Torpedo's en onderzeeërs
Torpedo's, onderzeeërs, enz...
18 februari 2009 - 25 maart 2010 - 31 juli 2010
Door een schroef gaat een massadebiet Q, in kilo per seconde. Als de schroef een stuwkracht levert, komt dat doordat zij het fluïdum bij doorgang versnelt. De stuwkracht, overgedragen op de as, is dan
Q ( V2 - V1 )
waarbij de grootheid tussen haakjes de snelheidswinst voorstelt.
Zo roert een schroef een gas of een vloeistof om. Er bestaat echter een belangrijk verschil tussen deze twee media. Vloeistoffen zijn veel viskeuzer dan gassen. Het woord viscositeit zegt de man in de straat weinig. Voor hem is wat viskeus is "kleverig". Voor een fluïdummechanicus is een viskeus fluïdum een fluïdum dat, stromend met een snelheid V en met een massadichtheid ro, een grotere wrijvingskracht zal produceren. Het is deze hoge viscositeit van water die de snelheid van conventionele torpedo's beperkt tot honderd - honderdtwintig kilometer per uur. Daarboven zou het vermogen dat nodig is om ze sneller te laten gaan prohibitief worden.
Kleine parenthese: hoe werken "hypervliegsnelle" torpedo's?
Men zorgt ervoor dat ze zich niet in contact met water voortbewegen, maar met waterdamp, welke aan de neus van het tuig wordt gecreëerd door injectie van een gas dat door een raket wordt geproduceerd. Dat is het geval bij de Russische Shqwal-torpedo's, overgenomen door de Chinezen, die deze technologie aan de Iraniërs hebben doorgegeven. Ik had dat al in 2003 gemeld in mijn boek "OVNIS et armes secrètes américaines" (Albin Michel). Het Amerikaanse equivalent is de "Supercav"-torpedo. Cav, voor cavitatie. Cavitatie is wat van nature optreedt wanneer een schroef een onderdruk creëert die voldoende is om het water te laten verdampen (wanneer de plaatselijke drukwaarde onder "de verzadigde dampdruk" zakt). Dat bracht de journalist Larousserie ertoe te schrijven, en mij bij een ontmoeting te herhalen, "dat het volstond dat de torpedo snel genoeg in het water dringt opdat cavitatie optreedt en in stand blijft". Hij citeerde ter ondersteuning van zijn beweringen geweerkogels die in het water worden geschoten.
Mamma mia. De wetenschapsjournalisten zijn niet meer wat ze geweest zijn....
Vergeefs heb ik geprobeerd hem dat idee uit het hoofd te praten (dat idee en tal van andere van hetzelfde soort). Maar in zulke gevallen is opgeven geboden. Quod feci.
In 2002-2003 had dit concept van hypervliegsnelle torpedo's aanleiding gegeven tot nogal smakelijke opmerkingen. Getuige die van een Franse admiraal, die een vriend antwoordde, aanwezig op een jaarlijkse manifestatie "Euronaval":
- Weet u, inzake torpedo's is snelheid niet alles .....
Het schijnt dat deze admiraal een project voortstuwt van De moderne torpedo's worden aangedreven door poederraketten. Ze halen gemakkelijk meer dan 400 km/h, onder water, zijn draadgeleid, geleid door draden die zich afrollen van spoelen die door de torpedo worden vervoerd (en niet aan boord van de onderzeeër zijn geïnstalleerd). Om te voorkomen dat de gassen die door de straalpijp worden uitgestoten de geleidingsdraden verschroeien, worden die afgerold van armen die zich ontplooien nadat de torpedo met behulp van een persluchtstraal uit zijn nauwe buis is weggeschoten (intercontinentale raketten worden eveneens op dezelfde manier weggeschoten en pas buiten de onderzeeër ontstoken).
De Russische Shqwal-torpedo, van achteren gezien. Op haar flanken haar uitgeklapte zijgeleiders voor draadgeleiding.
De buizen rond het "eierdopje" van de centrale straalpijp zijn misschien injectoren van gas met lagere temperatuur, waarmee de hoofdstraal kan worden omhuld, met een andere akoestische impedantie, wat het dan mogelijk zou maken de geluidsgolven (turbulentie) die door de poederraket worden uitgezonden, te weerkaatsen, die a priori zeer lawaaierig is.
Dit gezegd zijnde, zult u zich misschien afvragen hoe een dergelijke torpedo kan worden bestuurd. Dat is uiterst eenvoudig. De foto's van de voorkant van dit tuig zwerven nu overal rond.
