Торпеды и подводные лодки
Торпеды, подводные лодки и т.д.
18 февраля 2009 - 25 марта 2010 - 31 июля 2010
Через винт проходит массовый расход Q, в килограммах в секунду. Если винт обеспечивает тяговое усилие, значит, он ускоряет жидкость при прохождении. Тяговое усилие, передаваемое на вал, тогда составляет
Q ( V2 - V1 )
количество в скобках представляет собой прирост скорости.
Таким образом, винт перемешивает газ или жидкость. Однако между этими двумя средами есть важное различие. Жидкости гораздо более вязкие, чем газы. Слово вязкость мало говорит обычному человеку. Для него вязкое — это "липкое". Для инженера-механика вязкая жидкость — это жидкость, которая, циркулируя со скоростью V и с плотностью ro, произведет большую силу трения. Именно эта высокая вязкость воды ограничивает скорость обычных торпед до ста-ста двадцати километров в час. За этим пределом мощность, необходимая для их ускорения, становится непомерной.
Небольшое отступление: как работают "сверхскоростные" торпеды?
Мы стараемся заставить их двигаться, не в контакте с водой, а с водяным паром, который создается на носу устройства при впрыске газа, производимого ракетой. Такой случай имеет место с русскими торпедами "Шквал", принятые китайцами, которые передали эту технологию иранцам. Я уже упоминал об этом в своей книге "НЛО и секретные американские оружия" с 2003 года (Albin Michel). Американский аналог — торпеда "Суперкав". Кав — от кавитации. Кавитация — это то, что происходит естественно, когда винт создает достаточное разрежение, чтобы вода испарялась (когда локальное давление падает ниже "насыщенного парового давления"). Именно это привело журналиста Ларуссери к написанию, и повторению при встрече, что "достаточно, чтобы торпеда быстро вошла в воду, чтобы кавитация возникла и поддерживалась". Он привел в подтверждение своих слов пули, выпущенные в воду.
Мамма мия. Научные журналисты больше не те, что были...
Я безуспешно пытался вытеснить эту идею из его головы (эту идею и многие другие подобного рода). Но в таких случаях приходится сдаваться. Quod feci.
В 2002-2003 году этот концепт сверхскоростных торпед породил довольно вкусные замечания. Свидетельство — комментарий французского адмирала, отвечая другу, присутствовавшему на ежегодной выставке "Euronaval":
- Вы знаете, в вопросах торпед, скорость — не все...
Кажется, этот адмирал продвигает проект. Современные торпеды приводятся в действие ракетными двигателями. Они легко превышают 400 км/ч под водой, имеют проводное управление, направляемые проводами, которые разматываются с катушек, транспортируемых торпедой (а не установленных на подводной лодке). Чтобы избежать того, чтобы газы, выбрасываемые соплом, повредили провода, они разматываются с помощью рычагов, которые раскладываются после выброса торпеды из узкого трубы с помощью струи сжатого воздуха (ракеты-носители также выбрасываются таким же образом, а затем зажигаются вне подводной лодки).
**Русская торпеда Шквал, вид сзади. На бортах ее боковые направляющие, развернутые. **
Трубы, окружающие "кувшин" центрального сопла, могут быть инжекторами газа с более низкой температурой, позволяющими обернуть основной поток, представляя разную акустическую импеданс, что позволило бы отразить звуковые волны (турбулентность), излучаемые пороховым двигателем, который, по-видимому, очень шумный.
Во всяком случае, вы, возможно, зададитесь вопросом, как такая торпеда может быть управляемой. Это чрезвычайно просто. Фотографии передней части этой машины теперь везде.
**Русская торпеда Шквал, вид спереди, во время публичной демонстрации **
Деталь его горловины выброса горячего газа с отражателем, установленным на карданах, обеспечивающим управление
Газ выходит в осевом направлении, испаряет морскую воду, которая течет со скоростью 500 км/ч. Сопло окружено сферическим шарниром, вокруг которого вращается круглый диск, расширяющий пар вокруг торпеды. Наклоняя его с помощью двух гидравлических цилиндров, один из которых виден, мы изменяем слой пара, омывающего стенки торпеды, а значит, вклад, в каждом месте, локальной величины сопротивления трения. Эта торпеда, проводная, но без автономного управления, оказывается очень маневренной.
31 июля 2010.
Я встретил коллегу-исследователя, который руководит лабораторией термодинамики в Марселе. Это тот, кто принял контракт с ITER, чтобы изучить тепловые удары на металлических стенках.
- Да, я знаю, что ITER — это глупость. Но, ты понимаешь, если бы я не согласился, я бы мог попрощаться с моей должностью в университете.
Рассказывая об этом, я знаю, что это ему не понравится. Но меня шокирует, что исследователь так мало этики и просто честности. Тем не менее, в наши дни, какой преподаватель-исследователь еще знает, что означает слово этика, кроме таких типов, как Велот, которые борются с ГМО в INRA, и в результате лишены всех средств и кредитов.
Примерно пятнадцать лет назад Жан-Клод Шарпентье был директором отдела физических наук для инженеров в CNRS. Письмо CNRS выпустило специальный номер, посвященный отношениям между исследователями и армией, под названием "Исследователи, нам нужно поговорить". В этих страницах Шарпентье говорил, что у него не было достаточно контрактов с армией, чтобы удовлетворить запросы исследователей ....
