魚雷と潜水艦
魚雷、潜水艦など...
2009年2月18日 - 2010年3月25日 - 2010年7月31日
ヘリコプターを通る質量流量Qは、秒あたりキログラムで表されます。ヘリコプターが推進力を提供するなら、それは流体を加速しているからです。推進力は、軸に伝達され、次のように表されます。
Q ( V2 - V1 )
括弧内の量は速度の増加を表します。
このようなように、ヘリコプターはガスや液体を攪拌します。しかし、これら2つの媒体には重要な違いがあります。液体はガスよりもはるかに粘性が高いです。粘性という語は一般の人にはあまり理解されません。彼にとって、粘性があるのは「粘り気がある」ものです。流体力学の技術者にとって、粘性のある流体とは、速度Vで流れて、密度ρを持つ流体が、より大きな摩擦力を作り出すものです。この水の高い粘性が、従来の魚雷の速度を時速100〜120キロメートルに制限しています。それ以上になると、より速く動かすために必要な出力は非常に高額になります。
ちょっとした余談：どうやって「超高速魚雷」は動作するのでしょうか？
魚雷が水ではなく、水蒸気中で動くようにします。これは、魚雷の先端にロケットによって生成されたガスを注入することによって、水蒸気を生成します。これはロシアのShqwal魚雷で採用されており、中国が導入し、その後イランに技術を伝授しました。私は2003年の本「UFOと米国の秘密兵器」（Albin Michel）でこれを指摘しました。米国の類似品は「Supercav」魚雷で、cavは*cavitation（空気穴）*の略です。空気穴とは、プロペラが十分な減圧を生じて、水が蒸発する（局所的な圧力が「飽和蒸気圧」以下になる）ときに自然に発生する現象です。このため、ジャーナリストのLarousserie氏は、「魚雷が水に十分速く進入すれば、空気穴が生じて維持される」と述べ、会った際に私に再確認しました。彼はその根拠として、水に発射された銃弾を挙げました。
マッマ・ミア。科学ジャーナリストはもう昔のようだ...
私は彼にその考えを頭から追い出そうとしました（その考えだけでなく、そのような他の多くの考えも）。しかし、このような状況では、諦めるしかないのです。Quod feci（私がしたことはこれである）。
2002〜2003年、この超高速魚雷のコンセプトは、かなり面白いコメントを生みました。フランスの海軍将軍の言葉を例に挙げましょう。彼は、毎年開催される「Euronaval」イベントで友人に答えたものです：
- 「魚雷に関しては、速度がすべてではないのです...」
この将軍がプロジェクトを推進しているようです。現代の魚雷はロケットで推進されます。水中では時速400キロ以上を達成し、ガイドワイヤーで誘導されます。このワイヤーは、魚雷が発射された後、発射管から外れた後に展開されるボビンから巻き出されます（潜水艦に設置されているのではなく）。魚雷が噴射するガスが誘導ワイヤーを損傷しないようにするため、圧縮空気のジェットによって展開されます（大陸間弾道ミサイルも同様に発射され、潜水艦の外で点火されます）。
ロシアのShqwal魚雷、後ろから見たもの。側面の誘導用のスロットが展開されています。
中央のノズルの周りのチューブは、おそらく低温ガスの注入器であり、メインジェットを覆うことで、異なる音響インピーダンスを提供し、ロケット推進器から発生する音（乱流）を反射させることができるかもしれません。これは、おそらく非常に騒音のある推進器です。
このような魚雷がどのように操縦されるのか、疑問に思うかもしれません。これは非常に簡単です。この機械の前面の写真はすでにどこにでもあります。
ロシアのShqwal魚雷、一般公開での前面から見たもの
高温ガスの排出口の詳細、球形ジョイントに取り付けられたデフレクターにより操縦が行われています
ガスは軸方向に放出され、海水を蒸発させ、500キロ/時で流れます。ノズルは球形のジョイントで囲まれており、その周りで円盤が回転し、魚雷の周囲に蒸気を広げます。2つのシリンダーを使って傾けることで、魚雷の側面をなめる蒸気層を変化させ、各場所での摩擦抵抗の寄与を調整します。この魚雷は誘導ワイヤーで誘導されますが、自己誘導機能はなく、非常に操作性が良いです。
2010年7月31日。
私はマルセイユで熱力学の研究室を率いる同僚の研究者に会いました。彼はITERとの契約を受けて、金属壁の熱衝撃を研究しています。
- はい、ITERは馬鹿げたものだというのは知っています。でも、あなたが理解するように、もし受け入れなかったら、大学のポストは失うことになります。
こう言って話すと、彼は気に入らないでしょう。しかし、研究者がこれほど倫理観がなく、単に正直さもないというのは驚きです。しかし、現代では、研究者としての倫理という言葉の意味を理解している人は、VélotのようにINRAで遺伝子組み換え食品と戦い、すべての手段と資金を失ったような人物以外にはほとんどいないでしょう。
15年前、ジャン＝クロード・シャルペンティエはCNRSの物理工学部長でした。CNRSの通信は、研究者と軍隊の関係について特集号を出しました。「研究者、話さなければなりません」というタイトルでした。その中でシャルペンティエは、軍隊との契約が研究者の要求に十分満たされていないと述べました。
ITERの不可逆的な欠点について詳しくは述べません。私はすでに何度も話しました。しかし、経済的緊縮の時期に150億ユーロの「ダンサー」を強引に進めようとしているのは、馬鹿げています。
その日、カダラッシュで土地が整備されました。滑空機で飛ぶと、その広い傷跡が見えます。しかし、現在は、さらに高額な予算が承認されるまで工事は停止しています。私たちの「MHD実験室」がローラーの上にあり、すでに公開可能な結果を出していることを考えると、これは現実離れしています...
