FORMAS Y RESISTENCIA (Parte 4)

P. Sosa. © 03-2007

En la Figuras siguientes se presentan la proa de un monocasco de la Clase HDW 209-1 y de la Clase Collins. El proyecto del HDW tiene ya unos 35 años, por lo cual se puede considerar ya superado, pero no así el del Collins que es bastante reciente (~ 1992). Se pueden comentar varios puntos referentes a sus formas: a) La forma de la proa está adaptada a los TLT (en el HDW) o al sonar (Collins) y no al flujo hidrodinámico. b) La superestructura, muy alta, está bastante mal integrada en el casco principal. c) En el HDW 209, los timones de buceo de proa son replegables y se guardan dentro de la estructura ligera de la proa. El de Er es para ascender y el de Br es para descender. d) El techo de la vela es completamente plano, con un pequeño radio de acuerdo con los costados. e) En el HDW, el abrigo de navegación, en la vela, va abierto y el parabrisas quizás sea excesivo. f) Las bitas y otros elementos de amarre se han empotrado en el casco y no sobresalen, lo cual es un buen atributo. g) El sonar interceptor sobre la superestructura de proa es bastante prominente en el Collins. Hace unos años estas superestructuras se construían en acero o en aluminio pero se está tendiendo a realizarlas en materiales compuestos de fibras, principalmente, por no estar sujetas a la oxidación, presentar unos mejores acabados superficiales y tener un peso moderado. Su principal inconveniente es que no admiten con facilidad modificaciones o reformas, su propensión a vibrar (bajo módulo E) y su baja resistencia al fuego (aunque esta debilidad no es crítica al estar esta estructura en continuo contacto con el agua). Para aumentar su rigidez, se suelen construir con cuadernas metálicas, al menos en las zonas críticas. Se le pueden incorporar elementos de flotabilidad (pero que solo son efectivos con el submarino en inmersión).

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Las formas teóricas de popa han de ser modificadas en la parte superior para que acepten la superestructura, que llega ya muy reducida hasta ella. En la figura siguiente se puede observar que una superestructura bien integrada en las formas puede mejorar la estela del flujo de agua que llega al plano de la hélice. Obsérvese que la estela tiene alteraciones en cada sector en que se encuentran los timones, que tienen en este caso, la disposición en cruz. Estos alteran la distribución del flujo.

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6.6.- La vela La vela es el apéndice que mas sobresale del casco. Clásicamente, todos los sumergibles o submarinos han dispuesto de una torreta o estructura sobre la cubierta o parte alta del casco que servía, cuando este estaba en superficie, para el acceso de la tripulación al interior del submarino, mediante una escotilla que guardaba una distancia prudencial respecto al nivel del mar, a efectos de prevenir la inundación con olas, balances, etc.

Con el tiempo, esta estructura ha ido creciendo y conteniendo más y más equipos y materiales que son muy difíciles de incluir en el interior del submarino, que necesitan un gran espacio para poder ser utilizados, o que exigen que estén en la parte superior, obligatoriamente. Tal es el caso de los periscopios, del snorkel, de algunos sonares o de las antenas de radio y de comunicaciones. En la figura se puede observar la vela del submarino Yuushio.

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Es bien sabido que los cuerpos sumergidos, aunque sean alargados, como los submarinos, cuando navegan en inmersión a una corta distancia del nivel del mar, están sujetos a una resistencia adicional por formación de olas. Un cuerpo elongado se considera que está en inmersión profunda, sin efectos sensibles sobre la superficie, cuando la cota de su centro de volumen (el eje del submarino en este caso) está a más de cinco o seis diámetros bajo el nivel del mar. Si es menor esta cota, el oleaje generado por el avance del cuerpo produce una resistencia al avance que es cuanto mas grande cuanto menor es la inmersión. La resistencia asciende tremendamente conforme la distancia al nivel del mar disminuye, sobre todo a números de Froude cercanos a 0,5. Así, por ejemplo, la resistencia por olas y por resistencia de los mástiles (los que estén desplegados) de un submarino en snorkel puede añadir un 45% a la resistencia que tiene cuando navega a una gran profundidad, para unos 8-10 nudos de velocidad. A una velocidad menor este efecto es más reducido. De ahí el interés de navegar, en snorkel, a la máxima profundidad posible.

