Torpedos e submarinos
Torpedos, submarinos, etc...
18 de fevereiro de 2009 - 25 de março de 2010 - 31 de julho de 2010
Através de uma hélice passa um débito-massa Q, em quilogramas por segundo. Se a hélice fornece uma força de propulsão, é porque ela acelera o fluido ao passar. A força de propulsão, transmitida ao eixo, é então
Q ( V2 - V1 )
a quantidade entre parênteses representando o ganho de velocidade.
Assim, a hélice agita um gás ou um líquido. No entanto, existe uma diferença importante entre estes dois meios. Os líquidos são muito mais viscosos que os gases. A palavra viscosidade não fala muito ao homem da rua. Para ele, o que é viscoso é "colante". Para um engenheiro de fluidos, um fluido viscoso é um fluido que, circulando a uma velocidade V e com uma densidade volumétrica ro produzirá uma força de atrito maior. É esta viscosidade elevada da água que limita a velocidade das torpedos convencionais a cem - cento e vinte quilômetros por hora. Além disso, a potência necessária para fazê-las se mover mais rápido tornaria-se proibitiva.
Pequena observação: como funcionam as torpedos "hipervelozes"?
Procura-se fazê-las se mover, não em contato com a água, mas com vapor d'água, que é criado na proa do equipamento por injeção de um gás produzido por um foguete. É o caso das torpedos Shqwal russas, adotadas pelos chineses, as quais transmitiram esta tecnologia aos iranianos. Eu havia mencionado isso no meu livro "OVNIS e armas secretas americanas" desde 2003 (Albin Michel). O equivalente americano é a torpedo "Supercav". Cav, para cavitação. A cavitação é o que ocorre naturalmente quando uma hélice cria uma depressão suficiente para que a água se vaporize (quando o valor local da pressão cai abaixo da "tensão de vapor saturante"). Foi isso que levou o jornalista Larousserie a escrever, e a me dizer novamente durante um encontro, "que bastava que a torpedo penetrasse na água com velocidade suficiente para que a cavitação ocorresse e se mantivesse". Ele citava como apoio as balas de rifle disparadas na água.
Mamma mia. Os jornalistas científicos não são mais o que eram...
Tentei em vão tirar essa ideia da cabeça dele (essa ideia e muitas outras do mesmo tipo). Mas nesses casos, a abandonar é inevitável. Quod feci.
Em 2002-2003, esse conceito de torpedos hipervelozes gerou comentários bastante interessantes. Um exemplo foi o de um almirante francês, respondendo a um amigo, presente em uma manifestação anual "Euronaval":
- Você sabe, no que diz respeito a torpedos, a velocidade não é tudo .....
Parece que esse almirante está promovendo um projeto de torpedos modernos, propulsados por foguetes a pólvora. Eles ultrapassam facilmente os 400 km/h, debaixo d'água, são filoguidados, guiados por fios que se desenrolam a partir de bobinas transportadas pela torpedo (e não instaladas no submarino). Para evitar que os gases expelidos pela tubulação queimem os fios de guia, estes são desenrolados a partir de braços que se desdobram após a ejeção da torpedo fora de seu estreito conduto, com o auxílio de um jato de ar comprimido (os mísseis intercontinentais também são lançados da mesma forma, e acendidos fora do submarino).
**A torpedo russa Shqwal, vista de trás. Nos seus lados, as guias laterais de filoguidagem, desdobradas. **
Os tubos ao redor do "coquetier" da tubulação central podem ser injetores de gás a temperatura mais baixa, permitindo envolver o jato principal, apresentando uma impedância acústica diferente, o que permitiria então refletir as ondas sonoras (turbulência) emitidas pelo propelente a pólvora, aparentemente muito barulhento.
Isso dito, você pode se perguntar como uma torpedo tão grande pode ser controlada. É extremamente simples. As fotos da frente dessa máquina estão agora por toda a parte.
**Uma torpedo Shqwal russa, vista da frente, durante uma apresentação ao público **
Detalhe do seu orifício de ejeção de gás quente, com defletor montado em cardãs, assegurando o controle
O gás sai no eixo, vaporiza a água do mar, que desce a 500 km/h. A tubulação é cercada por uma articulação esférica em torno da qual gira um disco circular que faz a vaporização se expandir ao redor da torpedo. Inclinando-a com dois cilindros, um dos quais é visível, modifica-se a camada de vapor que lambem as paredes da torpedo, portanto a contribuição, em cada local, do valor local da tração de atrito. Essa torpedo, filoguidada, mas sem autoguia, revela-se muito manobrável.
31 de julho de 2010.
Encontrei um colega pesquisador, que dirige um laboratório de termo na Marselha. É aquele que aceitou um contrato com o ITER, para estudar os choques térmicos nas paredes metálicas.
- Sim, sei que o ITER é uma bobagem. Mas, entende, se eu não aceitasse, poderia dizer adeus ao meu posto na universidade.
Contando isso, sei que não vai lhe agradar. Mas me choca que um pesquisador tenha tão pouca ética e honestidade. Isso dito, nos dias atuais, que professor-pesquisador ainda sabe o que significa a palavra ética, exceto tipos como Vélot que lutam contra os OGM no INRA, e acabam despojados de todos os meios e créditos.
Há cerca de quinze anos, Jean-Claude Charpentier era diretor do departamento de Ciência Física para o Engenheiro no CNRS. O correio do CNRS publicou um número especial dedicado aos relações entre os pesquisadores e o exército, intitulado "pesquisadores, precisamos nos falar". Nesse artigo, Charpentier dizia que não tinha contratos suficientes com o exército para satisfazer as demandas dos pesquisadores ....