2010年7月から運用を開始した低密度MHD実験用の試験台
費用：2000ユーロ
同じ熱力学の研究室では、海軍との契約で空気穴魚雷の研究を行っています。その責任者は、この空気穴は「単に速度によって生じる」と述べています。つまり、魚雷の先端（ロケットで推進される。フランスは40年遅れてプロペラを放棄することにようやく決めた）にコーンを設置し、その下で空気穴が発生し、魚雷の残りの部分が水蒸気の環境で進むことで、側面の摩擦抵抗が減少します。
-
しかし、コーンによる抵抗は？
-
ああ、それについてはわかりません...
彼らはロシアのShqwalや米国のSupercavの技術をまったく知らないのです。これは秘密ではなく、話すことができます。イラン人も中国から買ったShqwalを持っており、中国がライセンスで製造しています。この製品はもともとロシアのもので、30〜40年前のものです。
ロシアのシステムでは、高温ガス生成器が前方にガスを放出します。これにより、海水が蒸気になるのです。フランスはまだこのシステムを理解していないようです。
Shqwalはどのように操縦されるのでしょうか？まず、誘導ワイヤーによって。魚雷発射管から出た後、ワイヤーのサポートがそのホルダーから出ます。写真では、その誘導システムの堅牢さと効率がわかります。いくつかの図を使って詳しく説明します。
これを話すのは、水の中で物体を動かすと、大きな摩擦力が発生することを思い出させるためです。まず、抵抗の面を考えますが、エンジンの効率を忘れがちです。以下の図を見てください：
プロペラが軸に沿って力を伝達し、推進力を持つなら、それは水の加速を伴います。これは上の左の図に該当します。流体力学では、流体の「流れ管（流体）」と呼ばれるものにおいて、質量密度ρ、速度V、断面積Sの積ρVSが保存されます。海水の質量密度は1リットルあたり1キログラム、または1立方メートルあたり1000キログラム（MKSA単位）で、水は圧縮不可能な流体であるため一定です。したがって、V Sの積は一定です。プロペラの前では、同じ流量Qの水がより狭い流れ管で流れます。
プロペラの進化。
先ほど、プロペラのカーテン（カーテン付きプロペラ）について話しました。その目的は効率を高めることです。実際、プロペラの羽は非常に限られた翼長を持ち、アスペクト比が低い翼です。飛行機の翼の下部（イントレード）には圧力が生じ、上部（エクストレード）には減圧が生じます。翼の端では、イントレードからエクストレードへの空気の流れが遅くなります。これにより、翼の端に2つの渦が生じます。これらの渦はエネルギーの損失であり、飛行機を浮かせるのではなく、小さな鳥を温めるために使われます。
アスペクト比が低いほど、これらの渦に失われるエネルギーの割合は大きくなります。それが飛行機が非常に長いアスペクト比を持つ理由です。アリバトは鳩よりも飛ぶのが上手です。
カーテン付きプロペラは、渦の発生を防ぐ方法であり、羽の端がカーテンに非常に近い状態で回転します。しかし、すぐに注意すべき点があります。カーテンはプロペラの動作状態に合わせて設計される必要があります。水の速度Vと断面積Sの積は、入力と出力で同じでなければなりません。つまり、カーテンのデザインは、プロペラの動作状態に応じた速度の変化（V2 - V1）に関係しています。これはプロペラの回転数に依存します。
魚雷発射潜水艦や攻撃潜水艦では、できるだけ静かに動作させたいと考えます。プロペラの渦は音の原因です。カーテンの採用はその対策であり、多くの国で多くの潜水艦に採用されています。
カーテン付きプロペラを備えた潜水艦のモデル
カーテン付き潜水艦
Sea Wolf潜水艦
正面から見た同じもの
ロシアのTyphon級の巨大な潜水艦、後ろから見たもの
これらのカーテンは、特定の速度（適応速度）でのみ機能します。それ以外では、騒音が発生します（低速または低速）。その幾何学を変化させるのは複雑すぎます。解決策として、MHDを用いて、羽にパラジアル加速器を備えることで、渦の発生を抑えることができます。
数年前から、新しい潜水艦には「シメター型プロペラ」が装備されています。最近（2010年）、米国のインターネットユーザーが、ワシントン州の Kitsap-Bangor基地で、カーテン付きの米国原子力潜水艦の写真をキャプチャしました。2枚の画像があり、2枚目はズームインしたものです。
米国のインターネットユーザーが、自動車のルート検索ソフトウェアでこの画像をキャプチャしたことがわかります。
米国の潜水艦のシメター型プロペラ
このプロペラには多くの水力学的特徴があり、いつかお話しします。これは、魚雷の分野のように古くからある分野でも、重要な進歩がまだ可能であることを示しています。