Hay otro efecto negativo, por olas (no las generadas por el propio submarino, sino las existentes con mala mar), y que consiste en hacer ascender a la superficie la proa del submarino, aspirándolo, tendiendo a que este asome continuamente la proa a intervalos regulares. Esto ya se vio en el capítulo 5, Estática. Ello es debido al diferencial de presión que existe entre el seno y la cresta de las olas y al movimiento orbital de las partículas que las integran. Tan fuerte es este efecto que los submarinos que navegaban mucho a cotas bajas, en snorkel o en superficie con los lastres semi-inundados, llevaban un tanque especial para contrarrestar este efecto, denominado “negative tank” o tanque negativo, el cual se llenaba cuando se navegaba cerca de la superficie. Este tanque podía tener una capacidad de 4 a 8 m3, tal era la fuerza de la succión. En la actualidad ese tanque no existe, por su peligro, pero se ha sustituido por otros semejante, multifunción: el tanque de regulación. Por consiguiente, el tubo del snorkel conviene desplegarlo bastante por encima del cuerpo principal del submarino para que este navegue muy hundido y así poder minimizar la resistencia por olas y eso implica tener que disponer de un mástil telescópico de unas respetables dimensiones longitudinales. El desplegado es de una sola etapa, es decir una camisa cilíndrica exterior acoge a un tubo interior, sistema estanco, provisto de una cabeza de aspiración de aire que es el que se desplaza. No es aconsejable disponer de mas etapas de desplegado, (como si fuese una antena de radio de un automóvil) ya que los mecanismos de extensión serían bastante complicados y además la flexión en la base del mástil sería excesiva, ya que al avanzar, están expuestos a una fricción con el agua, que los flexiona. En la actualidad solo hay un mástil extensible para la aspiración del aire limpio de combustión de los motores y ventilación general del submarino. El gas producido por los escapes se expulsa por la parte alta de la vela, por lo cual estos gases están expuestos a la presión hidrostática correspondiente a su inmersión. Es un esfuerzo que tienen que realizar los motores diesel de los grupos, que por eso deben ser especiales. Lo mismo se puede decir de los otros mástiles: periscopios, antenas de comunicaciones, radar, ESM, GPS, etc. por lo cual que la altura de la vela se dimensiona para que quepan las camisas o cuerpos de todos los mástiles en su interior, cunado están replegados. El mástil del periscopio, cuando use el sistema óptico, que es lo mas corriente, en los de ataque, debe forzosamente penetrar en el interior del buque ya que la señal óptica debe llegar a los oculares. La carrera de este debe ser la adecuada para que al izarlo, desde su pozo, los oculares queden a la altura del rostro del operador, que es la misma que sobresale por encima de la vela. Hay ciertas limitaciones de longitud debido a cuestiones de la óptica. El de observación se suele instalar con construcción no penetrante, habiéndose sustituido la vía óptica por una cámara video (mástil optrónico). El de ataque, 52

con el tiempo también será del tipo optrónico. Ya los hay, pero hay cierta reactancia a confiar en las cámaras de video. La altura de la vela, sobre la superestructura (hay una parte entre esta y el casco resistente) para un submarino convencional suele estar entre los 4 y 6 metros, lo cual permite que las antenas, desplegadas, puedan ascender por encima de la vela otros 4 o 6 metros. Una vez considerada una altura para la vela, la longitud necesaria se obtiene a partir del espacio ocupado por los elementos que contiene: la escotilla/esclusa de acceso, sonares activos y pasivos, el número y diámetro de mástiles a instalar, más sus mecanismos de izado, que pueden ir integrados en el interior de los mástiles o colaterales con estos, el snorkel y su pozo, etc. Es preciso efectuar una disposición general de todos estos elementos y de los mástiles, coordinando sus posiciones para que no se interfieran sus funciones o se estorben entre ellos ya que, en un momento determinado, puede haber varios izados. Hay antenas que son incompatibles al molestarse o perturbarse unas a otras, interferencias electromagnéticas, por lo que hay que hacer un estudio al respecto. Y todo ello dentro de una manga máxima admisible de la vela. A proa de la parte superior de la vela se sitúa el pozo o puesto de navegación en superficie, que debe tener sitio para dos o más tripulantes. A este puesto se accede, desde el interior del submarino, a través de una esclusa, que puede ser multipropósito. Esta esclusa, de acceso al buque a través de la vela, o viceversa, es de firma cilíndrica o troncocónica y tiene una escotilla en la parte alta insertada sobre el tubo de la esclusa y otra en el fondo, soldada al casco resistente, ambas abriendo hacia afuera. Conviene que esta esclusa tenga una altura apreciable para que pueda, al menos, contener un hombre dentro, de pié. Hay criterios de seguridad que exigen que esta esclusa sea alta.