Я не буду настаивать на неисправимых недостатках ITER, я уже говорил об этом N раз. Тем не менее, сейчас активно продвигают эту "танцовщицу" за 15 миллиардов евро в период сокращения бюджета. Невероятно...
В этот день участок был освобожден в Кадараше. Когда вы летите на планере, вы видите эту большую рану. Но на данный момент работы приостановлены, пока этот еще более фараоновский бюджет не будет утвержден. Когда я думаю о нашем "лаборатории МГД, которая помещается на тележке и уже начинает давать публикуемые результаты, это кажется фантастическим...
Наша установка для экспериментов МГД с низкой плотностью, работающая с июля 2010 года
Стоимость: 2000 евро
В том же лаборатории термодинамики исследователи имеют контракт с военно-морским флотом, чтобы изучать торпеды с кавитацией. По словам их руководителя, эта кавитация "просто получается за счет скорости". Иными словами, на передней части торпеды (приводимой ракетой: французы наконец-то отказываются от винта, с 40-летним опозданием) устанавливается конус, за которым происходит кавитация, заставляя остальную часть торпеды двигаться в среде водяного пара, что уменьшает сопротивление трения на бортах.
-
Но, сопротивление от конуса?
-
А, я не знаю...
Эти парни ничего не знают о технологии вроде русской торпеды Шквал или американской суперкав. Можно об этом говорить, потому что это секрет полихинелли. Даже иранцы имеют Шквалы, купленные у китайцев, которые производят их по лицензии. Продукт изначально русский, старый на 30 или 40 лет.
В российской системе генератор горячего газа выбрасывает его вперед. Тогда он превращает морскую воду в пар. Система, которую французы, кажется, еще не поняли.
Как управляется Шквал? Сначала по проводу. После выхода из трубы торпеды, поддерживающие провода выходят из их гнезд. На фотографиях виден система наведения, сочетающая простоту и эффективность. Но я подробно опишу это с некоторыми рисунками.
Я рассказывал об этом, чтобы хорошо напомнить вам, что при перемещении объекта в воде возникает значительная сила трения. Сначала думают о сопротивлении, но забывают о трении. Посмотрите на следующую таблицу:
Говорилось, что если винт обеспечивает силу, передаваемую по своей оси, силу тяги, это сопровождается ускорением воды при прохождении. Это соответствует рисунку вверху и слева. Сохраняется произведение ro V S, где ro — плотность, V — скорость, S — площадь поперечного сечения, что в гидродинамике называется "потоком (жидкостью)". Плотность воды, один килограмм на литр или тысяча килограмм на кубический метр (в единицах СИ), постоянна, так как вода является несжимаемой жидкостью. Таким образом, произведение V S постоянно. Перед винтом тот же расход Q воды обеспечивается в более узком потоке.
Развитие винтов.
Выше я говорил о обтекаемых винтах, цель которых — увеличить эффективность. Действительно, лопасть винта — это крыло с очень ограниченным размахом, с низким удлинением. На нижней стороне крыла самолета (интрадо) создается избыточное давление, тогда как на верхней стороне (экстрадо) устанавливается разрежение. На конце крыла воздух стремится перейти с интрадо на экстрадо. Это приводит к возникновению двух вихрей на конце каждого крыла. Эти вихри — потери энергии, эти вихри не служат для поддержания самолетов, но для нагрева маленьких птиц.
Чем меньше удлинение, тем больше часть энергии, рассеянной в этих вихрях. Это причина, по которой планеры имеют огромное удлинение. Альбатрос летит лучше, чем голубь.
Обтекаемый винт — это способ предотвратить образование вихрей, что означает, что концы лопастей, отрезанные резко, движутся очень близко к обтекателю. Но сразу возникает замечание: этот обтекатель должен быть адаптирован к режиму работы винта. Произведение скорости воды V на площадь S должно быть одинаковым на входе и выходе. То есть, форма обтекателя должна быть связана с изменением скорости (V2 - V1), соответствующим режиму винта, который зависит от числа оборотов в минуту.
В подводных лодках, запускающих аппараты или атакующих подводных лодках, стремятся максимально снизить шум. Вихри винтов — это источники шума. Принятие обтекателя — это решение для снижения этого шума, и оно было принято на многих единицах, во всех странах.
**Модель подводной лодки с обтекаемым пропеллером **
**Подводная лодка с обтекателем **
**Подводная лодка Sea Wolf **
Та же, вид спереди
Один из монстров Тайфун, вид сзади
Эти обтекатели работают только при определенной скорости, их "скорость адаптации". За пределами они становятся шумными (низкая скорость или низкие скорости). Сложно дать им переменную геометрию. Решение — противодействовать образованию вихрей с помощью МГД, оснастив лопасти боковыми ускорителями.
В последние годы новые подводные лодки оснащены "саблевидными" винтами. Недавно (2010) интернет-пользователь смог запечатлеть изображение американской атомной подводной лодки с обтекателем в своей базе в Китсап-Бэнгор, штат Вашингтон. Вот две фотографии, вторая из которых соответствует увеличению.
**Обратите внимание, что американский интернет-пользователь запечатлел эти изображения, используя программу поиска маршрутов для автомобильных поездок .... **
Саблевидный винт американской подводной лодки
Этот винт имеет много гидродинамических преимуществ, о которых я расскажу в другой раз, что показывает, что даже в таком изученном, как винты, области, можно добиться существенных достижений.