Não insistirei sobre os defeitos irremediáveis do ITER, já falei disso N vezes. Mesmo assim, está-se fazendo força para passar essa "dansarina" por 15 bilhões de euros em plena época de restrições de austeridade. Nada mais.
Naquele dia, o terreno foi limpo, em Cadarache. Pode-se ver essa vasta cicatriz, quando se voa em planador. Mas os trabalhos estão temporariamente parados, até que esse orçamento, ainda mais faraônico, seja aprovado. Quando penso no nosso "laboratório de MHD, que cabe em uma mesa de rodas e já começa a dar resultados publicáveis, parece surreal...
Nossa bancada de testes para experiências de MHD em baixa densidade, operacional desde julho de 2010
Custo: 2000 euros
No mesmo laboratório de termo, os pesquisadores têm um contrato com a Marinha, para estudar torpedos de cavitação. Segundo seu chefe, esta cavitação "seria simplesmente obtida pela velocidade". Ou seja, coloca-se um cone na frente da torpedo (propulsada por foguete: os franceses finalmente decidem abandonar a hélice, com 40 anos de atraso) no qual a cavitação ocorre, fazendo com que o restante da torpedo avance em um ambiente de vapor d'água, o que reduz a tração de atrito, nos lados.
-
Mas, a tração devido ao cone?
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Ah, não sei...
Esses caras ignoram totalmente a tecnologia do estilo Shqwal russo ou supercav americana. Pode-se falar sobre isso, pois é o segredo de polichinelo. Mesmo os iranianos têm Shqwal compradas dos chineses, que as fabricam sob licença. O produto é russo original, com 30 ou 40 anos de idade.
No sistema russo, um gerador de gás quente joga-o para frente. Então transforma a água do mar em vapor. Um sistema que os franceses ainda não parecem ter entendido.
Como se pilota uma Shqwal? Primeiro por filoguidagem. Suportes dos fios saem de seus alojamentos após a saída do tubo lançador de torpedos. Pode-se ver o sistema de guia, de rusticidade que combina eficácia, nas fotos. Mas eu o detalho com alguns desenhos.
Contei isso para bem lembrar que quando se move um objeto na água, uma força de atrito importante se manifesta. Pensa-se primeiro no aspecto arrasto, mas se esquece do arrasto. Dê uma olhada na tabela a seguir:
Disse-se que se uma hélice assegura uma força transmitida segundo seu eixo, uma força de empuxo, isso vai de par com a aceleração da água, ao passar. Isso corresponde à figura no topo e à esquerda. Há conservação do produto ro V S, onde ro é a densidade volumétrica, V a velocidade e S a seção transversal do que se chama em mecânica dos fluidos um "tubo de corrente (fluido)". A densidade volumétrica da água, um quilo por litro ou mil quilos por metro cúbico (em unidades MKSA) é constante, a água sendo um fluido incompressível. Assim, o produto V S é constante. Antes da hélice, o mesmo débito Q de água é garantido em um tubo de corrente mais apertado.
A evolução das hélices.
Mais acima, falei das hélices carreadas, cujo objetivo é aumentar o rendimento. De fato, uma pás de hélice é uma asa de envergadura muito limitada, com alongamento baixo. Uma sobrepresão se cria abaixo de uma asa de avião (intradorso), enquanto uma depressão se instala acima (extradorso). Na ponta da asa, a asa tem dificuldade em passar do intradorso para o extradorso. Isso causa a formação de dois vórtices marginais, na ponta de cada asa. Esses vórtices são perdas de energia, esses vórtices não servem para sustentar os aviões, mas para aquecer os pequenos pássaros.
Quanto menor o alongamento, maior a parte da energia gasta, dissipada nesses vórtices, será elevada. É a razão pela qual os planadores têm alongamentos enormes. O albatroz voa melhor que um pombo.
A hélice carreada é uma forma de impedir os vórtices de se estabelecerem, o que implica que a ponta das pás, cortadas abruptamente, circulam muito perto do carreador. Mas uma observação se impõe imediatamente: esse carreador deve ser adaptado ao regime em que a hélice funciona. O produto da velocidade V da água pela seção S deve ser o mesmo na entrada e na saída. Ou seja, o desenho do carreador deve estar em relação com a variação de velocidade (V2 - V1) correspondente ao regime da hélice, o qual depende do número de rotações por minuto.
Nos submarinos lançadores de armas ou nos submarinos de ataque, busca-se reduzir o barulho o mais possível. Os vórtices das hélices são fontes de ruído. A adoção de um carreador é uma solução para reduzir isso, e foi adotada em muitas unidades, em todos os países.
**Modelo de submarino com propulsor carreado **
**Submarino com carreador **
**Submarino Sea Wolf **
O mesmo, visto de frente
Um dos monstros Typhoon russos, visto por trás
Esses carreadores funcionam apenas a uma velocidade específica, sua "velocidade de adaptação". Fora disso, eles tornam-se barulhentos (baixa velocidade ou velocidades baixas). Seria muito complicado lhes dar uma geometria variável. Uma solução é contrariar a formação de vórtices marginais com MHD, equipando as pás com aceleradores parietais.
Nos últimos anos, os novos submarinos são equipados com hélices "em cimiterra". Recentemente (2010), um internauta conseguiu capturar esta imagem de um submarino nuclear americano, com carreador, em sua base de Kitsap-Bangor, no estado de Washington. Aqui estão duas imagens, a segunda correspondendo a um zoom.
**Observa-se que o internauta americano capturou essas imagens navegando em um software de busca de rotas para trajeto automóvel .... **
Hélice cimiterra de um submarino americano
Essa hélice possui muitas qualidades hidrodinâmicas, das quais falarei um dia, mostrando que em um campo tão batido quanto o das hélices marítimas, avanços essenciais ainda podem ser feitos.