La vela debe estar provista de una resistencia estructural adecuada; es una estructura en voladizo sometida a importantes fuerzas hidrodinámicas y mecánicas, por lo que debe estar dotada de mamparos transversales y de cuadernas, preferiblemente en prolongación de las del casco resistente y de la superestructura. En gran parte de los casos, los timones de buceo de proa se encuentran instalados en los costados de la vela, con sus correspondientes mecanismos de accionamiento, por lo que, aparte de ser unos elementos mas a tener en cuenta en la disposición general, es un sistema que desarrolla unas elevadas fuerzas sobre la estructura sobre la que se implanta, que debe tener la resistencia adecuada. Por consiguiente, la longitud y la anchura de la vela se deducen de los elementos que debe contener. La forma general de sus secciones horizontales será la de un perfil hidrodinámico tipo NACA o similar, preferentemente, y podrán ser todas iguales o irse disminuyendo ligeramente conforme se asciende. El borde de entrada es redondeado mientras que el de salida es afilado. Obsérvese que en este submarino, de la Figura, la vela es totalmente plana por arriba. La vela es un elemento perturbador del flujo que pasa por el exterior del casco, generando una multitud de torbellinos, bien conocidos por los especialistas en hidrodinámica que tratan estos temas. Entre los mas importantes vórtices que se generan, se pueden citar el de pié de vela, en zona inferior de proa, (en forma de herradura), el de salida de la vela, en popa, parte alta, y los generados en los extremos de los timones de buceo (si los lleva). En el techo de la vela se generan numerosos desprendimientos de flujo, si no se toman las debidas precauciones. 53

La vela es un objeto tridimensional, pero el problema se puede reducir a uno bidimensional, si la vela es de la suficiente altura, para simplificar. De acuerdo con la teoría de los cuerpos bidimensionales elongados, (Hoerner), o perfiles, como son las secciones horizontales de la vela, la resistencia hidrodinámica es función de la velocidad, la superficie mojada, el coeficiente de fricción (nº Reynolds) y del factor de forma. El factor de forma, Cds/(2Cf) = (1+k) puede aproximarse por la expresión: 1+k = 1+ a • (t/c) + b • (t/c)4 Siendo t = espesor de la vela (manga o dimensión transversal de la secciones) c = cuerda o longitud de las secciones Ignorando los demás factores, que son mas o menos constantes, la resistencia de la vela es proporcional a su superficie mojada (considerada como proyección del plano de alzado) y al factor de forma. Como se pretende que la resistencia al avance de la vela sea la menor posible, su espesor debe ser relativamente reducido. Una placa plana sería la de menor desistencia pero entonces no cabría nada dentro, no sería útil. Haciendo los números se puede afirmar que el espesor de la vela mas conveniente está entre el 16 al 18 % de su eslora, (optimización de la resistencia por metro cuadrado de sección) aunque, en general, se suele ir a mangas de vela del orden del 18 -25 % de su eslora, ya que la penalización no es muy importante, con la parte mas ancha situada entre el 30% y el 40% de la eslora, a partir de la proa.

El techo de la vela que cierra esta por la parte superior es un elemento que puede introducir una resistencia adicional muy importante así como ser una enorme fuente de vértices y de ruidos. Típicamente el techo de la vela ha consistido en una superficie plana, situada paralela a la dirección de la marcha, provista de orificios por los cuales pasaban los mástiles. Es la solución constructiva más sencilla. El inconveniente es que las líneas de flujo de corriente, las que pasan por la parte superior de la vela, se deforman y se entrelazan produciendo toda clase de torbellinos. Asimismo los orificios del techo pueden producir reverberaciones, flautas y otros tipos de sonidos. Con el fin de reduicr estos fenómenos, se comienzan a construir velas con el techo abombado y con los orificios de los mástiles provistos con tapas de obturación. El techo abombado representa una complejidad muy grande a efectos de la construcción, la distribución y la extensión de los mástiles, sobre todo en aquellos que no están centrados con el eje de la vela. En estos, sus orificios atraviesan en diagonal la superficie del techo y, aparte de que ya no pueden ser tan largos como antes, el acoplamiento de sus tapas de cierre es problemático. En ciertos casos estas tapas son unos sombreretes incorporados en la cima de los 54

