어뢰, 잠수함 등...
2009년 2월 18일 - 2010년 3월 25일 - 2010년 7월 31일
나비에를 통해 흐름의 질량 유량 Q가 1초당 킬로그램으로 흐른다. 나비에가 추진력이 있다면, 그것은 유체를 통과할 때 가속시키기 때문이다. 추진력은 축을 통해 전달되며, 이는
Q ( V 2 - V 1 )
이며, 괄호 안의 수량은 속도 증가를 나타낸다.
이렇게 나비에가 가스나 액체를 혼합한다. 그러나 이 두 매체 사이에는 중요한 차이점이 있다. 액체는 기체보다 훨씬 더
점성
이 크다. "점성"이라는 단어는 일반인에게는 잘 알려지지 않았다. 그들에게 점성은 "붙는" 것이다. 유체 기계 엔지니어에게는 점성이 있는 유체는, 속도 V와 밀도 ro가 있는 상태에서
더 큰 마찰력이 발생하는 유체
이다. 이 큰 물의 점성이 일반 어뢰의 속도를 시속 100~120킬로미터로 제한한다. 그 이상으로 더 빠르게 움직이기 위해서는 엄청난 에너지가 필요하다.
작은 주석: 어떻게 하이퍼속도 어뢰가 작동하는가?
우리는 어뢰가 물에 접촉하는 대신, 로켓에서 생성된 가스를 주입하여 어뢰의 앞부분에서 증기를 만들도록 한다. 이는 러시아의 Shqwal 어뢰이며, 중국이 채택했고, 이 기술은 이란에 전달되었다. 나는 2003년에 출판된 책 "UFO와 미국의 비밀 무기" (Albin Michel)에서 이를 언급했다. 미국의 경우, "Supercav" 어뢰가 있다. Cav는
공동현상
를 의미한다. 공동현상은 나비에가 충분한 저압을 생성하여 물이 증기로 변할 때 자연적으로 발생하는 현상이다 (지역 압력이 "포화 증기 압력" 이하로 떨어질 때). 이로 인해 저널리스트 Larousserie는 "어뢰가 물에 충분히 빠르게 들어가면 공동현상이 발생하고 지속될 수 있다"고 썼으며, 만남에서 나에게 다시 말했다. 그는 이 주장을 뒷받침하기 위해 물속에서 쏜 총알을 인용했다.
마마 미아. 과학 저널리스트들은 더 이상 이전의 사람들이 아니다...
나는 그의 머릿속에서 이 아이디어(그것과 유사한 다른 수많은 아이디어들)를 빼내려고 무력하게 시도했다. 하지만 이런 경우엔 포기하는 것이 필요하다. 내가 한 일이다.
2002~2003년에 이 하이퍼속도 어뢰 개념은 꽤 흥미로운 논의를 낳았다. 프랑스의 한 장교가 연간 행사 "Euronaval"에서 친구에게 대답하면서 말했다.
- 어뢰에 대해 말하면, 속도는 모든 것이 아니다...
이 장교는 아마도 군함의 복고풍으로 돌아가려는 프로젝트를 추진하고 있는 듯하다. 나무와 천은 레이더 파동에 대해 훌륭한 은폐성을 제공한다.
현대 어뢰는 분말 로켓으로 구동된다. 물속에서 400km/h 이상의 속도를 쉽게 달성하며, 가이드 와이어로 조종된다. 이 와이어는 어뢰가 총구에서 발사된 후, 어뢰가 운반하는 코일에서 풀려나간다 (잠수함에 설치된 것이 아니라). 가이드 와이어가 배출되는 가스에 의해 손상되지 않도록 하기 위해, 공기 압축기의 분사로 어뢰가 발사된 후 펼쳐지는 팔을 통해 와이어가 풀려나간다 (대륙간 탄도 미사일도 동일한 방식으로 발사된 후에 점화된다).
러시아의 Shqwal 어뢰 뒷면. 옆면에 가이드 와이어가 펼쳐져 있다.
중심 노즐 주변의 튜브는 아마도 낮은 온도의 가스 주입기일 수 있으며, 이는 주요 유체를 감싸고, 소리의 음향 임피던스가 다르게 하여, 분말 엔진에서 방출되는 소음( turbulence )을 반사하게 한다.
이와 관련하여, 이와 같은 어뢰가 어떻게 조종되는지 궁금할 수 있다. 매우 간단하다. 이 기계의 앞부분 사진은 이미 여기저기서 퍼져 있다.
