Superkavitace - Supercavitation

Objekt (černý) narazí na kapalinu (modrý) vysokou rychlostí. Tlak kapaliny za objektem je snížen pod tlak par kapaliny, čímž se vytváří bublina páry (dutina), která obklopuje objekt a snižuje odpor.

Superkavitace je použití kavitační bubliny ke snížení tření pokožky táhnout na ponořeném objektu a umožnit vysokou rychlost. Mezi aplikace patří torpéda a vrtule, ale teoreticky by tato technika mohla být rozšířena na celou podvodní loď.

Fyzikální princip

Kavitace je tvorba parních bublin v kapalině způsobená prouděním kolem objektu. Bubliny se tvoří, když voda zrychluje kolem ostrých rohů a tlak klesá pod tlak par. Tlak se zvyšuje při zpomalení a voda obecně reabsorbuje páru; bubliny páry však mohou implodovat a aplikovat malé koncentrované impulsy, které mohou poškodit povrchy, jako jsou lodní vrtule a oběžná kola čerpadla.

Potenciál vzniku bublin páry v kapalině je dán nedimenzionálním kavitační číslo. Rovná se místní tlak mínus tlak par dělený dynamický tlak. Při zvyšování hloubky (nebo tlaků v potrubí) je potenciál kavitace nižší, protože rozdíl mezi místním tlakem a tlakem par je větší.

Superkavitační objekt je vysokorychlostní ponořený objekt, který je navržen tak, aby inicioval kavitační bublinu na jeho nose. Bublina se rozprostírá (buď přirozeně, nebo rozšířená interně generovaným plynem) kolem na zádi konec předmětu a zabraňuje kontaktu mezi stranami předmětu a kapalinou. Toto oddělení podstatně snižuje tření kůže táhnout na superkavitačním objektu.

Klíčovým rysem superkavitačního objektu je nos, který má obvykle po svém obvodu ostrou hranu, která tvoří kavitační bublinu.[1] Nos může být kloubový a tvarovaný jako plochý disk nebo kužel. Tvar superkavitačního objektu je obecně štíhlý, takže kavitační bublina obklopuje objekt. Pokud bublina není dostatečně dlouhá, aby obklopila objekt, zejména při pomalejších rychlostech, může být bublina zvětšena a prodloužena vstřikováním vysokotlakého plynu do blízkosti nosu objektu.[1]

Velmi vysoké rychlosti potřebné pro superkavitaci lze dočasně dosáhnout pod vodou vystřelenými střelami a střelami. Pro trvalé superkavigace se používá raketový pohon a vysokotlaký raketový plyn může být směrován do nosu, aby se zvýšila kavitační bublina. V zásadě lze se superkavitujícími objekty manévrovat pomocí různých metod, včetně následujících:

  • Přetáhněte ploutve, které vyčnívají bublinou, do okolní kapaliny[2] (str. 22)
  • Nakloněný nos nosu
  • Plyn vstřikovaný asymetricky blízko nosu, aby narušil geometrii dutiny
  • Vektorový tah rakety pomocí kardanování pro jednu trysku
  • Diferenční tah z více trysek[1]

Aplikace

The Ruské námořnictvo vyvinul VA-111 Shkval superkavitace torpédo,[3][4] který využívá raketový pohon a překračuje rychlost konvenčních torpéd nejméně o pětinásobek. Vývoj NII-24 začal v roce 1960 pod krycím názvem „Шквал“ (Squall). VA-111 Shkval je v provozu (výhradně u ruského námořnictva) od roku 1977, přičemž sériová výroba začala v roce 1978. Bylo vyvinuto několik modelů, z nichž nejúspěšnější byl model M-5, dokončený do roku 1972. Od roku 1972 do roku 1977 Bylo provedeno 300 testovacích startů (95% z nich dne Jezero Issyk Kul ).[Citace je zapotřebí ]

V roce 2004 Němec výrobce zbraní Obrana Diehl BGT oznámili své „vlastní“ superkavitační torpédo Barracuda, nyní oficiálně pojmenovaný Superkavitierender Unterwasserlaufkörper (Angličtina: superkavitující podvodní tělo). Podle Diehla dosahuje rychlosti vyšší než 400 kilometrů za hodinu (250 mph).[5]