mástiles que, cuando estos está replegados obturan los orificios, mas o menos perfectamente, pero no todos los mástiles admiten esta solución. La valoración teórica de la resistencia del techo de la vela con todos sus orificios y tapas es compleja, y para poder determinarla con precisión exige ensayos de canal. En el caso limite, el techo de la vela tiene forma de un semi-cuerpo de revolución. Véanse los submarinos de la clase Scorpene que la tienen formando un huso de revolución cortado por el meridiano (el perfil de la vela rotado).

Este tipo de vela alta y esbelta es típica de los países occidentales, excepto los recientes HDW-212, entre los que se encuentran los de la Clase Todaro, italiana. Ver Figura anexa. En estos submarinos la vela ocupa toda la manga de la parte plana de la superestructura, interrumpiendo el paso de proa a popa de la cubierta de navegación, por los costados de la misma y, a menos de que se dispongan de puertas y un pasadizo interno a través de la vela esto puede ser un inconveniente a la hora de moverse sobre cubierta. Obsérvese la pequeña rendija que queda entre la superestructura y el cuerpo principal del casco, para desagüe. En la URSS, cuando existía y en Rusia ahora se prefieren unos tipos de vela distintos, más integradas en el casco y menos sobresalientes, parecidas a la del tipo HDW 212 anteriormente presentado, aunque también las hay del tipo occidental. Esto impide, en submarinos pequeños, en teoría, que los mástiles puedan ser muy largos, si no son penetrantes, a menos de que por debajo del pié de la vela se cuente con una gran altura de superestructura, que es lo que parece ser, ya que todos ellos son de doble casco. En los muy submarinos grandes esto ya no es problema ya que las alturas absolutas de las velas son muy grandes, aunque sean achaparradas de forma.

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En las figuras que siguen se presentan el perfil de los submarinos nucleares de ataque soviéticos Alfa y del nuevo proyecto Panther.

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En las Figuras siguientes se presentan un submarino de la Clase Alfa, (proyecto 705) y uno de la Clase Victor III y varios de la Clase Akula (proy.971). En todos ellos, las velas son muy características.

Submarinos Clase Akula. Rusia

Submarino Clase Akula. Rusia

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La implantación de la vela sobre el casco (la superestructura) puede recibir diferentes tratamientos. Hay velas que van directamente empotradas en el plano superior de la superestructura, formando aristas vivas en la zona de contacto, sin radios de acuerdo y otras que llevan un radio de acuerdo mas o menos generoso, principalmente en el pie de la vela, en la proa. La aplicación de radios de acuerdo entre la superficie de la vela y la cubierta tiene la propiedad de modificar los vórtices que se forman en el pié de vela. En el primer tipo, empotramiento con aristas vivas, se encuentran, por ejemplo, los submarinos de la Clases Nautilus, Narwhal, Tullibee, Permit, Los Angeles, G. Washington y otros muchos de los EEUU así como de Marinas europeas, como las Clase Swiftsure y la Clase Trafalgar en Gran Bretaña, la Clase Agosta y la Clase Rubis en Francia, por citar unos pocos. En el segundo, velas con radios de acuerdo amplñios, se hallan la Clase Seawolf y la Clase Virginia, con un pié de vela muy pronunciado, la Clase LeTriomphant en Francia, la Clase Scorpene, la Clase Astute de Gran Bretaña, etc.

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Se presentan Figuras de los submarinos de la Clase Le Triomphant (Francia) de la Clase Virginia (EEUU), (los Seawolf también llevan una vela así) y de la Clase Collins, en los que se puede apreciar el gran radio de acuerdo del pié de vela, que se va agrandando según se avanza para proa, en el caso del submarino francés. En los de EEUU y Australia, sin embargo, el gran radio de acuerdo solo es en la proa de la vela, y el resto es casi a ángulo recto. Este aditamento en la base de la vela funciona como lo hacen los bulbos en los buques de superficie deformando la ola que se crea en la proa. Le Triomphant. Francia

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La estructura de la vela se suele construir de acero, con el forro realizado en placas de materiales compuestos, moldeadas y atornilladas por el borde a refuerzos debidamente espaciados. En la Figura siguiente se presenta el SNA Saphir, submarino nuclear de ataque francés, en el que se aprecian las marcas de las cabezas de los tornillos que sujetan el forro de la vela a la estructura portante (por haber perdido la pintura). Obsérvese la tapa abatida hacia un costado del abrigo de navegación.

