Rakiety, okręty podwodne itp...
18 lutego 2009 – 25 marca 2010 – 31 lipca 2010
Przez śrubę przepływa strumień masy Q, w kilogramach na sekundę. Jeśli śruba generuje siłę napędową, to dlatego, że
przyspiesza
ciecz w trakcie przepływu. Siła napędowa, przekazywana na wał, wynosi wtedy
Q ( V 2 - V 1 )
różnica w nawiasie reprezentuje przyrost prędkości.
Tak śruba przemieszcza gaz lub ciecz. Istnieje jednak istotna różnica między tymi dwoma ośrodkami. Ciecze są znacznie bardziej
lepkie
niż gazy. Słowo
lepkość
ma mało wspólnego z codziennym językiem. Dla zwykłego człowieka ciecz lepka to „lubiąca kleić się”. Dla mechanika płynów płyn lepki to płyn, który przy przepływie z prędkością V i gęstością objętościową ρ
wywołuje większą siłę tarcia
. To właśnie wysoka lepkość wody ogranicza prędkość tradycyjnych torped do 100–120 km/h. Dalsze przyspieszanie wymagałoby nie do przyjęcia mocy.
Mała uwaga: jak działają „hiperprędkościowe” torpedy?
Działa się tak, by torpeda poruszała się nie w kontakcie z wodą, ale z parą wodną, która tworzona jest na jej nosie poprzez wtrysk gazu produkowanego przez rakietę. Takie są torpedy rosyjskie Shkwal, przyjęte przez Chiny, które przekazały tę technologię Iranom. O tym pisałem już w mojej książce „UFO i tajne broń amerykańska” od 2003 roku (Albin Michel). Amerykańskim odpowiednikiem jest torpeda „Supercav”. Cav oznacza
kawitacja
. Kawitacja to zjawisko, które występuje naturalnie, gdy śruba tworzy wystarczająco duże spadki ciśnienia, aby woda się parowała (gdy lokalne ciśnienie spadnie poniżej „ciśnienia nasycenia parą”). To właśnie to zjawisko skłoniło dziennikarza Larousserie’a do stwierdzenia, i powtórzenia podczas spotkania, że „wystarczy, by torpeda weszła do wody wystarczająco szybko, by kawitacja się pojawiła i utrzymała”. Cytował w tym celu kulki strzelane do wody.
O Boże. Dziennikarze naukowi nie są już tacy, jak wcześniej...
Próbowałem bezskutecznie wyrzucić tę myśl z jego głowy (tą myśl i wiele innych podobnych). Ale w takich przypadkach musi się zrezygnować. Quod feci.
W latach 2002–2003 ten pomysł torped hiperszybkich wywołał dość smaczne komentarze. Przykładem jest francuski admirał, który odpowiedział przyjacielowi podczas rocznej wystawy „Euronaval”:
- W sprawie torped, prędkość to nie wszystko...
Wygląda na to, że ten admirał wspiera projekt powrotu do żaglowej floty wojskowej, gdzie drewno i płótno zapewniają bardzo dobrą niewidzialność wobec fal radarowych.
Nowoczesne torpedy są napędzane rakietami prochowymi. Przekraczają one bez trudu 400 km/h pod wodą, są kierowane przewodowo – przewody rozwinęły się z bębnów transportowanych przez torpedę (a nie zamontowanych na okręcie podwodnym). Aby zapobiec uszkodzeniu przewodów przez gazy wyrzucane z dyszy, przewody są rozkładowane za pomocą ramion, które wydłużają się po wystrzeleniu torpedy z wąskiego kanału, przy użyciu strumienia powietrza sprężonego (misyle interkontynentalne są również wypuszczane tym samym sposobem, a następnie zapalane poza okrętem podwodnym).
Torpeda rosyjska Shkwal widziana z tyłu. Na jej bokach rozłożone są przewody kierownicze.
Rury otaczające „kubek” centralnej dyszy mogą być wtryskiwaczami gazu o niższej temperaturze, które służą do osłony głównego strumienia, tworząc inną impedancję akustyczną, co pozwala na odbicie fal dźwiękowych (turbulencji) emitowanych przez prochowy napęd, który z natury jest bardzo głośny.