공개 행사에서 러시아 Shqwal 어뢰의 앞면
가스 배출 구멍의 세부 사항, 카드란에 장착된 방향 조절기로 조종
가스가 축 방향으로 배출되어 해수를 증기로 변하게 하며, 이 증기는 시속 500km로 흐른다. 노즐 주변에는 공기 중에서 회전하는 원형 플레이트를 중심으로 구형 볼 조인트가 있다. 이는 어뢰 주변에 증기를 퍼뜨린다. 두 실린더 중 하나는 보이는데, 이 것을 기울이면 어뢰의 벽을 감싸는 증기 층을 조절하여, 각 지점에서 마찰 저항의 기여도를 변화시킨다. 이 어뢰는 가이드 와이어로 조종되지만 자동 조종 기능은 없으며, 따라서 매우 유연하다.
2010년 7월 31일.
나는 마르세유에 있는 열역학 실험실을 이끄는 동료 연구원을 만났다. 그는 ITER와 계약을 맺어 금속 벽에 발생하는 열 충격을 연구하고 있다.
- 네, ITER가 바보짓이라는 건 알고 있다. 하지만, 네가 이해하겠지만, 만약 내가 받아들이지 않으면, 나는 대학에서의 직장을 잃을 수밖에 없다.
이렇게 말하면서, 내가 그에게 불쾌감을 줄 것이라는 것을 알고 있다. 하지만 연구자가 그렇게 많은 윤리와 솔직함이 없고, 단지 이익을 추구하는 사람이라는 사실이 충격적이다. 하지만 요즘 세상에, 연구자 중 윤리라는 단어의 의미를 아는 사람이 몇이나 될까? Vélot처럼 INRA에서 유전자 변형 생물체에 반대하는 사람들은 예외일 뿐이다. 그들은 모든 자원과 예산을 잃게 된다.
15년 전, Jean-Claude Charpentier는 CNRS의 물리 과학 공학 부서장을 맡고 있었다. CNRS의 편지지는 연구자와 군대 간의 관계에 대한 특별 호를 발간했다. "연구자들, 우리가 말을 나누어야 한다"라는 제목이었다. 이 기사에서 Charpentier는 군대와의 계약이 연구자들의 요구를 충족시키기에 충분하지 않다고 말했다.
ITER의 불가피한 결함에 대해 더 이상 언급하지 않겠다. 나는 이미 수차례 이 문제를 언급했다. 하지만, 이 "춤추는 자"가 경제적 억제 기간 동안 150억 유로에 통과되도록 강요받고 있다. 말도 안 되는 일이다.
그 날, 카다라슈에서 땅이 정리되었다. 글라이더로 비행할 때 이 넓은 흉터를 볼 수 있다. 하지만 현재는 더 큰 예산이 승인될 때까지 작업이 중단되어 있다. 우리 "MHD 실험실"이 테이블에 있는 것을 생각하면, 이 상황은 이상하다.
2010년 7월부터 운영 중인 저밀도 MHD 실험용 테스트 벤치
비용: 2000 유로
같은 열역학 실험실에서는 해군과 계약을 맺고 공동현상 어뢰를 연구하고 있다. 그들의 지도자에 따르면, 공동현상은 "단지 속도로 얻을 수 있다." 즉, 어뢰의 앞부분에(로켓으로 구동되는, 프랑스가 40년의 지연 끝에 나비에를 포기하기로 결정한 것) 콘을 설치하고, 그 뒤에서 공동현상이 발생하여, 어뢰의 나머지 부분이 증기 환경에서 움직이게 되어, 측면의 마찰 저항을 줄인다.
-
하지만, 콘의 저항은?
-
아, 그건 모르겠다...
이 사람들이 러시아 Shqwal이나 미국의 슈퍼캐브 기술을 전혀 모르고 있다. 이는 비밀이 아니므로 이야기할 수 있다. 이란은 중국에서 구입한 Shqwal을 가지고 있으며, 이는 중국에서 라이선스를 받아 제작한다. 이 제품은 원래 러시아산으로 30~40년 전의 기술이다.
러시아 시스템에서는 고온 가스 생성기가 전방으로 가스를 배출한다. 이는 해수를 증기로 변하게 한다. 프랑스는 이 시스템을 아직 이해하지 못한 듯하다.
