Torpedini, sottomarini, ecc...
18 febbraio 2009 - 25 marzo 2010 - 31 luglio 2010
Attraverso una elica passa una portata di massa Q, in chilogrammi al secondo. Se l'elica assicura una forza di propulsione, è perché
accelera
il fluido al passaggio. La forza di propulsione, trasmessa all'albero, è allora
Q ( V 2 - V 1 )
la quantità tra parentesi rappresenta il guadagno di velocità.
Così, l'elica mescola un gas o un liquido. Tuttavia, c'è una differenza importante tra questi due mezzi. I liquidi sono molto più
viscosi
dell'aria. La parola
viscosità
non parla molto al cittadino comune. Per lui, ciò che è viscoso è " appiccicoso ". Per un meccanico dei fluidi, un fluido viscoso è un fluido che, circolando a una velocità V e con una densità ro
produrrà una forza di attrito maggiore
. È questa viscosità elevata dell'acqua che limita la velocità delle torpedini convenzionali a cento - centoventi chilometri all'ora. Oltre, la potenza necessaria per farle muovere più velocemente diventerebbe proibitiva.
Piccola parentesi: come funzionano le torpedini " iperveloci " ?
Si cerca di farle muovere, non a contatto con l'acqua, ma con vapore acqueo, che viene creato in punta dell'oggetto tramite iniezione di un gas prodotto da un razzo. È il caso delle torpedini Shqwal russe, adottate dai cinesi, che hanno trasmesso questa tecnologia agli iraniani. L'avevo segnalato nel mio libro " OVNIS e armi segrete americane " già nel 2003 ( Albin Michel ). L'equivalente americano è la torpedine " Supercav ". Cav, per
cavità
. La
cavità
è ciò che accade naturalmente quando un'elica crea una depressione sufficiente perché l'acqua si vaporizzi ( quando il valore locale della pressione scende sotto " la tensione di vapore saturo " ). È ciò che aveva portato il giornalista Larousserie a scrivere, e a riferirmelo durante un incontro, " che bastava che la torpedine entrasse nell'acqua abbastanza velocemente perché si verificasse e si mantenesse la cavità ". Citava a supporto delle sue affermazioni i proiettili sparati nell'acqua.
Mamma mia. I giornalisti scientifici non sono più come prima....
Ho cercato invano di farle uscire questa idea dalla testa ( questa idea e molte altre dello stesso tipo ). Ma in questi casi, l'abbandono è necessario. Quod feci.
Nel 2002-2003 questo concetto di torpedini iperveloci aveva dato origine a commenti abbastanza gustosi. Ecco un esempio di un ammiraglio francese, che rispondeva a un amico, presente durante una manifestazione annuale " Euronaval ":
- Sai, in materia di torpedini, la
velocità, non è tutto ....
Sembra che questo ammiraglio stia promuovendo un progetto di ritorno a una marina militare a vela, il legno e le vele garantendo una eccellente invisibilità rispetto alle onde radar.
Le torpedini moderne sono propulse da razzi a polvere. Superano facilmente i 400 km/h, sott'acqua, sono filoguidate, guidate da fili che si srotolano a partire da bobine trasportate dalla torpedine ( e non installate a bordo del sottomarino ). Per evitare che i gas espulsi dalla tubatura danneggino i fili di guida, questi vengono srotolati da bracci che si estendono dopo l'eiezione della torpedine dal suo stretto condotto, utilizzando un getto d'aria compressa ( i missili intercontinentali vengono anche lanciati in questo modo, e poi accesi fuori dal sottomarino ).
La torpedine russa Shqwal, vista da dietro. Sul suo lato le guide laterali, per il filoguidaggio, sono dispiegate.
I tubi intorno al " coperchio " della tubatura centrale potrebbero essere iniettori di gas a temperatura più bassa che permettono di circondare il getto principale, presentando una diversa impedenza acustica, il che permetterebbe di riflettere le onde sonore ( turbolenza ) emesse dal motore a polvere, che è abbastanza rumoroso.