V roce 1994 Námořnictvo Spojených států zahájil vývoj systému Rapid Airborne Mine Clearance System (RAMICS), a mořský důl odbavení systém vynalezený C Tech Defense Corporation. Systém je založen na superkavitující střele stabilní ve vzduchu i ve vodě. Projektily RAMICS byly vyrobeny v průměrech 12,7 milimetrů (0,50 palce), 20 milimetrů (0,79 palce) a 30 milimetrů (1,2 palce).[6] Terminální balistická konstrukce střely umožňuje pomocí jediného kola explozivní ničení mořských min hlubokých až 45 metrů (148 stop).[7] V roce 2000 v Aberdeen Proving Ground, Střely RAMICS vystřelené vznášející se Mořská kobra bojový vrtulník úspěšně zničil řadu živých podmořských min. Jak března 2009, Northrop Grumman dokončila počáteční fázi testování RAMICS pro zavedení do flotily.[8]

Írán tvrdil, že úspěšně otestoval své první superkavitační torpédo, Houkání (Velryba), 2. – 3. Dubna 2006. Některé zdroje spekulovaly, že vychází z ruštiny VA-111 Shkval superkavitační torpédo, které cestuje stejnou rychlostí.[9] Ruský ministr zahraničí Sergej Lavrov popřel dodávku této technologie do Íránu.[10]

V roce 2005 DARPA ohlásil program Podvodní expres, výzkumný a hodnotící program k demonstraci využití superkavitace pro použití vysokorychlostních podvodních plavidel. Konečným cílem amerického námořnictva je nová třída podvodních plavidel pobřežní mise, které mohou přepravovat malé skupiny personálu námořnictva nebo specializovaný vojenský náklad rychlostí až 100 uzlů. DARPA zadala zakázky společnostem Northrop Grumman a Elektrický člun General Dynamics na konci roku 2006.[Citace je zapotřebí ] V roce 2009 společnost DARPA oznámila pokrok v nové třídě ponorky:

Konstruktér ponorky, Electric Boat, pracuje na čtvrtinovém modelu pro námořní zkoušky u pobřeží Rhode Island. Pokud budou zkoušky úspěšné, zahájí společnost Electric Boat výrobu na ponorce o rozměrech 100 stop. V současné době může nejrychlejší ponorka námořnictva cestovat pouze 25 až 30 uzlů, zatímco je ponořena. Pokud však vše půjde podle plánu, Podvodní expres zrychlí rychlostí 100 uzlů, což umožní dodávku mužů a materiálu rychleji než kdy dříve.[11]

Prototyp lodi s názvem Duch, používá superkavitaci k pohonu na vrchol dvou vzpěr se zaostřenými hranami. Byl navržen pro tajné operace od Gregory Sancoff z Juliet Marine Systems. Plavidlo jede hladce ve vodě s trhaným povrchem a dosáhlo rychlosti 29 uzlů.[12]

Umělecké vykreslení superkavitující vrtule v provozu

The Čínské námořnictvo[13][14][15] a Americké námořnictvo[16] údajně pracují na vlastní superkavitaci ponorky s využitím technických informací získaných na ruském superkavitačním torpédu VA-111 Shkval.

A superkavitační vrtule používá superkavitaci ke snížení vody kožní tření a zvýšit rychlost vrtule. Konstrukce se používá ve vojenských aplikacích, vysoce výkonná závodění čluny a modelové závodní čluny. Funguje plně ponořený s klínovitými lopatkami, které vynucují kavitaci na celé přední straně, počínaje náběžnou hranou. Jelikož se dutina za lopatkou dobře zhroutí, superkavitující vrtule se vyhýbá odlupování poškození způsobené kavitací, což je problém u konvenčních vrtulí.[Citace je zapotřebí ]

Superkavitační střelivo se používá s němčinou (Heckler & Koch P11 ) a ruština podvodní střelné zbraně,[17] a další podobné zbraně.

Údajné nehody

The Kursk Říkalo se, že nehoda ponorky byla způsobena vadným superkavitačním torpédem Shkval,[18] i když pozdější důkazy ukazují na vadné torpédo 65–76 (viz Kursk podmořská katastrofa ).