Shqwal은 어떻게 조종하는가? 먼저 가이드 와이어로 조종한다. 어뢰가 발사된 후, 와이어가 튜브에서 나와서 빠져나간다. 조종 시스템은 사진에서 보듯이 간단하고 효과적이다. 하지만 나는 그 세부 사항을 몇 개의 그림으로 설명하겠다.
이 이야기를 통해 물속에서 물체를 이동할 때 큰 마찰력이 발생한다는 것을 잘 기억해 주길 바란다. 처음에는 저항에 대해 생각하지만, 이동에 대한 고려는 잊는다. 아래의 그림을 보자:
나비에가 축 방향으로 힘을 전달하면, 이는 물의 가속화와 관련이 있다. 이는 위쪽 왼쪽 그림과 일치한다. 유체역학에서 "유동관"이라고 불리는 것의 밀도 ro, 속도 V, 단면적 S의 곱인 ro V S는 보존된다. 물의 밀도는 리터당 1kg 또는 제곱미터당 1000kg( MKSA 단위 )로 일정하며, 물은 압축 불가능한 유체이기 때문이다. 따라서 V S의 곱은 일정하다. 나비에 앞에서는 더 좁은 유동관을 통해 동일한 유량 Q의 물이 흐른다.
나비에의 진화.
위에서, 나비에의 캐리어(보호장치)에 대해 말했다. 이는 효율을 높이기 위한 것이다. 사실, 나비에는 매우 제한된 스판의 날개로, 길이가 짧은 날개이다. 비행기 날개의 아래면(인트라도)에서는 압력이 증가하고, 위면(엑스트라도)에서는 저압이 발생한다. 날개 끝에서는 인트라도에서 엑스트라도로의 전환에 따른 날개 끝의 라운드가 발생한다. 이는 두 개의 날개 끝의 소용돌이를 유발하며, 이 소용돌이는 에너지 손실을 나타내며, 이 소용돌이는 비행기의 날개를 지지하는 것이 아니라, 작은 새를 가열한다.
길이가 짧을수록, 이 소용돌이에 소모되는 에너지 비율이 커진다. 이는 비행기의 길이가 매우 긴 이유이다. 알바트로스는 페더가 더 잘 날 수 있다.
캐리어가 있는 나비에는 소용돌이가 생기지 않도록 하며, 이는 날개 끝이 끊어져서 캐리어 근처를 매우 가까이 지나간다는 것을 의미한다. 하지만 즉시 주의할 점은, 이 캐리어는 나비에가 작동하는 조건에 맞춰야 한다. 물의 속도 V와 단면적 S의 곱은 입력과 출력에서 동일해야 한다. 즉, 캐리어의 그림은 나비에의 속도 변화(V2 - V1)와 관련이 있어야 하며, 이는 회전 수에 따라 달라진다.
전투 잠수함이나 발사 잠수함에서는 소음 최소화를 추구한다. 나비에의 소용돌이는 소음의 원천이다. 캐리어를 채택하는 것은 이 소음을 줄이는 해결책이며, 이는 모든 국가의 많은 단위에서 채택되었다.
캐리어가 있는 잠수함 모형
캐리어가 있는 잠수함
Sea Wolf 잠수함
같은 것이 앞에서 보는 모습
러시아의 타이폰 잠수함 뒷면
이 캐리어는 특정 속도에서만 작동하며, 이는 "적응 속도"이다. 이 속도 이외에는 소음이 발생한다(저속 또는 낮은 속도). 이들의 형상 변화를 복잡하게 할 수는 없다. 해결책은 MHD를 사용하여 날개 끝의 소용돌이 발생을 억제하는 것이다. 날개에 주변 가속기를 장착하는 것이다.
몇 년 전, 새로운 잠수함은 "검도 날개" 형태의 나비에를 장착하고 있다. 최근(2010년)에, 미국인 인터넷 사용자가 워싱턴 주의 Kitsap-Bangor 기지에서 캐리어가 있는 미국 핵잠수함의 사진을 촬영했다. 두 장의 사진이 있으며, 두 번째는 줌인된 사진이다.
미국인 사용자가 자동차 경로 검색 소프트웨어를 사용하여 이 사진을 촬영했다는 점에 주의할 필요가 있다.
미국 잠수함의 검도 날개
이 나비에는 수많은 수력학적 특성이 있으며, 나중에 설명할 것이다. 이는 해양 나비에 분야에서 여전히 중요한 진보가 가능하다는 것을 보여준다.
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