Torpedos y submarinos
Torpedos, submarinos, etc...
18 de febrero de 2009 - 25 de marzo de 2010 - 31 de julio de 2010
A través de una hélice pasa un caudal másico Q, en kilogramos por segundo. Si la hélice proporciona una fuerza de propulsión es porque acelera el fluido al pasar. La fuerza de propulsión, transmitida al eje, es entonces
Q ( V2 - V1 )
la cantidad entre paréntesis representando el aumento de velocidad.
Así, la hélice agita un gas o un líquido. Sin embargo, existe una diferencia importante entre estos dos medios. Los líquidos son mucho más viscosos que los gases. La palabra viscosidad no dice mucho al hombre de la calle. Para él, lo que es viscoso es "pegajoso". Para un ingeniero de fluidos, un fluido viscoso es un fluido que, circulando a una velocidad V y con una densidad ro producirá una fuerza de fricción más importante. Es esta viscosidad importante del agua la que limita la velocidad de los torpedos convencionales a cien - ciento veinte kilómetros por hora. Más allá, la potencia necesaria para hacerlos avanzar más rápido se volvería prohibitiva.
Pequeña digresión: ¿cómo funcionan los torpedos "hiperveloces"?
Se trata de hacerlos moverse, no en contacto con el agua, sino con vapor de agua, el cual se crea en la proa del dispositivo mediante la inyección de un gas producido por un cohete. Este es el caso de los torpedos Shkval rusos, adoptados por los chinos, los cuales han transmitido esta tecnología a los iraníes. Lo había señalado en mi libro "OVNIS y armas secretas americanas" desde 2003 (Albin Michel). El equivalente americano es el torpedo "Supercav". Cav, por cavitación. La cavitación es lo que ocurre naturalmente cuando una hélice crea una depresión suficiente para que el agua se evapore (cuando el valor local de la presión cae por debajo de "la tensión de vapor saturante"). Fue esto lo que llevó al periodista Larousserie a escribir, y a repetirme durante una reunión, "que bastaba que el torpedo penetrara en el agua lo suficientemente rápido para que se produjera y se mantuviera la cavitación". Citaba a modo de apoyo las balas de rifle disparadas al agua.
Mamma mia. Los periodistas científicos ya no son lo que eran...
Había intentado en vano sacarle esa idea de la cabeza (esa idea y muchas otras del mismo tipo). Pero en estos casos, la renuncia es inevitable. Quod feci.
En 2002-2003 este concepto de torpedos hiperveloces había dado lugar a comentarios bastante interesantes. Testigo de uno de los almirantes franceses, respondiendo a un amigo, presente en una manifestación anual "Euronaval":
- Sabes, en cuanto a torpedos, la velocidad no es todo...
Parece que este almirante está promoviendo un proyecto de torpedos modernos propulsados por cohetes de pólvora. Sobrepasan fácilmente los 400 km/h bajo el agua, son guiados por cables que se desenrollan a partir de bobinas transportadas por el torpedo (y no instaladas en el submarino). Para evitar que los gases expulsados por la tobera dañen los cables de guía, estos se desenrollan a partir de brazos que se extienden después de la ejección del torpedo fuera de su estrecho conducto, mediante un chorro de aire comprimido (los misiles intercontinentales también se echan de la misma manera, y luego se encienden fuera del submarino).
**El torpedo ruso Shqwal, visto por detrás. En sus costados sus canales laterales de guía, desplegados. **
Los tubos que rodean el "pico" de la tobera central podrían ser inyectores de gas a temperatura más baja que permiten envolver el chorro principal, presentando una impedancia acústica diferente, lo que permitiría entonces que las ondas sonoras (turbulencia) emitidas por el propulsor de pólvora, aparentemente muy ruidoso, se reflejaran.
Esto dicho, quizás te preguntes cómo puede ser pilotado un torpedo así. Es extremadamente simple. Las fotos de la proa de esta máquina ahora están por todas partes.