In ogni caso, potreste chiedervi come una tale torpedine possa essere pilotata. È estremamente semplice. Le foto della parte anteriore di questa macchina circolano ormai ovunque.
Una torpedine Shqwal russa, vista da davanti, durante una presentazione al pubblico
Dettaglio del suo foro di espulsione del gas caldo, con un deflettore montato su cardini, che assicura il controllo
Il gas esce sull'asse, vaporizza l'acqua marina, che scorre a 500 km/h. La tubatura è circondata da una sfera che gira attorno a un piatto circolare che fa espandere il vapore intorno alla torpedine. Inclinandola con due pistoni, uno dei quali è visibile, si modifica il strato di vapore che lambisce le pareti della torpedine, quindi la contribuzione, in ogni punto, del valore locale della resistenza di attrito. Questa torpedine, filoguidata ma priva di guida autonoma, risulta quindi molto manovrabile.
31 luglio 2010.
Ho incontrato un collega ricercatore, che dirige un laboratorio di termica a Marsiglia. È quello che ha accettato un contratto con ITER, per studiare i colpi termici sulle pareti metalliche.
- Sì, so che ITER è una
fesseria. Ma, capisci, se non l'ho accettato, potevo dire addio al mio posto all'università.
Raccontando questo, so che non gli piacerà. Ma mi sconvolge che un ricercatore abbia così poca etica e semplicemente onestà. Tuttavia, al giorno d'oggi, quanti insegnanti-ricercatori sanno ancora cosa significa la parola etica, tranne tipi come Vélot che si battono contro gli OGM all'INRA, e si ritrovano privati di tutti i mezzi e credito.
Un quindicennio fa Jean-Claude Charpentier era direttore del dipartimento Scienza Fisica per l'Ingegnere al CNRS. La corrispondenza del CNRS aveva pubblicato un numero speciale dedicato ai rapporti tra i ricercatori e l'esercito, intitolato " Ricercatori, dobbiamo parlarne ". In queste pagine Charpentier diceva che non aveva abbastanza contratti con l'esercito per soddisfare le richieste dei ricercatori ....
Non insisterò sui difetti irrimediabili di ITER, ne ho parlato abbastanza N volte. Tuttavia, si sta facendo pressione per far passare questa " ballerina " a 15 miliardi di euro in un periodo di tagli di austerity. Nonsense ...
Quel giorno il terreno è stato sgomberato, a Cadarache. Si vede questa vasta cicatrice, quando si vola in planata. Ma i lavori sono al momento fermi, fino a quando questo budget, ancora più faraonico, non venga approvato. Pensando al nostro " laboratorio di MHD, che sta su un tavolo a rotelle e che inizia già a dare risultati pubblicabili, sembra surreale...
Il nostro banco di prova per esperimenti di MHD a bassa densità, operativo dal luglio 2010
Costo: 2000 euro
Nello stesso laboratorio di termica i ricercatori hanno un contratto con la Marina, per studiare le torpedini a cavità. Secondo il loro capo, questa cavità " sarebbe semplicemente ottenuta dalla velocità ". In altre parole, si pone un cono in avanti della torpedine ( propulsa da razzo: i francesi si decidono finalmente a lasciare l'elica, con 40 anni di ritardo ) al cui retro si verifica la cavità, in modo che il resto della torpedine avanzi in un ambiente di vapore acqueo, riducendo la resistenza di attrito sui lati.
-
Ma, la resistenza del cono?
-
Ah, non lo so...
Questi ragazzi non sanno nulla della tecnologia del tipo Shqwal russo o supercav americana. Si può parlarne poiché è un segreto di pulcinella. Anche gli iraniani hanno dei Shqwal acquistati dai cinesi, che li producono in licenza. Il prodotto è originariamente russo, datato di 30 o 40 anni.
Nel sistema russo, un generatore di gas caldi espelle il gas in avanti. Allora trasforma l'acqua marina in vapore. Un sistema che i francesi sembrano non aver capito ancora.
Come si pilota una Shqwal? Inizialmente con il filoguidaggio. I supporti dei fili escono dai loro alloggi dopo l'uscita del tubo lanciatore. Si vede il sistema di guida, di una robustezza che unisce efficienza, sulle foto. Ma lo dettaglio con alcuni disegni.
