Analisi preliminare di un sistema di propulsione aria indipendente per sottomarini non nucleari

At the moment, the majority of submarines that don’t use an electric motor powered by a nuclear fission reactor for propulsion are powered by a Diesel generator. Diesel generators charge the batteries when the submarine is on the surface or snorkeling depth. This represents a system flaw given that, in this phase, the submarine is easily identifiable. In this study the analysis is centered on the use of an air-independent propulsion system (AIP) instead of the conventional Diesel-electric system used for standard missions. This system needs to meet all the energetic requirements of the submarine during the mission. The air-independent system is a system of fuel cells that uses liquid oxygen as a comburent. Solid metal hydride and liquid hydrogen are taken into account as fuel. Furthermore, I conducted a literature review on the operation principles of the fuel cells and on the main methods of storage for comburent and fuel. The study sheds light on the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which are often used in similar cases thanks to their rapid activation and their impossibility of being traced with acoustic signature. As a whole, this study aims to analyze the most efficient combination when it comes to weight and volume of comburent and fuel used for fuel cells.

Attualmente la maggior parte dei sottomarini che non utilizzano un motore elettrico alimentato da un reattore nucleare a fissione per la propulsione sono alimentati da un generatore Diesel. I generatori Diesel caricano le batterie quando il sottomarino è in superficie o a profondità di snorkeling, questo rappresenta un difetto di questo sistema in quanto, in questa fase, il sottomarino è più facilmente individuabile. Nel presente studio viene analizzato l’utilizzo di un sistema di propulsione aria-indipendente (AIP) in sostituzione del sistema convenzionale Diesel-elettrico applicato per una missione standard. Tale sistema deve soddisfare l’intero fabbisogno energetico del sottomarino durante la missione. Il sistema aria-indipendente trattato è un sistema di celle a combustibile che sfrutta l’ossigeno liquido come comburente, come combustibile si valuta l’utilizzo di idruri metallici solidi e di idrogeno liquido. È stata condotta una literature review sui principi di funzionamento delle celle a combustibile e sui principali metodi di stoccaggio utilizzati per comburente e combustibile. Lo studio pone particolare attenzione sulle polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) le quali vengono spesso utilizzate in applicazioni analoghe in virtù del loro azionamento rapido e dell’impossibilità di essere rintracciate mediante firme acustiche. Nel complesso, il presente studio mira ad analizzare la combinazione più efficace rispetto a peso e volume di comburente e combustibile utilizzati per le celle a combustibile.