Een Russische Shqwal-torpedo, van voren gezien, tijdens een presentatie aan het publiek
Detail van haar uitstootopening voor heet gas, met op cardanringen gemonteerde deflector, die de besturing verzekert
Het gas komt in de as naar buiten, verdampt het zeewater, dat met 500 km/h naar buiten stroomt. De straalpijp is omgeven door een kogelgewricht waaromheen een cirkelvormige plaat draait die de damp rond de torpedo laat uitwaaieren. Door die met behulp van twee cilinders, waarvan er één zichtbaar is, te kantelen, wijzigt men de damp-laag die langs de wanden van de torpedo strijkt, dus de bijdrage, op elke plaats, van de plaatselijke waarde van de wrijvingsweerstand. Deze torpedo, draadgeleid maar zonder zelfgeleiding, blijkt dus zeer wendbaar.
31 juli 2010.
Ik heb een onderzoekscollega ontmoet, die een thermisch laboratorium in Marseille leidt. Hij is degene die een contract met ITER heeft aanvaard, om thermische schokken op metalen wanden te bestuderen.
- Ja, ik weet dat ITER onzin is. Maar, begrijp je, als ik niet toezegde, kon ik mijn post aan de universiteit vaarwel zeggen.
Terwijl ik dat vertel, weet ik dat het hem niet zal bevallen. Maar het choqueert me dat een onderzoeker zo weinig ethiek en simpelweg eerlijkheid heeft. Dit gezegd zijnde, tegenwoordig, welke docent-onderzoeker weet nog wat het woord ethiek betekent, behalve types als Vélot die bij INRA tegen GGO's vechten en van alle middelen en kredieten worden beroofd.
Een jaar of vijftien geleden was Jean-Claude Charpentier directeur van het departement Natuurwetenschap voor de Ingenieur bij het Cnrs. Le courrier du Cnrs had een speciaal nummer uitgebracht gewijd aan de betrekkingen tussen onderzoekers en het leger, getiteld "chercheurs, il faut qu'on se parle". In die pagina's zei Charpentier dat hij niet genoeg contracten met het leger had om aan de vragen van de onderzoekers te voldoen ....
Ik zal niet aandringen op de onherstelbare gebreken van ITER, ik heb er N keer genoeg over gezegd. Toch wordt er druk uitgeoefend om deze "danseuse" van 15 miljard euro erdoor te jagen, midden in een periode van beperkingen en bezuinigingen. Onzin ..
Vandaag is het terrein vrijgemaakt, in Cadarache. Men ziet die enorme litteken, wanneer men zweefvliegt. Maar de werken zijn voorlopig stilgelegd, totdat dat budget, nog faraonischer, wordt gestemd. Als ik aan ons "MHD-laboratorium denk, dat op een tafel met wieltjes past en al publiceerbare resultaten begint op te leveren, lijkt dat surrealistisch...
Onze proefbank voor MHD-experimenten bij lage dichtheid, operationeel sinds juli 2010
Kostprijs: 2000 euro
In datzelfde thermische laboratorium hebben onderzoekers een contract met de Marine, om cavitatietorpedo's te bestuderen. Volgens hun baas "zou die cavitatie eenvoudig door de snelheid worden verkregen". Met andere woorden, men plaatst aan de voorkant van de torpedo (aangedreven door een raket: de Fransen besluiten de schroef op te geven, met 40 jaar vertraging) een kegel waar stroomafwaarts van de cavitatie optreedt, waardoor de rest van de torpedo voortbeweegt in een omgeving van waterdamp, wat de wrijvingsweerstand op de flanken vermindert.
-
Maar, de weerstand door de kegel?
-
Ach dat, dat weet ik niet....
Die jongens weten niets van de technologie van het Russische Shqwal-type of het Amerikaanse supercav. Men kan erover praten want het is een publiek geheim. Zelfs de Iraniërs hebben Shqwal's, gekocht bij de Chinezen, die ze in licentie fabriceren. Het product is van oorsprong Russisch, 30 of 40 jaar oud.
In het Russische systeem stoot een generator van hete gassen die naar voren uit. Hij zet dan het zeewater om in damp. Een systeem dat de Fransen blijkbaar nog niet hebben begrepen.
Hoe bestuurt men een Shqwal? Eerst door draadgeleiding. De dragers van de draden komen uit hun behuizing na het verlaten van de torpedobuis. Op de foto's ziet men het geleidingssysteem, van een rustiekheid die met doeltreffendheid samengaat. Maar ik detailleer het met enkele tekeningen.