**Un torpedo ruso Shqwal, visto por la proa, durante una presentación al público **
Detalle de su orificio de expulsión de gas caliente, con deflectores montados en cardanes, asegurando el control
El gas sale en el eje, vaporiza el agua de mar, que fluye a 500 km/h. La tobera está rodeada por una articulación esférica alrededor de la cual gira un plato circular que hace que la vapor se expanda alrededor del torpedo. Inclinándolo con dos actuadores, uno de los cuales es visible, se modifica la capa de vapor que lame las paredes del torpedo, por lo tanto, la contribución, en cada lugar, del valor local de la resistencia de fricción. Este torpedo, guiado por cable pero sin guía automática, resulta así muy maniobrable.
31 de julio de 2010.
He conocido a un colega investigador, que dirige un laboratorio de termotecnia en Marsella. Es aquel que aceptó un contrato con ITER, para estudiar los choques térmicos en las paredes metálicas.
- Sí, sé que ITER es una tontería. Pero, entiendes, si no lo aceptaba, podía despedirme de mi plaza en la universidad.
Al contar esto, sé que no le gustará. Pero me sorprende que un investigador tenga tan poca ética y honestidad. Sin embargo, en nuestros días, ¿qué profesor-investigador aún sabe lo que significa la palabra ética, salvo tipos como Vélot que luchan contra los OGM en el INRA, y que terminan despojados de todos los medios y créditos.
Hace unos quince años, Jean-Claude Charpentier era director del departamento de Ciencia Física para el Ingeniero en el CNRS. El correo del CNRS había publicado un número especial dedicado a los vínculos entre los investigadores y el ejército, titulado "Investigadores, hay que hablarnos". En esas páginas, Charpentier decía que no tenía suficientes contratos con el ejército para satisfacer las demandas de los investigadores ....
No insistiré en los defectos irremediables de ITER, ya he hablado suficientemente de ello N veces. No obstante, se está haciendo un esfuerzo para hacer pasar a esta "danzarina" a 15 mil millones de euros en plena época de restricciones de austeridad. ¡Cualquier cosa!
Ese día, el terreno fue despejado, en Cadarache. Se puede ver esta gran cicatriz cuando se vuela en planeador. Pero los trabajos están actualmente detenidos, hasta que este presupuesto, aún más faraónico, sea aprobado. Cuando pienso en nuestro "laboratorio de MHD, que cabe en una mesa rodante y que ya comienza a dar resultados publicables, parece surrealista...
Nuestro banco de pruebas para experimentos de MHD en baja densidad, operativo desde julio de 2010
Costo: 2000 euros
En el mismo laboratorio de termotecnia, los investigadores tienen un contrato con la Marina, para estudiar torpedos de cavitación. Según su jefe, esta cavitación "se obtendría simplemente por la velocidad". En otras palabras, se coloca un cono en la proa del torpedo (propulsado por cohete: los franceses deciden finalmente abandonar la hélice, con 40 años de retraso) en el que la cavitación ocurre, haciendo que el resto del torpedo avance en un entorno de vapor de agua, lo que reduce la resistencia de fricción en los costados.
-
Pero, ¿qué pasa con la resistencia del cono?
-
Ah, no lo sé...
Estos tipos ignoran por completo la tecnología del estilo Shqwal ruso o supercav americano. Se puede hablar de ello ya que es un secreto de policía. Incluso los iraníes tienen Shqwal comprados a los chinos, que los fabrican bajo licencia. El producto es originalmente ruso, de hace 30 o 40 años.
En el sistema ruso, un generador de gas caliente lo echa hacia adelante. Entonces transforma el agua de mar en vapor. Un sistema que los franceses aún no parecen haber comprendido.
¿Cómo se pilota un Shqwal? Primero mediante guía por cable. Los soportes de los cables salen de sus alojamientos después de la salida del tubo lanzatorpedos. Se puede ver el sistema de guía, de rusticidad que combina eficacia, en las fotos. Pero lo detallo con algunos dibujos.
