Torpedos, onderzeeërs, enzovoort...
18 februari 2009 - 25 maart 2010 - 31 juli 2010
Door een schroef stroomt een massadebiet Q, in kilogram per seconde. Als de schroef een voortstuwende kracht uitoefent, dan versnelt deze het vloeistofgemiddelde tijdens het passeren. De voortstuwende kracht, overgedragen op de as, is dan
Q ( V 2 - V 1 )
waarbij de term tussen haakjes de snelheidsvergroting vertegenwoordigt.
Zo beroert de schroef een gas of vloeistof. Er bestaat echter een belangrijk verschil tussen deze twee media. Vloeistoffen zijn veel
viskeuzer
dan gassen. Het woord
viscositeit
betekent weinig voor de gemiddelde burger. Voor hem is iets viskeus "plakkerig". Voor een vloeistofmechanicus is een viskeuze vloeistof een vloeistof die, stromend met snelheid V en met een massadichtheid ρ,
een grotere wrijvingskracht zal opleveren
. Deze hoge viscositeit van water beperkt de snelheid van conventionele torpedos tot ongeveer 100-120 kilometer per uur. Boven die snelheid zou de benodigde kracht om ze sneller te laten bewegen prohibitief worden.
Kleine kanttekening: hoe werken "hypersnelle" torpedos?
Men zorgt ervoor dat deze torpedos niet in contact komen met water, maar met stoom, die aan de voorkant van het wapen wordt gegenereerd door het inspuiten van een gas dat afkomstig is van een raket. Zo werken de Russische Shkwal-torpedos, die door de Chinezen zijn overgenomen en aan de Iraanse troepen zijn overgedragen. Ik had dit al in mijn boek "Ovnis en geheime wapens van Amerika" (Albin Michel) in 2003 aangegeven. Het Amerikaanse equivalent is de "Supercav"-torpedo. Cav staat voor
cavitatie
. Cavitatie is het fenomeen dat zich voordoet wanneer een schroef een voldoende grote drukdaling veroorzaakt waardoor het water verdampt (wanneer de lokale druk onder de "verzadigingsdampdruk" daalt). Dat was de reden waarom journalist Larousserie schreef – en me tijdens een ontmoeting herhaalde – dat "het voldoende snel in het water duiken van de torpedo al voldoende is om cavitatie te veroorzaken en te onderhouden". Hij citeerde daarbij als voorbeeld kogels die uit een geweer worden afgevuurd in water.
Mamma mia. Wetenschappelijke journalisten zijn niet meer wat ze waren...
Ik heb wanhopig geprobeerd hem deze gedachte uit het hoofd te praten (die en vele andere van dezelfde soort). Maar in zulke gevallen is het overgeven onvermijdelijk. Quod feci.
In 2002-2003 gaf dit concept van hypersnelle torpedos een aantal smaakvolle opmerkingen. Een voorbeeld: een Franse admiraal, die antwoordde op een vriend tijdens een jaarlijkse tentoonstelling "Euronaval":
- Weet je, wat betreft torpedos is
snelheid niet alles...
Het lijkt erop dat deze admiraal een project voert om terug te keren naar een zeemacht met zeilen, waarbij hout en canvas een uitstekende detectievoorkomende eigenschap bieden tegen radar.
Moderne torpedos worden aangedreven door rookontsteking. Ze overschrijden gemakkelijk de 400 km/h onder water, zijn draadgeleid (filoguided), met geleidingsdraden die afrollen van wikkelrollen die meegenomen worden door de torpedo (en niet geïnstalleerd aan boord van het onderzeeër). Om te voorkomen dat de gassen uit de uitlaat de geleidingsdraden beschadigen, worden deze afgerold via armen die zich uitstrekken na de uitwerping van de torpedo uit haar smalle buis, met behulp van een luchtstroom (intercontinentale raketten worden eveneens op dezelfde manier uitgeworpen en vervolgens buiten het onderzeeër aangestoken).
De Russische Shkwal-torpedo, vanaf de achterkant gezien. Aan de zijkanten zijn de zijdelingse geleidingsdraden uitgeklapt.
De buizen rond het "schotel" van de centrale uitlaat kunnen injectoren zijn voor lager temperatuur gassen, die het hoofdstraal omgeven en een andere akoestische impedantie bieden. Dit zou ervoor zorgen dat geluidsgolven (turbulentie) die worden uitgezonden door de rookontsteking, die in principe erg luid is, worden gereflecteerd.