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Ashley, Steven (květen 2001). "Warp Drive Underwater". Scientific American: 70–79.
  2. ^ http://www.aem.umn.edu/research/supercavitation/documents/thesis_eric.pdf
  3. ^ „Shkval Torpedoes (Barracudas) and super-cavitation - A gaphole in fyzics alarms submarine crew“. www.articlesextra.com.
  4. ^ „Ucg.com“. www.periscope.ucg.com. Archivovány od originál dne 2003-12-15. Citováno 2010-03-23.
  5. ^ „Diehl BGT Defense: Unterwasserlaufkörper“. Archivovány od originál dne 25. 8. 2009. Citováno 2006-10-07.
  6. ^ „Piercing do zbroje MK258, stabilizovaný ploutví, vyřazující Sabot-Tracer (APFSDS-T) hydroballistický protimínový projektil munice“. www.globalsecurity.org.
  7. ^ „Projekty C Tech Defense: vzdušné laserové cílení a super kavitující projektilové technologie“. www.ctechdefense.com.
  8. ^ „Tým Northrop Grumman-Navy překonal očekávání během testu na odstraňování min. Newsroom společnosti Northrop Grumman. Citováno 2019-09-20.
  9. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 4. 7. 2008. Citováno 2008-08-06.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz) [1] [2] Archivováno 2007-02-28 na Wayback Machine
  10. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 11.03.2007. Citováno 2007-02-28.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  11. ^ „DARPA připravuje ultrarychlý mini-sub“. Populární věda.
  12. ^ Caroline Winter (2014-08-21). „Tato tajná útočná loď může být pro Pentagon příliš inovativní“. Bloomberg BusinessWeek.
  13. ^ „Čínská nadzvuková ponorka, která by mohla ze Šanghaje do San Franciska přejít za 100 minut, se plazí stále blíže realitě - ExtremeTech“. www.extremetech.com.
  14. ^ „Šanghaj do San Franciska za 100 minut čínskou nadzvukovou ponorkou“. South China Morning Post. 24. srpna 2014.
  15. ^ Crane +, David. „Čínská armáda vyvíjí superkavitující nadzvukovou ponorku pro vysokorychlostní námořní válku“. DefenseReview.com (DR): Online časopis o taktických technologiích a vojenských obranných technologiích se zvláštním zaměřením na nejnovější a nejlepší zprávy o taktických střelných zbraních (zprávy o taktických zbraních), zprávy o taktickém vybavení a zprávy o taktické střelbě.
  16. ^ „Americké námořnictvo vyvíjí„ nadzvukové ponorky “, které by mohly proříznout oceán rychlostí zvuku pomocí bubliny“. www.defense-aerospace.com.
  17. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 2004-10-25. Citováno 2004-11-07.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  18. ^ Gertz, Bill (23. srpna 2001). „Ruská kniha vrhá světlo na rakety“. Washington Times. str. A.4.

Další čtení

  • Office of Naval Research (2004, 14. června). Mechanika a přeměna energie: vysokorychlostní (superkavitační) podmořské zbraně (D&I). Citováno 12. dubna 2006, z Domovská stránka Úřadu pro námořní výzkum
  • Savchenko Y. N. (n.d.). CAV 2001 - Čtvrté výroční sympozium o kavitaci - California Institute of Technology Citováno 9. dubna 2006, archivováno na Wayback Machine
  • Hargrove, J. (2003). Superkavitační a letecká technologie ve vývoji vysokorychlostních podvodních vozidel. v 42. setkání a výstava AIAA Aerospace Sciences. Texas A&M University.
  • Kirschner a kol. (2001, říjen) Superkavitační výzkum a vývoj. Technologie podmořské obrany
  • Miller, D. (1995). Superkavitace: jít do války v bublině. Jane's Intelligence Review. Citováno 14. dubna 2006, z Obranné a bezpečnostní zpravodajství a analýzy Jane 360
  • Graham-Rowe a Duncan. (2000). Rychlejší než rychlá kulka. Nový vědec, 167(2248), 26-30.
  • Tulin, M. P. (1963). Superkavitační toky - teorie malých poruch. Laurel, Md, Hydronautics Inc.
  • Niam J W (prosinec 2014), Numerická simulace superkavitace

externí odkazy