Jednak możesz się zastanawiać, jak taka torpeda może być sterowana. Jest to bardzo proste. Obrazy przedniej części tej maszyny są teraz wszędzie dostępne.
Rosyjska torpeda Shkwal widziana z przodu podczas prezentacji publicznej
Szczegół otworu wypływu gorącego gazu, z deflektorem zamontowanym na łożyskach kulowych, zapewniającym sterowanie
Gaz wypływa w osi, paruje wodę morską, która spływa z prędkością 500 km/h. Dysza otoczona jest kulistym łożyskiem, wokół którego obraca się okrągła płyta, rozpraszająca parę wokół torpedy. Przy nachylaniu za pomocą dwóch wyporników, z których jeden jest widoczny, zmienia się warstwa pary dotykającej powierzchni torpedy, a więc zmienia się lokalna wartość oporu tarcia w każdym punkcie. Ta torpeda, kierowana przewodowo, ale nie mająca autokierowania, okazuje się bardzo manewrowa.
31 lipca 2010 roku.
Spotkałem kolegę badacza, który kieruje laboratorium termiki w Marsylii. To on przyjął kontrakt z ITER, by badać szoki termiczne na powierzchniach metalowych.
- Tak, wiem, że ITER to głupota. Ale rozumiesz, jeśli bym nie zaakceptował, mógłbym pożegnać się z moim stanowiskiem na uczelni.
Opowiadając to, wiem, że mu to nie spodoba się. Ale zdziwia mnie, że badacz ma tak mało etyki i prostoty. Wszystko jedno – dziś, kiedy już nauczyciel badacza wie, co oznacza słowo etyka, oprócz typów jak Vélot, który walczy z GMO w INRA i zostaje pozbawiony wszystkich środków i funduszy.
Przypomnijmy sobie, że kilka lat temu Jean-Claude Charpentier był dyrektorem działu Nauki Fizycznej dla Inżyniera w CNRS. Listy CNRS wydały specjalny numer poświęcony relacjom między badaczami a armią, zatytułowany „Badacze, musimy się porozumieć”. W tych artykułach Charpentier stwierdził, że nie ma wystarczająco wielu kontraktów z armią, by zaspokoić potrzeby badaczy...
Nie będę więcej podkreślał nieodwracalnych wad ITER – już o tym mówiłem niewiele razy. Nic jednak nie zmienia faktu, że ciężko się przekonuje do tego „tancerza” za 15 miliardów euro w czasie restrykcji budżetowych. Nie ma sensu...
W tym dniu teren został oczyszczony w Cadarache. Można zobaczyć tę dużą bliznę, gdy leci się na szybowcu. Ale prace są obecnie zawieszone, aż do przyjęcia jeszcze bardziej egzotycznego budżetu. Gdy myślę o naszym „laboratorium MHD”, które mieści się na wózku i już zaczyna dawać publikowalne wyniki, to wydaje się to surrealistyczne...
Nasz stanowisko do badań MHD o niskiej gęstości, działające od lipca 2010 roku
Koszt: 2000 euro
W tym samym laboratorium badacze mają kontrakt z Marynarką, by badać torpedy kawitacyjne. Według ich szefa ta kawitacja „może być po prostu uzyskana przez prędkość”. Innymi słowy, na przedniej części torpedy (napędzanej rakietą: Francuzi dopiero teraz decydują się zrezygnować ze śruby, mając 40 lat opóźnienia) umieszczony jest stożek, za którym następuje kawitacja, dzięki czemu reszta torpedy porusza się w środowisku pary wodnej, co zmniejsza opór tarcia na bokach.
-
A co z oporem na stożku?
-
No to… nie wiem…
Ci ludzie nie mają pojęcia o technologii typu rosyjska Shkwal lub amerykańska supercav. Można o tym mówić, bo to tajemnica publiczna. Nawet Iranianie mają Shkwal kupione u Chin, którzy je produkują na licencji. Produkt pochodzi z Rosji i ma 30–40 lat.
W systemie rosyjskim generator gorącego gazu wypuszcza go do przodu. Przekształca wtedy wodę morską w parę. System, którego Francuzi wydają się nadal nie rozumieć.
Jak steruje się Shkwal? Najpierw przez przewody. Po wystrzeleniu z rury torpedowej wyjeżdżają z osłon przewody. Można zobaczyć system sterowania, który łączy prostotę i skuteczność na zdjęciach. Ale opiszę to dokładniej za pomocą kilku rysunków.
