Torpedos, U-Boote usw...
- Februar 2009 - 25. März 2010 - 31. Juli 2010
Durch eine Propeller tritt ein Massendurchfluss Q, in Kilogramm pro Sekunde. Wenn der Propeller eine Schubkraft erzeugt, dann beschleunigt er
das Fluid beim Durchgang. Die Schubkraft, die an den Antriebsstrang übertragen wird, ist dann
Q ( V 2 - V 1 )
die in Klammern stehende Größe stellt den Geschwindigkeitszuwachs dar.
So wirkt der Propeller, ob es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handelt. Es gibt jedoch einen wichtigen Unterschied zwischen diesen beiden Medien. Flüssigkeiten sind viel
viskoser
als Gase. Das Wort
Viskosität
spricht wenig auf den Durchschnittsmenschen an. Für ihn ist etwas, das viskos ist, "klebrig". Für einen Fluidmechaniker ist ein viskoses Fluid ein Fluid, das bei einer Geschwindigkeit V und einer Dichte ro
eine größere Reibungskraft erzeugt
. Es ist diese hohe Viskosität des Wassers, die die Geschwindigkeit konventioneller Torpedos auf 100-120 km/h begrenzt. Darüber hinaus würde die Leistung, die benötigt wird, um sie schneller zu machen, prohibitiv werden.
Kleine Randbemerkung: Wie funktionieren "hyperschnelle" Torpedos?
Man versucht, sie nicht im Kontakt mit Wasser, sondern mit Wasserdampf fliegen zu lassen, der an der Nase des Geräts durch Einspritzung eines Gases, das von einer Rakete erzeugt wird, erzeugt wird. Dies ist der Fall bei den russischen Torpedos Shqwal, die von den Chinesen übernommen wurden und die diese Technologie an die Iraner weitergegeben haben. Ich hatte dies in meinem Buch "UFOs und amerikanische geheime Waffen" bereits 2003 (Albin Michel) erwähnt. Das amerikanische Äquivalent ist der Torpedo "Supercav". Cav, für
Kavitation
. Die
Kavitation
ist das, was natürlicherweise geschieht, wenn eine Propeller eine ausreichende Unterdruck erzeugt, sodass das Wasser verdampft (wenn der lokale Druck unter den "sättigenden Dampfdruck" fällt). Das war der Grund dafür, dass der Journalist Larousserie schrieb und mir bei einem Treffen erneut sagte: "Es reicht aus, dass der Torpedo schnell genug in das Wasser eindringt, damit die Kavitation entsteht und aufrechterhalten wird." Er zitierte dazu die Kugeln, die in das Wasser geschossen wurden.
Mamma mia. Wissenschaftsjournalisten sind nicht mehr das, was sie einmal waren....
Ich habe vergeblich versucht, diese Idee aus seinem Kopf zu bekommen (diese Idee und viele andere ähnlicher Art). Aber in solchen Fällen ist es angebracht, aufzugeben. Quod feci.
Im Jahr 2002-2003 hatte dieser Konzept der hyperschnellen Torpedos ziemlich geschmackvolle Kommentare hervorgerufen. Zeuge war ein französischer Admiral, der auf eine Frage eines Freundes, der bei einer jährlichen Veranstaltung "Euronaval" anwesend war, antwortete:
- Sie wissen, in Sachen Torpedos ist die
Geschwindigkeit nicht alles ....
Es scheint, dass dieser Admiral ein Projekt für eine Rückkehr zu einer militärischen Segelmarine verfolgt, bei dem Holz und Segeltuch eine hervorragende Unsichtbarkeit gegenüber Radarwellen gewährleisten.
Moderne Torpedos werden mit Pulverraketen angetrieben. Sie übertreffen leicht die 400 km/h unter Wasser, sind kabelgeleitet, mit Kabeln, die sich von Spulen abrollen, die vom Torpedo mitgeführt werden (nicht an Bord des U-Boots installiert). Um zu verhindern, dass die Gase, die aus dem Auspuff austreten, die Leitkabel beschädigen, werden diese von Armen abgerollt, die nach dem Abwurf des Torpedos aus seinem engen Schacht mit einer Druckluftstrahl ausgestreckt werden (die interkontinentalen Raketen werden auf die gleiche Weise abgeschossen und dann außerhalb des U-Boots gezündet).
Der russische Torpedo Shqwal von hinten gesehen. Auf seinen Seiten sind die seitlichen Leitkabel, die für die Kabelsteuerung sorgen, ausgeklappt.
Die Röhren um den "Kuchen" der zentralen Düse könnten möglicherweise Gaseinjectoren mit niedrigerer Temperatur sein, die den Hauptstrahl umgeben und eine unterschiedliche akustische Impedanz bieten, was es ermöglichen würde, die Schallwellen (Turbulenz) zu reflektieren, die vom Pulverantrieb, der vermutlich sehr laut ist, ausgestrahlt werden.