Toch kunt u zich misschien afvragen hoe zo'n torpedo kan worden bestuurd. Dat is extreem eenvoudig. Foto’s van de voorkant van dit apparaat zijn nu overal te vinden.
Een Russische Shkwal-torpedo, vanaf de voorkant, tijdens een openbare presentatie
Detail van de uitlaatopening voor hete gassen, met een afbuiger op kardanassen, die het besturingssysteem verzorgt.
Het gas stroomt in de as, verdampt het zeewater, dat met 500 km/h naar buiten stroomt. De uitlaat is omgeven door een sferische rotatie, waaromheen een cirkelvormig blad draait en de stoom rond de torpedo verspreidt. Door de helling van dit blad te veranderen met behulp van twee cilinders (waarvan er één zichtbaar is), wordt de laag stoom die langs de zijden van de torpedo stroomt aangepast, en dus ook de lokale waarde van de wrijvingsweerstand op elk punt. Deze draadgeleide torpedo, zonder autoguiding, blijkt dus zeer manierrijk.
31 juli 2010.
Ik ontmoette een collega-wetenschapper die een thermisch laboratorium in Marseille leidt. Hij was degene die een contract accepteerde met ITER om thermische schokken op metaalwanden te bestuderen.
- Ja, ik weet dat ITER een
dwaasheid is. Maar begrijp je, als ik het niet accepteerde, kon ik afscheid nemen van mijn universitaire functie.
Terwijl ik dit vertel, weet ik dat hij er niet blij mee zal zijn. Maar het verbaast me dat een wetenschapper zo weinig moreel gevoel en eerlijkheid bezit. Toch is het vandaag de dag zo dat een onderzoeker die nog weet wat het woord moreel betekent, zeldzaam is, behalve mensen zoals Vélot, die zich inzetten tegen OGM bij het INRA en daardoor worden ontzien van alle middelen en subsidies.
Ongeveer veertien jaar geleden was Jean-Claude Charpentier directeur van de afdeling Fysica voor Ingenieurs bij het CNRS. Het CNRS had een speciaal nummer uitgegeven over de relatie tussen onderzoekers en het leger, met de titel "Onderzoekers, we moeten praten". In die artikelen zei Charpentier dat hij niet genoeg contracten met het leger had om aan de eisen van onderzoekers te voldoen...
Ik zal niet verder ingaan op de onherstelbare tekortkomingen van ITER, daar heb ik al vaak genoeg over gesproken. Toch wordt er nu hard gewerkt om deze "danseres" van 15 miljard euro door te drukken in een periode van bezuinigingen. Wat een onzin...
Op die dag is het terrein in Cadarache ontruimd. Vanuit een vliegtuig zie je deze grote litteken, als je in een vliegtuig vliegt. Maar de werken zijn momenteel stilgelegd tot het nog grotere budget wordt goedgekeurd. Als ik denk aan ons "MHD-laboratorium", dat op een roltafel staat en al resultaten oplevert die gepubliceerd kunnen worden, lijkt dit alles surrealistisch...
Ons testbank voor lage-dichtheids MHD-experimenten, operationeel sinds juli 2010
Kosten: 2000 euro
In hetzelfde thermische laboratorium hebben onderzoekers een contract met de Marine om cavitatie-torpedos te bestuderen. Volgens hun baas wordt deze cavitatie "eenvoudig verkregen door snelheid". Met andere woorden, men plaatst aan de voorkant van de torpedo (aangedreven door raket: de Fransen besluiten eindelijk de schroef op te geven, 40 jaar te laat) een kegel waarachter cavitatie ontstaat, zodat de rest van de torpedo zich beweegt in een omgeving van waterdamp, wat de wrijvingsweerstand aan de zijkanten vermindert.
-
Maar de weerstand veroorzaakt door de kegel?
-
Ah, daar weet ik niets van...
Deze mensen kennen niets van de technologie van de Russische Shkwal of de Amerikaanse Supercav. We kunnen erover praten, want het is geen geheim. Zelfs de Iraanse troepen hebben Shkwal-torpedos gekocht van de Chinezen, die ze onder licentie produceren. Het product is oorspronkelijk Russisch en dateert uit 30 of 40 jaar geleden.
Bij het Russische systeem ejecteert een generator van hete gassen dit gas naar voren. Hierdoor verandert zee water in stoom. Een systeem dat de Fransen nog niet lijken te begrijpen.
Hoe wordt een Shkwal bestuurd? Eerst via draadgeleiding. Na het uitwerpen uit de buis komen de geleidingsdraden uit hun houders. Op de foto’s is het besturingssysteem zichtbaar, met een robuuste eenvoud die efficiëntie garandeert. Ik zal het verder uitleggen met een paar tekeningen.
