se transforma de una importante instalación de pruebas para embarcaciones navales en una puerta trasera llena de ingenieros universitarios que intentan frenéticamente reparar los daños más recientes en sus submarinos de propulsión humana construidos en casa. Las cajas de herramientas estaban abiertas, los buzos de apoyo estaban en la piscina y los equipos de todo el mundo estaban compitiendo con submarinos a pedales, más por el infierno mecánico que por cualquier otra razón.

Un verdadero desafío de ingeniería

Un submarino de propulsión humana es tan ridículo y poco práctico que, fuera de esta competencia, son prácticamente inexistentes. Sería difícil encontrar un vehículo que presenta más dificultades. Sin embargo, es exactamente esta impracticabilidad lo que hace que la competencia sea un imán para los ingenieros que aman un buen rompecabezas.

El ISR es una carrera sin duda. Quieres alcanzar una velocidad máxima más rápida que nadie, y el trabajo del sub-piloto, pedalear sumergido bajo el agua, es físicamente exigente. Muchos son ciclistas, todos están en buena forma física y muchos de ellos son personas más pequeñas porque estos submarinos son muy reducidos, especialmente para equipos que optan por un submarino de dos personas. Pero el verdadero foco de la carrera es la ingeniería. Un submarino bien diseñado llevará a un equipo mucho más lejos y más rápido que un piloto atlético.

Esto es lo que tienen que lograr: los ocupantes deben llevar sus submarinos autoamplificados por la cuenca de aguas profundas en Carderock. El objetivo es alinear el submarino y mantenerlo estable en la piscina larga y aumentar gradualmente la velocidad hasta que pase por la trampa de velocidad, donde una cámara mide la velocidad en nudos. Si su submarino golpea la pared de la piscina estrecha, o el piso, o rompe la superficie, la carrera es un rasguño.

Van unos 5 nudos, en una buena carrera. El récord mundial de velocidad para un submarino de propulsión humana es de poco más de 8 nudos (9,2 mph), alcanzado en un submarino para dos personas construido por el École de technologie supérieure de Montreal bautizado Omer 5. Puede que eso no suene rápido, pero considerando que la velocidad máxima que Michael Phelps puede nadar es de aproximadamente 6 mph, o 5.2 nudos, estos pequeños botes se mueven a un ritmo bastante bueno.

Simplemente cruzar la línea de meta es un logro: en el transcurso de una semana entera de carreras, menos de la mitad de las carreras fueron exitosas. La cuenca de aguas profundas en Carderock es una de las piscinas más largas del mundo, con una extensión de 1,886 pies de largo y 22 pies de profundidad. Es parte del David Taylor Model Basin, un gran complejo que corre más de media milla a través de Carderock, que alberga una cuenca de aguas poco profundas y una cuenca de alta velocidad además de la cuenca de aguas profundas donde corren los submarinos. La Marina usa estas enormes piscinas para arrastrar buques de guerra y partes de buques de guerra a través del agua en pruebas hidrodinámicas, y también permiten que los universitarios corran con sus submarinos de propulsión humana allí.

El área de preparación de la cuenca de aguas profundas en el Centro de Guerra de Superficie Naval, División Carderock.

Jay Bennett

Las embarcaciones no son estancas ni están presurizadas, por lo que un equipo de buzos desciende a los pilotos, suministrándoles aire todo el tiempo. Luego, los pilotos se aprietan en los submarinos y se conectan a un regulador de buceo conectado a un tanque de aire montado en el bote. Al respirar a través del regulador, los pilotos se enganchan en los pedales de la bicicleta, toman los controles de dirección y proceden a pedalear. Cuando los submarinos se estrellan y caen en picado, los buzos de la Marina que los siguen en un bote saltan para recuperar el submarino, el piloto y todo.

Oh, y las cosas siempre se rompen. «Es inevitable, algo se va a romper, algo se va a romper», dice Charlotte George, arquitecta naval de Carderock que compitió en ISR 2009 como estudiante en la Florida Atlantic University. «Solo tienes que luchar y encontrar una solución. —Y espero que hayas traído una pieza de repuesto «.

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El equipo ISR de la Universidad Tecnológica de Delft de Holanda, con su submarino sin hélice para una sola persona, WASUB VII.

Jay Bennett

La Marina da la bienvenida a la competencia. De hecho, Carderock tiene varios ingenieros navales que participaron en ISR como estudiantes universitarios. «Vine aquí, aprendí sobre hidrodinámica y pensé, podía hacer esto», dice George sobre su experiencia en carreras en ISR. Los submarinos impulsados ​​por humanos ofrecen un rompecabezas único, y las habilidades para resolver ese rompecabezas son directamente aplicables al centro de investigación naval donde ocurren las carreras. Un juego complejo y un ejemplo de aplicación en el mundo real, todo en una carrera internacional.

«Esa es realmente la parte más valiosa para estos jóvenes ingenieros», dice George.

Sub de carreras

Los submarinos están construidos con una variedad de materiales, pero principalmente plásticos, fibra de carbono y otros compuestos, con algunos componentes metálicos y algunos pesos para lastrar la embarcación. La Universidad de Washington se asoció con la Northwest School of Wooden Boat Building para construir un submarino de madera, el Knotty Dawg.