Doch Sie können sich vielleicht fragen, wie ein solcher Torpedo gesteuert werden kann. Es ist äußerst einfach. Die Fotos der Vorderseite dieser Maschine sind mittlerweile überall zu finden.
Ein russischer Shqwal-Torpedo, von vorn gesehen, bei einer öffentlichen Präsentation
Detail des Ausstoßlochs für heiße Gase mit einem auf Kugelgelenken montierten Ablenkblech, das die Steuerung gewährleistet
Das Gas tritt in der Achse aus, verdampft das Meerwasser, das mit 500 km/h strömt. Die Düse ist von einer sphärischen Gelenkverbindung umgeben, um die sich eine kreisförmige Platte dreht, die die Dampfblase um den Torpedo ausbreiten lässt. Durch Neigen mit zwei Zylindern, von denen einer sichtbar ist, wird die Dampfschicht, die die Wände des Torpedos berührt, verändert, also die lokale Reibungswiderstandskraft an jedem Punkt. Dieser kabelgeleitete, aber nicht selbstleitende Torpedo erweist sich somit als sehr manövrierfähig.
- Juli 2010.
Ich traf einen Kollegen, der einen Labor für Wärmelehre in Marseille leitet. Er war derjenige, der einen Vertrag mit ITER angenommen hat, um die thermischen Schocks an metallischen Wänden zu untersuchen.
- Ja, ich weiß, dass ITER eine
Dummheit ist. Aber, weißt du, wenn ich es nicht annehme, könnte ich mich von meinem Posten an der Universität verabschieden.
Als ich das erzähle, weiß ich, dass es ihm nicht gefallen wird. Aber es stößt mich, dass ein Forscher so wenig Ethik und einfach nur Ehrlichkeit hat. Doch heutzutage weiß wohl kaum noch ein Wissenschaftler, was der Begriff Ethik bedeutet, außer Typen wie Vélot, die gegen GVO im INRA kämpfen und dann alle Mittel und Mittel verlieren.
Vor etwa 15 Jahren war Jean-Claude Charpentier Leiter des Bereichs Physikwissenschaften für Ingenieure am CNRS. Der Brief des CNRS hatte eine Sonderausgabe veröffentlicht, die den Beziehungen zwischen Forschern und der Armee gewidmet war, mit dem Titel "Forscher, wir müssen uns unterhalten". In diesen Seiten sagte Charpentier, dass er nicht genug Verträge mit der Armee hatte, um die Anforderungen der Forscher zu erfüllen ....
Ich werde nicht auf die unheilbaren Mängel von ITER eingehen, ich habe genug darüber gesprochen. Trotzdem wird versucht, diese "Tänzerin" mit 15 Milliarden Euro in einer Zeit der Sparmaßnahmen durchzusetzen. Unsinn ..
An diesem Tag wurde der Boden in Cadarache geräumt. Wenn man mit einem Segelflugzeug fliegt, sieht man diese große Narbe. Doch die Arbeiten sind derzeit eingestellt, bis dieser noch größere Pharaonische Budget genehmigt wird. Wenn ich an unser "MHD-Labor" denke, das auf einem Rolltisch passt und bereits Ergebnisse liefert, das erscheint surreal...
Unser Prüfstand für MHD-Experimente mit niedriger Dichte, seit Juli 2010 in Betrieb
Kosten: 2000 Euro
In demselben Wärmelehr-Labor haben Forscher einen Vertrag mit der Marine, um kavitierende Torpedos zu untersuchen. Laut ihrem Chef wird die Kavitation „einfach durch die Geschwindigkeit erzielt“. Mit anderen Worten, man platziert an der Vorderseite des Torpedos (mit Rakete angetrieben: die Franzosen entscheiden sich endlich, die Propeller aufzugeben, mit 40 Jahren Verspätung) einen Kegel, hinter dem die Kavitation auftritt, wodurch der Rest des Torpedos in einer Umgebung aus Wasserdampf voranschreitet, was den Reibungswiderstand an den Seiten reduziert.
-
Aber was ist mit dem Widerstand des Kegels?
-
Ah, das weiß ich nicht ....
Diese Leute kennen die Technologie des russischen Shqwal oder der amerikanischen Supercav nicht. Man kann darüber sprechen, denn es ist ein offenes Geheimnis. Selbst die Iraner haben Shqwal, die sie von den Chinesen gekauft haben, die sie unter Lizenz herstellen. Das Produkt ist ursprünglich russisch, alt 30 oder 40 Jahre.
Im russischen System wird ein heißer Gasgenerator nach vorne abgestoßen. Dann verwandelt er das Meerwasser in Dampf. Ein System, das die Franzosen anscheinend noch nicht verstanden haben.
Wie wird ein Shqwal gesteuert? Zunächst durch Kabelsteuerung. Die Halterungen der Kabel kommen nach dem Verlassen des Torpedotubes aus ihren Lagern. Auf den Fotos sieht man das Steuersystem, das eine Robustheit verbindet, die Effizienz zeigt. Aber ich erkläre es Ihnen mit einigen Zeichnungen.