Ik vertel dit om u eraan te herinneren dat wanneer een object in water beweegt, een aanzienlijke wrijvingskracht optreedt. Men denkt eerst aan de weerstand, maar vergeet de aandrijving. Kijk eens naar de onderstaande afbeelding:
We hebben gezegd dat als een schroef een kracht langs zijn as uitoefent, een duwkracht, dit gepaard gaat met een versnelling van het water tijdens het passeren. Dit komt overeen met de figuur linksboven. Er is behoud van het product ρV S, waarbij ρ de massadichtheid, V de snelheid en S de dwarsdoorsnede is van wat in de vloeistofmechanica een "stroombuis" (vloeistof) wordt genoemd. De massadichtheid van water, één kilogram per liter of duizend kilogram per kubieke meter (in MKSA-eenheden), is constant, omdat water een onsamendrukbare vloeistof is. Dus is het product V S constant. Voor de schroef stroomt dezelfde debiet Q water door een smalere stroombuis.
Ontwikkeling van schroeven.
Verder boven sprak ik over ingekapselde schroeven, waarvan het doel is om het rendement te verhogen. Een schroefblad is namelijk een vleugel met zeer beperkte spanwijdte en een lage spanwijdteverhouding. Aan de onderkant van een vliegtuigvleugel (intrados) ontstaat een overdruk, terwijl er aan de bovenkant (extrados) een onderdruk ontstaat. Aan het eind van de vleugel heeft de vleugel een neiging om van het intrados naar het extrados te gaan. Dit leidt tot de vorming van twee randvortexen aan elk eind van de vleugel. Deze vortexen zijn energieverliezen; ze dienen niet om vliegtuigen te ondersteunen, maar om kleine vogels te verwarmen.
Hoe lager de spanwijdteverhouding, hoe groter het deel van de energie dat wordt verspild in deze vortexen. Daarom hebben vliegers enorme spanwijdteverhoudingen. Een albatros vliegt beter dan een duif.
De ingekapselde schroef is een manier om de vortexvorming te voorkomen, wat inhoudt dat de uiteinden van de bladen, afgeknipt, zeer dicht bij de omhulsel bewegen. Maar er moet direct een opmerking worden gemaakt: deze omhulsel moet afgestemd zijn op het werkbereik van de schroef. Het product van de water snelheid V en de doorsnede S moet gelijk zijn aan de ingang en de uitgang. Met andere woorden, de vorm van de omhulsel moet in verhouding staan tot de snelheidsverandering (V2 - V1) die overeenkomt met het werkbereik van de schroef, dat afhangt van het aantal omwentelingen per minuut.
In oorlogsschepen of aanvalsonderzeeërs wordt gepoogd het geluid zo laag mogelijk te houden. De vortexen van de schroeven zijn bronnen van geluid. Het gebruik van een omhulsel is een oplossing om dit te verminderen, en is al toegepast op veel schepen in alle landen.
Model van een onderzeeër met ingekapselde aandrijving
Onderzeeër met omhulsel
Onderzeeër Sea Wolf
Hetzelfde, vanaf voren gezien
Een van de Russische Typhon-monsters, vanaf de achterkant gezien
Deze omhulzels werken alleen bij een bepaalde snelheid, hun "aangepaste snelheid". Buiten dat bereik worden ze luidruchtig (lage snelheid of lage snelheden). Het zou te complex zijn om ze met een variabele vorm uit te rusten. Een oplossing is het tegengaan van de vorming van randvortexen via MHD, door de bladen uit te rusten met pariëtale versnellers.
Sinds enkele jaren zijn nieuwe onderzeeërs uitgerust met "sabelvormige" schroeven. Recentelijk (2010) kon een internetgebruiker deze afbeelding vastleggen van een Amerikaans nucleair onderzeeër met omhulsel, in zijn basis in Kitsap-Bangor, in de staat Washington. Hier zijn twee afbeeldingen, waarvan de tweede een vergroting is.
Men ziet dat de Amerikaanse internetgebruiker deze afbeeldingen vastlegde door te surfen met een routeplanner voor auto-afstanden...
Sabelvormige schroef van een Amerikaans onderzeeër
Deze schroef heeft vele hydrodynamische voordelen, waarover ik u ooit zal vertellen. Dit laat zien dat zelfs in een zó uitgeputte sector als de scheepschroeven nog essentiële vooruitgang mogelijk is.
Nieuwigheden
Gids (Index)
Startpagina