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El submarino propulsado por hélice para dos personas de la Universidad de Washington, construido a partir de madera con la Escuela Noroeste de Construcción de Barcos de Madera, el Knotty Dawg.

Universidad de Washington

Manejar estas cosas no es fácil. Los equipos generalmente construyen estabilizadores verticales y horizontales en la parte posterior de sus submarinos con aletas para permitir que el piloto controle el cabeceo y la guiñada. Los flaps se pueden controlar con sistemas neumáticos o hidráulicos y algún tipo de joystick o control manual en el submarino. Pero aquí radica la belleza de la competencia: los ingenieros pueden hacer lo que quieran.

La mayoría de los submarinos funcionan con una hélice que el piloto hace girar al pedalear la manivela de una bicicleta. Esta es la opción más rápida y, en muchos sentidos, la más sencilla. Hay una categoría ISR para submarinos impulsados ​​por hélice de una persona y dos personas. Agregar a otra persona al submarino e integrar sus sistemas de pedales agrega nuevos desafíos al diseño de la embarcación.

Y luego están los submarinos no propulsados ​​por hélice. Esta es la categoría donde las cosas pueden ponerse interesantes. La Universidad Tecnológica de Delft, de los Países Bajos, una de las potencias de ISR cada año, estaba ejecutando WASUB VII, un pequeño submarino de un solo piloto con alas de fibra de carbono que «aletean» al unísono en la parte trasera del submarino. Un equipo de estudiantes de secundaria de Nueva Jersey tenía un submarino de cono de helado llamado UMPTYSQUATCH 8. Este era el submarino más popular en Carderock, con vítores regulares saliendo por el gran cono brillante de helado blanco giratorio que succiona agua en el frente y lo expulsa por los lados hacia la parte trasera para propulsar la embarcación: un chorro de agua con impulsor para que los niños de secundaria bajen por la piscina de buques de guerra en Carderock.

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Submarino de turbina de implosión para una sola persona de la Escuela Técnica del Condado de Sussex, UMPTYSQUATCH 8.

Jay Bennett

La propulsión, aunque es la parte más importante, es solo el comienzo. Los equipos utilizaron una variedad de sistemas mecánicos, neumáticos, hidráulicos e incluso eléctricos para controlar sus submarinos. Los dispositivos electrónicos son complicados bajo el agua, como puede imaginar, pero pueden brindarle a un equipo una mayor precisión. Virginia Tech funcionaba con dirección accionada electrónicamente, pero probablemente pasaron más tiempo jugando con el sistema que pilotando el submarino.

De hecho, todos los equipos dedicaron más tiempo a desgarrar que a correr. Solo un submarino puede ejecutar el curso a la vez, y si tienes que sacar el submarino del agua para hacer una reparación, perderás tu lugar en la fila hasta que puedas volver a la cola. Si bien es una carrera, la competencia real para los ingenieros es contra los submarinos mismos: encontrar una manera de hacer que estos tubos de plástico vayan donde el piloto quiere. Tampoco tiene que ser el suplente de tu propio equipo. Un chasquido en un tubo neumático que obligue a un equipo a desviar todo el sistema podría hacer que ingenieros de media docena de escuelas escupieran ideas. Por encima de todo, ISR se trata de superar las complicaciones de ingeniería a medida que surgen en tiempo real.

Futuro impulsado por humanos

En años impares, ISR ocurre aquí en Carderock, y en años pares, ocurre en un centro acuático en Gosport, Inglaterra. En las carreras del Reino Unido, los equipos se enfrentan a nuevos desafíos, como recorridos sinuosos, obstáculos físicos y un eslalon que requiere que los pilotos atraviesen puertas como los esquiadores olímpicos. La comunidad estrecha y los patrocinadores leales que han venido a apoyar a ISR, y el apoyo continuo de la Armada, han mantenido el desafío en los EE. UU. Y Europa.

Pero así como la competencia en sí es un asunto de MacGyvered, también lo es llegar aquí. Hay pocos incentivos prácticos para que una escuela financie un equipo de submarinos, y algunos de los programas son constantemente recortados y luego reiniciados por un profesor de ingeniería molesto. Muchos de los equipos con mayor respaldo universitario son europeos.

«Nuestra escuela es un poco apática con lo que hacemos», dijo Benny Wu, un estudiante de ingeniería de la Universidad de California en San Diego que condujo su submarino a Maryland en la parte trasera de su Toyota Tacoma. Su equipo había construido un refugio de madera para cubrir el submarino, el equipo de buceo y otras herramientas que transportó en la parte trasera de su camioneta por todo el país.

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Knotty Dawg de la Universidad de Washington al final de una carrera.

Jay Bennett

Los equipos universitarios que construyen y compiten con autos obtienen mucha más financiación, lo cual tiene sentido, ya que obtienen más exposición y cuentan con el apoyo de circuitos de carreras internacionales. Pero también es importante encontrar una manera de financiar y respaldar los desafíos de ingeniería más abstractos. El mundo no se dará cuenta, pero los niños que participen construirán los futuros barcos de la Armada, diseñarán aviones más eficientes, avanzarán en la fabricación de materiales compuestos y continuarán golpeando las cosas con un martillo y una palanca mientras trabajan para construir nuestro futuro. mundo.

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