Ich erzählte das, um Sie daran zu erinnern, dass sich bei der Bewegung eines Objekts im Wasser eine große Reibungskraft zeigt. Man denkt zunächst an den Widerstand, vergisst aber den Trägheitswiderstand. Werfen Sie einen Blick auf die folgende Tabelle:
Es wurde gesagt, dass wenn eine Propeller eine Kraft überträgt, die entlang ihrer Achse verläuft, eine Schubkraft, dies mit der Beschleunigung des Wassers einhergeht. Dies entspricht also der Abbildung oben links. Es gibt die Erhaltung des Produkts ro V S, wobei ro die Dichte, V die Geschwindigkeit und S die Querschnittsfläche ist, die in der Fluiddynamik als "Strömungsröhre (Flüssigkeit)" bezeichnet wird. Die Dichte des Wassers, ein Kilogramm pro Liter oder tausend Kilogramm pro Kubikmeter (in MKSA-Einheiten) ist konstant, da Wasser ein inkompressibles Fluid ist. Daher ist das Produkt V S konstant. Vor dem Propeller wird der gleiche Wasserfluss Q in einer engeren Strömungsröhre sichergestellt.
Die Entwicklung der Propeller.
Oben habe ich über carinierte Propeller gesprochen, deren Ziel es ist, die Effizienz zu erhöhen. Tatsächlich ist eine Propellerblatt eine Flügel mit sehr begrenzter Spannweite und geringer Verhältnis. Eine Überdruck entsteht unter einem Flügel (Intrados), während eine Unterdruck auf dem Oberflügel (Extrados) entsteht. Am Ende des Flügels hat der Flügel Schwierigkeiten, von der Intrados zur Extrados zu wechseln. Dies führt zur Entstehung von zwei Randwirbeln an jedem Flügel. Diese Wirbel sind Energieverluste, diese Wirbel dienen nicht dazu, Flugzeuge zu stützen, sondern um kleine Vögel zu erwärmen.
Je geringer das Verhältnis, desto höher ist der Anteil der Energie, die in diesen Wirbeln verloren geht. Das ist der Grund dafür, dass Segelflugzeuge ein enormes Verhältnis haben. Der Albatros fliegt besser als eine Taube.
Der carinierte Propeller ist eine Möglichkeit, die Wirbel zu verhindern, was bedeutet, dass die Enden der Blätter, die plötzlich abgeschnitten sind, sehr nahe am Carinage laufen. Aber eine Bemerkung ist unmittelbar erforderlich: Das Carinage muss dem Betriebszustand des Propellers angepasst sein. Das Produkt aus der Geschwindigkeit V des Wassers und der Querschnittsfläche S muss an der Ein- und Ausgangsseite gleich sein. Das heißt, das Design des Carinage muss in Beziehung zur Geschwindigkeitsänderung (V 2 - V 1) stehen, die dem Betriebszustand des Propellers entspricht, der vom Anzahl der Umdrehungen pro Minute abhängt.
In U-Booten, die Waffen abfeuern oder Angriffs-U-Boote, wird versucht, den Lärm so gering wie möglich zu halten. Die Wirbel der Propeller sind Quellen des Lärms. Die Einführung eines Carinage ist eine Lösung, um dies zu reduzieren, und wurde auf vielen Einheiten in allen Ländern übernommen.
Modell eines U-Boots mit cariniertem Antrieb
U-Boot mit Carinage
U-Boot Sea Wolf
Das gleiche, von vorn gesehen
Ein der russischen Typhoon-Monster, von hinten gesehen
Diese Carinage funktionieren nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit, ihrer "Anpassungsgeschwindigkeit". Außerhalb davon werden sie laut (niedrige Geschwindigkeit oder niedrige Geschwindigkeiten). Es wäre zu kompliziert, ihnen eine variable Geometrie zu geben. Eine Lösung besteht darin, die Entstehung von Randwirbeln durch MHD zu verhindern, indem die Flügel mit Seitenbeschleunigern ausgestattet werden.
In den letzten Jahren sind neue U-Boote mit "Krummschwert"-Propellern ausgestattet. Kürzlich (2010) konnte ein Internetnutzer dieses Bild eines amerikanischen Kern-U-Boots mit Carinage in seiner Basis in Kitsap-Bangor, im Bundesstaat Washington, einfangen. Hier sind zwei Bilder, wobei das zweite ein Zoom ist.
Man wird bemerken, dass der amerikanische Internetnutzer diese Bilder mit einem Reiseplaner-Software für Auto-Reisen aufgezeichnet hat ....
Krummschwert-Propeller eines amerikanischen U-Boots
Dieser Propeller hat viele hydrodynamische Qualitäten, die ich Ihnen eines Tages erzählen werde, was zeigt, dass in einem so ausgereiften Bereich wie den marinen Propellern noch wesentliche Fortschritte möglich sind.
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