Ik heb dit verteld om u goed in herinnering te brengen dat wanneer men een voorwerp in het water verplaatst, een belangrijke wrijvingskracht optreedt. Men denkt eerst aan het aspect weerstand, maar men vergeet de meesleping. Werp een blik op de plaat hierna:
Er is gezegd dat als een schroef een kracht levert die volgens haar as wordt overgedragen, een stuwkracht, dat gepaard gaat met de versnelling van het water bij doorgang. Dit komt dus overeen met de figuur linksboven. Er is behoud van het product ro V S, waarbij ro de massadichtheid is, V de snelheid en S de dwarsdoorsnede van wat men in de fluïdummechanica een "stroombuis (fluïdum)" noemt. De massadichtheid van water, een kilo per liter of duizend kilo per kubieke meter (in MKSA-eenheden) is constant, daar water een onsamendrukbaar fluïdum is. Dus is het product V S constant. Vóór de schroef wordt hetzelfde debiet Q water verzekerd in een nauwere stroombuis.
De evolutie van schroeven.
Hierboven heb ik het gehad over omkaste schroeven, met als doel het rendement te verhogen. Inderdaad is een schroefblad een vleugel met zeer beperkte spanwijdte, dus met geringe slankheid. Onder een vliegtuigvleugel (intrados) ontstaat een overdruk, terwijl zich boven (extrados) een onderdruk instelt. Aan het vleugeluiteinde heeft de lucht de neiging van de intrados naar de extrados over te gaan. Dit veroorzaakt het ontstaan van twee randwervels, aan het uiteinde van elke vleugel. Deze wervelende vortexen zijn energieverliezen; deze wervels dienen niet om vliegtuigen te dragen, maar om de kleine vogeltjes te verwarmen.
Hoe geringer de slankheid, hoe groter het aandeel van de verbruikte energie dat in deze wervels wordt gedissipeerd. Daarom hebben zweefvliegtuigen enorme slankheden. Een albatros vliegt beter dan een duif.
De omkaste schroef is een manier om te verhinderen dat zich wervels vormen, wat impliceert dat de scherp afgesneden bladuiteinden zeer dicht bij de omkasting draaien. Maar één opmerking dringt zich meteen op: die omkasting moet aangepast zijn aan het toerental waarbij de schroef werkt. Het product van de watersnelheid V met de doorsnede S moet bij de inlaat en de uitlaat hetzelfde zijn. Dat wil zeggen dat de vorm van de omkasting in verhouding moet staan tot de snelheidsvariatie (V2 - V1) die met het toerental van de schroef overeenkomt, welk toerental van het aantal omwentelingen per minuut afhangt.
Bij rakettenduikboten of aanvalsonderzeeërs tracht men het lawaai zoveel mogelijk te beperken. De wervels van de schroeven zijn geluidsbronnen. Het aanbrengen van een omkasting is een oplossing om dat lawaai te verminderen, en ze is op heel wat eenheden in alle landen toegepast.
Model van onderzeeër met omkaste voortstuwer
Onderzeeër met omkasting
Onderzeeër Sea Wolf
Dezelfde, van voren gezien
Een van de Russische Typhon-monsters, van achteren gezien
Deze omkastingen werken slechts bij een bepaalde vaart, hun "aanpassingsvaart". Daarbuiten worden ze lawaaierig (lage of geringe snelheden). Het zou te ingewikkeld zijn ze een variabele geometrie te geven. Een oplossing is het ontstaan van randwervels tegen te gaan door MHD, door de bladen van wandversnellers te voorzien.
Sinds enkele jaren zijn nieuwe onderwatervaartuigen met "sabelvormige" schroeven uitgerust. Onlangs (2010) kon een internetgebruiker dit beeld vastleggen van een Amerikaanse kernonderzeeër, met omkasting, in zijn basis Kitsap-Bangor, in de staat Washington. Hier twee beelden, het tweede komt overeen met een zoom.
Men zal opmerken dat de Amerikaanse internetgebruiker deze beelden heeft vastgelegd door te surfen op een software voor het zoeken van autoroutes ....
Sabelschroef van een Amerikaanse onderzeeër
Deze schroef bezit talrijke hydrodynamische kwaliteiten, waarover ik u op een dag zal vertellen, wat aantoont dat op een zo afgezaagd terrein als dat van de marineschroeven nog wezenlijke vooruitgang kan worden geboekt.