Ho raccontato questo per ben ricordarvi che quando si muove un oggetto nell'acqua, si manifesta una forza di attrito importante. Si pensa prima all'aspetto della resistenza, ma si dimentica l'effetto di trascinamento. Diamo un'occhiata alla tabella seguente:
Si è detto che se un'elica assicura una forza trasmessa lungo il suo asse, una forza di spinta, ciò andava di pari passo con l'accelerazione dell'acqua, al passaggio. Questo corrisponde quindi alla figura in alto a sinistra. C'è conservazione del prodotto ro V S, dove ro è la densità, V la velocità e S la sezione trasversale di ciò che in meccanica dei fluidi si chiama un " tubo di corrente (fluido) ". La densità dell'acqua, un chilogrammo per litro o mille chilogrammi per metro cubo ( in unità MKSA ) è costante, l'acqua essendo un fluido incomprimibile. Quindi il prodotto V S è costante. Prima dell'elica, la stessa portata Q d'acqua è garantita in un tubo di corrente più stretto.
L'evoluzione delle eliche.
Più in alto, ho parlato delle eliche carinate, il cui scopo è aumentare l'efficienza. In effetti, una pala di elica è un'ala di apertura molto limitata, con un allungamento basso. Si crea una sovrapressione sotto un'ala di aereo ( intradosso ) mentre si instaura una depressione sopra ( extradosso ). Ai bordi dell'ala, l'ala ha la tendenza a passare dall'intradosso all'extradosso. Questo provoca la nascita di due vortici marginali, ai bordi di ogni ala. Questi vortici sono perdite di energia, questi vortici non servono a sostenere gli aerei, ma a riscaldare gli uccellini piccoli.
Più basso è l'allungamento, più la parte di energia spesa, dispersa in questi vortici, sarà elevata. È la ragione per cui i planeatori hanno allungamenti enormi. L'albatro vola meglio di una piccione.
L'elica carinata è un modo per impedire la formazione di vortici, il che implica che i bordi delle pale, tagliati netti, circolano molto vicino alla carina. Ma una osservazione si impone immediatamente: questa carina deve essere adatta al regime in cui funziona l'elica. Il prodotto della velocità V dell'acqua per la sezione S deve essere lo stesso all'ingresso e all'uscita. Cioè, il disegno della carina deve essere in relazione con la variazione di velocità ( V 2 - V 1
) corrispondente al regime dell'elica, il quale dipende dal numero di giri al minuto.
Nei sottomarini lanciasommergibili o nei sottomarini d'attacco, si cerca di ridurre il rumore il più possibile. I vortici delle eliche sono fonti di rumore. L'adozione di una carina è una soluzione per ridurre questo, ed è stata adottata su molte unità, in tutti i paesi.
Modellino di sottomarino con propulsore carinato
Sottomarino con carina
Sottomarino Sea Wolf
Lo stesso, visto di fronte
Un dei mostri Typhoon russi, visto da dietro
Queste carine funzionano solo a una velocità data, la loro " velocità di adattamento ". Fuori, diventano rumorose ( bassa velocità o velocità basse ). Sarebbe troppo complicato dargli una geometria variabile. Una soluzione è contrastare la formazione di vortici marginali con la MHD, dotando le pale di acceleratori parietali.
Da alcuni anni, i nuovi sottomarini sono dotati di eliche " a sciabola ". Recentemente (2010) un utente internet ha potuto catturare questa immagine di un sottomarino nucleare americano, con carina, nella sua base di base di Kitsap-Bangor, nello stato di Washington. Ecco due immagini, la seconda corrispondente a un ingrandimento.
Si noterà che l'utente americano ha catturato queste immagini navigando su un software di ricerca itinerario per tragitto automobilistico ....
Elica a sciabola di un sottomarino americano
Questa elica possiede numerose qualità idrodinamiche, di cui vi parlerò un giorno, il che dimostra che in un settore così battuto come quello delle eliche marine, possono ancora essere effettuati progressi essenziali.
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