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En muchos casos, la vela está provista de una puerta que permite el paso a su interior, con acceso a la esclusa de entrada de la vela, estando en puerto, o para paso a través de ella. La vela incorpora en su frente y costados las luces de navegación, focos, señales, cláxones y la guía de remolque, que deben estar convenientemente carenados. En submarinos que navegan en aguas frías, la vela pude disponer en su frente de portillos de observación. Esto es muy frecuente en los submarinos rusos. La expulsión de los gases de escape de los diesel se efectúa por la vela, zona de popa, por lo cual los gases, en navegación snorkel, se arrojan ala mar a una inmersión próxima a los 3 o 4 m. Esto tiene la ventaja que en contacto con el agua de mar los gases se enfrían un poco y presentan una menor firma infrarroja, (IR). En las modernas plantas diesel-generadoras, el volumen de los gases que se expulsan es bastante elevado, (2 litros/kWe/s), es decir unos 5 a 7 m3 por segundo en una instalación típica, por lo cual en la superficie se producen grandes borbotones de agua arrastrados por el gas, es lo que se denomina la pluma. Si el mástil de admisión de aire está próximo a estos escapes, se podrá ver afectado por la pluma, pudiendo aspirar agua, provocando esto que la válvula de cabeza cierre continuamente con el consiguiente trastorno, depresiones abordo, etc. Por otro lado, situar este mástil, que es muy grueso, mas a proa exige reconsiderar la eficacia todas las antenas, molesta su recepción, etc. Para hacer que los gases se expulsen mas a popa, en ciertos buques con este problema, se recurre a incluir en la zona de popa de la vela un apéndice, a modo de cola, tal como se presenta en las Figuras anexas. En ciertos casos se han incluido unos alerones fijos, lo que permite difundir el gas sobre una mayor superficie. Estos apéndices pretenden efectuar la difusión de los gases de escape, dividiéndolos en pequeñas partículas pero, dado su pequeño tamaño, el efecto difusor es muy ligero. Es un problema mal resuelto. En las Figuras que siguen se pueden observar estos apéndices en los submarinos de la Clase Nazario Sauro, italiano, en la Clase Zulú, soviético y en la Clase Walrus (II) holandés. Obsérvense las perforaciones en el difusor de este último.

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6.7.- Los alerones y timones Los alerones y timones son apéndices del casco que tienen el objeto de dotar al submarino de sus características de estabilidad de ruta y de maniobrabilidad. Los alerones son planos fijos que se incorporan al casco para que este sea mas estable direccionalmente. Los timones son aletas móviles que permiten que el submarino evolucione. Los timones, cuando están a la vía, efectúan el mismo papel que los alerones. Una relación eslora-manga alta funciona como un elemento estabilizador, de forma natural. Por se motivo, en los submarinos cortos (L/B=7-8) la superficie necesaria de alerones, para mantener el rumbo, es mas grande que cuando son mas largos (L/B>10). En todos ellos se aplican secciones de perfil hidrodinámico, secciones NACA o similar.

Históricamente los timones han evolucionado bastante habiéndose pasado de los timones situados por detrás de la hélice (o hélices) a timones situados por delante que la misma. Los timones de los tipos D y E son los mas utilizados en la actualidad.

Los timones se han situado normalmente detrás de las hélices ya que se consideraba que el flujo de agua impulsada por estas, a gran velocidad, al chocar con la pala de los mismo produciría un mayor efecto giratorio, aparte de que cuanto mas a popa mayor es el brazo de palanca. En la Figura siguiente se presenta una disposición de timones clásica, de la Clase Guppy, de 1950, con dos líneas de ejes, arbotantes y timones a popa de las hélices. Puede observarse que dispone de alerones fijos, desconectados hidrodinámicamente del conjunto de timones.