Opowiedziałem to, by dobrze przypomnieć, że gdy poruszamy obiekt w wodzie, występuje duża siła tarcia. Najpierw myślimy o oporze aerodynamicznym, ale zapominamy o zjawisku „przeciągania”. Spójrz na poniższy rysunek:
Mówiliśmy, że jeśli śruba generuje siłę napędową wzdłuż osi, to musi to być związane z przyspieszeniem wody podczas przepływu. Odpowiada to rysunkowi u góry po lewej. Zachowana jest wartość iloczynu ρV·S, gdzie ρ to gęstość, V to prędkość, a S to przekrój poprzeczny tzw. „rury przepływowej” w mechanice płynów. Gęstość wody, jeden kilogram na litr lub tysiąc kilogramów na metr sześcienny (w jednostkach MKSA), jest stała, ponieważ woda jest nieściśliwa. Zatem iloczyn V·S jest stały. Przed śrubą ten sam strumień Q wody przepływa przez ciasniejszą rurę przepływową.
Rozwój śrub.
Wyżej wspomniałem o śrubach z osłoną (carénage), której celem jest zwiększenie sprawności. Płatek śruby to skrzydło o bardzo ograniczonej rozpiętości i małym wydłużeniu. Na dole skrzydła samolotu (intrados) powstaje nadciśnienie, podczas gdy na górze (extrados) panuje podciśnienie. Na końcu skrzydła występuje tendencja do przejścia z intradosu do extradosu. Powoduje to powstawanie dwóch wirów brzegowych na końcach każdego skrzydła. Te wiry są stratami energii – nie służą do unoszenia samolotów, ale tylko do ogrzewania małych ptaków.
Im mniejsze wydłużenie, tym większa część energii tracona w tych wirach. Dlatego szybowce mają ogromne wydłużenie. Albatros leci lepiej niż gołąb.
Śruba z osłoną to sposób na zapobieganie powstawaniu wirów, co oznacza, że końcówki łopat, przycinane prosto, poruszają się bardzo blisko osłony. Jednak od razu pojawia się ważna uwaga: ta osłona musi być dostosowana do warunków pracy śruby. Iloczyn prędkości V wody przez przekrój S musi być taki sam na wejściu i wyjściu. Innymi słowy, kształt osłony musi odpowiadać zmianie prędkości (V2 – V1), która odpowiada danemu trybowi pracy śruby, a ten zależy od liczby obrotów na minutę.
W okrętach podwodnych z torpedami lub okrętach atakowych dąży się do jak najmniejszego hałasu. Wiry śrub są źródłem hałasu. Zastosowanie osłony to rozwiązanie zmniejszające ten hałas, i zostało ono przyjęte na wielu jednostkach w różnych krajach.
Model okrętu podwodnego z napędem osłoniętym
Okręt podwodny z osłoną
Okręt Sea Wolf
Ten sam, widziany z przodu
Jeden z monstrów rosyjskich Typhon, widziany z tyłu
Te osłony działają tylko przy określonej prędkości – tzw. „prędkości dostosowania”. Poza tym stają się głośne (niska prędkość lub niskie prędkości). Byłoby zbyt skomplikowane nadawać im zmienną geometrię. Rozwiązaniem jest zapobieganie powstawaniu wirów brzegowych za pomocą MHD, wyposażając łopaty w akceleratora przylegające.
Od kilku lat nowe podwodnice są wyposażone w śruby „cimeterowe”. Recently (2010) internauta mógł uchwycić tę fotografię amerykańskiego okrętu podwodnego atomowego z osłoną w bazie w Kitsap-Bangor w stanie Waszyngton. Oto dwa zdjęcia, drugie to powiększenie.
Zauważmy, że amerykański internauta uchwycił te zdjęcia, przeglądając program do szukania tras samochodowych...
Śruba cimeterowa amerykańskiego okrętu podwodnego
Ta śruba posiada wiele zalet hydrodynamicznych, o których opowiem kiedyś – pokazuje to, że w tak dobrze zbadanym obszarze jak śruby morskie można osiągnąć istotne postępy.
Nowości
Przewodnik (Indeks)
Strona główna