He contado esto para recordarte bien que cuando se mueve un objeto en el agua, una fuerza de fricción importante se manifiesta. Se piensa primero en el aspecto de arrastre, pero se olvida del arrastre. Echa un vistazo a la plancha siguiente:
Se dijo que si una hélice aseguraba una fuerza transmitida según su eje, una fuerza de empuje, esto iba de la mano con la aceleración del agua al pasar. Esto corresponde a la figura de arriba y a la izquierda. Hay conservación del producto ro V S, donde ro es la densidad, V la velocidad y S la sección transversal de lo que se llama en mecánica de fluidos un "tubo de corriente (fluido)". La densidad del agua, un kilo por litro o mil kilos por metro cúbico (en unidades MKSA) es constante, el agua siendo un fluido incompresible. Por lo tanto, el producto V S es constante. Antes de la hélice, el mismo caudal Q de agua se asegura en un tubo de corriente más estrecho.
La evolución de las hélices.
Más arriba, hablé de las hélices con carlinga, cuyo objetivo es aumentar el rendimiento. En efecto, una pala de hélice es un ala de envergadura muy limitada, con un alargamiento pequeño. Se crea una sobrepresión debajo de un ala de avión (intradós) mientras que se instala una depresión en la parte superior (extradós). En el extremo del ala, el aire tiene dificultad para pasar del intradós al extradós. Esto da lugar a la aparición de dos remolinos marginales, en el extremo de cada ala. Estos remolinos son pérdidas de energía, estos remolinos no sirven para sostener los aviones, sino para calentar a los pequeños pájaros.
Cuanto menor es el alargamiento, mayor es la parte de energía gastada, disipada en estos remolinos. Es la razón por la cual los planeadores tienen alargamientos enormes. El albatros vuela mejor que un paloma.
La hélice con carlinga es una forma de impedir que los remolinos se establezcan, lo que implica que los extremos de las palas, cortados netamente, circulan muy cerca de la carlinga. Pero una observación se impone de inmediato: esta carlinga debe estar adaptada al régimen en el que funciona la hélice. El producto de la velocidad V del agua por la sección S debe ser el mismo en la entrada y en la salida. Es decir, el dibujo de la carlinga debe estar en relación con la variación de velocidad (V2 - V1) correspondiente al régimen de la hélice, el cual depende del número de revoluciones por minuto.
En los submarinos lanzadores de armas o en los submarinos de ataque, se busca reducir el ruido lo más posible. Los remolinos de las hélices son fuentes de ruido. La adopción de una carlinga es una solución para reducir este ruido, y se ha adoptado en muchas unidades, en todos los países.
**Modelo de submarino con propulsor con carlinga **
**Submarino con carlinga **
**Submarino Sea Wolf **
El mismo, visto de frente
Uno de los monstruos Typhon rusos, visto por la parte trasera
Estas carlingas solo funcionan a una velocidad determinada, su "velocidad de adaptación". Fuera de ella, se vuelven ruidosas (baja velocidad o velocidades bajas). Sería demasiado complicado dotarles de una geometría variable. Una solución es contrarrestar la aparición de remolinos marginales mediante MHD, dotando a las palas de aceleradores parietales.
Desde hace unos años, los nuevos submarinos están equipados con hélices "en cimeterre". Recientemente (2010), un internauta pudo capturar esta imagen de un submarino nuclear americano, con carlinga, en su base de Kitsap-Bangor, en el estado de Washington. Aquí hay dos imágenes, la segunda correspondiente a un acercamiento.
**Se notará que el internauta americano capturó estas imágenes navegando con un software de búsqueda de itinerario para viaje automovilístico .... **
Hélice cimeterre de un submarino americano
Esta hélice posee muchas cualidades hidrodinámicas, de las cuales hablaré un día, lo que muestra que en un campo tan agotado como el de las hélices marinas, aún se pueden realizar avances esenciales.