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Los submarinos tienen unos centros de giro y unos puntos significativos, en el plano vertical y en el horizontal alrededor de los cuales pivotan, cuando evolucionan. Hay un punto donde se sitúa la resultante de las fuerzas que se generan durante una evolución y un centro de deriva o punto neutro en el que las fuerzas aplicadas solo producen traslaciones transversales, sin giro. Dependiendo de las posiciones respectivas de estos puntos, que van variando de posición longitudinal con la velocidad, el submarino será más o menos estable en ruta lineal o en sus maniobras. Por consiguiente los planos o timones serán mas efectivos cuando mas alejados se encuentren de dichos puntos de giro. Los timones de popa son muy efectivos para hacer girar el submarino ya que se encuentran bastante alejados del punto de giro correspondiente. Los alerones, cuando se montan, suele ir precediendo a los timones ya que así estos tienen una mayor eficacia, producen mas fuerza, y el submarino gobierna mejor. El conjunto alerón mas timón puede diseñarse como dos perfiles independientes, es decir un perfil completo (alerón) seguido de otro (timón) situado a una cierta distancia, por detrás, o bien como un conjunto integrado. El sistema independiente produce una estela mas irregular que el integrado. En la Figura siguiente se presenta un montaje de alerón más timón, en el que se han integrado los dos perfiles, de forma que la forma del conjunto responde aproximadamente a un perfil currentiforme. Como se puede observar, los desahogos que hay que dejar entre la parte trasera del alerón y el borde delantero del timón, para que este pueda girar sin rozar, crean unas discontinuidades de flujo que 64

pueden ser perjudiciales y ruidosas. En ciertas construcciones se adicionan planchas flexibles que tapan estas rendijas, solapando sobre el timón y reduciendo la discontinuidad, aunque pueden, en el caso de rotura, impedir el buen funcionamiento del timón, lo cual sería muy grave.

La estela producida por los alerones y timones de popa puede afectar el funcionamiento de la hélice, por lo cual conviene tenerlos bastante alejados de esta, a una distancia del orden de un diámetro de la hélice, como mínimo, medido hasta el borde de fuga de los timones. A veces esto obliga a tener que situarlos en posiciones muy avanzadas en el cono de las formas de popa sobresaliendo mucho del perfil de las secciones mayores del casco. Se impone, por consiguiente, un compromiso. Como pasa con cualquier perfil hidrodinámico, interesan timones que tengan una alta relación envergadura/cuerda (relación de aspecto) para que sean mas efectivos, pero su estructura exige cierta modulo (inercia) resistente por lo cual no se pueden diseñar demasiado estrechos. El timón de dirección inferior es un caso particular ya que al no deber sobresalir por debajo de la línea de base, para que el submarino pueda posarse sin dificultad en el fondo, o en los picaderos en las varadas, tiene que ser de una envergadura muy pequeña, con lo cual su eficacia es mas reducida. El dimensionamiento de las áreas y las posiciones de alerones y timones se puede realizar efectuando cálculos de maniobrabilidad, tomando como base los datos de submarinos similares pero que luego hay que validar mediante ensayos con modelos. En los timones, las dos configuraciones las mas corrientes en la actualidad, son en cruz (+) o en x. La configuración en cruz es la más clásica, usual y natural. El los timones en cruz los movimientos en el plano horizontal se efectúan mediante un par de timones verticales (de dirección) y en el plano vertical con un par de timones situados horizontalmente, simétricos, (hidroplanos). En cada plano evolutivo está definida una pareja concreta de timones. En timones en cruz (+), por poder ir sus ejes desfasados, los de dirección con las mechas mas a proa que los de buceo o viceversa, las mechas de estos timones no se interfieren y pueden ser continuas, de banda a banda, o de arriba hasta abajo, lo que exige un solo actuador por pareja de timones, resultando un sistema mas sencillo y robusto ya que las mechas están mejor soportadas en el casco (vigas con dos apoyos).

La configuración en X es poco común, y consiste tener los timones formando ángulo cercano a 45 º con los ejes normales, el horizontal y el vertical de submarino. Gozan de la ventaja de no sobresalir del perfil del contorno del buque y por tanto tienen menores probabilidades de dañarse por golpes con 65

obstáculos. Además asoman menos del agua en la navegación en superficie (condición que cada vez es menos frecuente). Por ir inclinados, los timones individuales, al girarlos, generan fuerzas que tienen una componente en sentido horizontal y otra en sentido vertical. Para su manejo hay que utilizar los cuatro actuadores, o dos a dos, los altos o los bajos, o todos, para los movimientos en el plano vertical, o los de Br o Er o todos para los movimientos en el plano horizontal. Por ser cuatro unidades que pueden trabajar combinadas, el momento que producen es bastante alto y la maniobrabilidad se mejora, en comparación con los de disposición en cruz. No suelen llevar además, alerones fijos. Puesto que, para guardar la simetría, sus cuatro mechas van situadas en el mismo plano transversal, estas no pueden ser continuas (salvo soluciones muy complejas, en forma de lira) y deben ser, por ello, independientes para los cuatro timones, sin cruzar de lado a lado del casco. Ello exige disponer de cuatro actuadores, (mecano-hidráulicos), uno para cada timón. Asimismo, si no llevan alerones asociados, que es lo normal, estos timones trabajan como palas en voladizo, por lo que engendran unos fuertes momentos sobre la estructura sobre la que se asientan, que debe estar muy reforzada. En el caso de un manejo manual, en emergencias, es poco intuitivo saber en qué dirección hay que mover unos y otros para obtener el movimiento deseado. Si, por cualquier circunstancia se avería uno de ellos, poder determinar las posiciones de los que quedan en servicio para obtener una cierta respuesta del buque, no es excesivamente evidente, aunque es de suponer que la lógica del mando automático de estos sea lo suficientemente redundante para no tener que recurrir a maniobras manuales. Una diferencia fundamental que existe entre estos y los timones en cruz es que las características evolutivas que proporcionan en el plano horizontal y en el vertical de los primeros están acopladas, al deber ser todos los timones iguales y ambivalentes, mientras que los de configuración en cruz se pueden dimensionar a conveniencia. Es decir si se aumenta el tamaño de los alerones horizontales se obtiene mas estabilidad de ruta en el plano vertical exclusivamente, si se aumenta los timones de buceo se obtiene una mayor maniobrabilidad en el plano vertical, y así sucesivamente, por lo que ofrecen mas flexibilidad a la hora de asignar las prestaciones evolutivas en uno y otro plano, que no tienen por qué ser exactamente iguales. De hecho conviene tener, normalmente, más estabilidad de ruta en el plano vertical que en el horizontal (por cuestiones de seguridad, etc.) y esto lo proporciona tener unos grandes hidroplanos horizontales. La presencia de los alerones y timones en la popa tiene impacto en la formación de la estela que llega a la hélice. En los timones en X las perturbaciones están desplazadas 45 º respecto a los ejes del buque mientras que los timones en cruz siguen estos ejes, con el agravante de que se suman a las perturbaciones producidas por la vela y las superestructura, por lo que están un poco mas señalas las irregularidades en la estela, sobre todo en la parte alta del plano de la hélice. En la Figura que sigue se muestran estas irregularidades en la estela a efectos puramente indicativos, para timones en X y para timones en cruz, según Lennart Byström del SSPA sueco. Los dos gráficos no son comparables porque afectan a popas con diferente conicidad. Cuando el casco es afinado por popa, con un bajo ángulo de cono, las perturbaciones del flujo en la entrada en la hélice están más señaladas, ya que el flujo llega más nítido a la hélice, que cuando el cono es más abierto (las perturbaciones llegan mas disueltas y mas exteriores).

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En la Figura que sigue se muestra la deformación de la estela (factor) con el submarino derivando en el plano vertical, en una configuración en cruz. Figura debida a A. Bovis de la DCN francesa. Respecto a los timones en cruz, si se opta por hacerlos con un eje continuo que pase de un lado al otro del casco, y puesto que la línea de ejes de la propulsión está en medio, las mechas o brazos que realizan la continuidad, deben tener forma de cigüeñal, y sobre este cigüeñal es donde se aplica una biela que se transforma una fuerza lineal en un par torsor. Lo mismo ocurre con los verticales, los de dirección, que deben ir desfasados, en su posición en eslora, respecto al los de buceo, para que sus mechas no se interfieran entre si. La configuración en cruz es la más sencilla mecánicamente e intuitiva de manejo, ya que los planos, a cada lado del cuerpo principal del submarino se pueden mover simultáneamente, con un eje común, (aunque no es necesario obligatoriamente que el eje sea común, también pueden ser independientes).

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