Гідрозброя, підводні човни тощо...
18 лютого 2009 року — 25 березня 2010 року — 31 липня 2010 року
Через гвинт проходить масовий потік Q, у кілограмах на секунду. Якщо гвинт забезпечує тягу, то це означає, що він
прискорює
рідину під час проходження. Тяга, передана на вал, тоді становить
Q ( V 2 - V 1 )
величина у дужках представляє приріст швидкості.
Таким чином, гвинт перемішує газ або рідину. Проте існує важлива різниця між цими двома середовищами. Рідини набагато більш
в'язкі
за гази. Слово
в'язкість
недостатньо зрозуміле для звичайного громадянина. Для нього в'язке — це "клейке". Для механіка рідини в'язка рідина — це така, що при русі зі швидкістю V і густиною ρ
викликає більшу силу тертя
. Саме висока в'язкість води обмежує швидкість традиційних торпед до 100–120 км/год. Понад це рівень, потужність, необхідна для їх подальшого прискорення, стає неприйнятною.
Маленька відступ: як працюють "гіпершвидкі" торпеди?
Спробують зробити так, щоб торпеда рухалася не у воді, а у парі води, яка створюється на носі виробу шляхом інжекції газу, утвореного ракетою. Це випадок російських торпед Shqwal, прийнятих китайцями, які передали цю технологію іранцям. Я згадав про це у своїй книзі "НЛО та секретні зброї США" ще в 2003 році (Albin Michel). Американський аналог — торпеда "Supercav". Cav — від
кавітації
. Кавітація — це те, що відбувається природно, коли гвинт створює достатній вакуум, щоб вода перетворилася на пару (коли локальний тиск падає нижче "тиску насиченої пари"). Саме це спонукало журналіста Larousserie написати і повторити мені під час зустрічі: "достатньо, щоб торпеда проникла у воду з достатньою швидкістю, щоб кавітація виникла й утримувалася". Він навів у приклад бали, випущені у воду.
Мамма мія. Наукові журналісти більше не ті, що були...
Я безуспішно намагався витягти цю думку з його голови (таку думку і багато інших подібних). Але у таких випадках залишається тільки відмовитися. Quod feci.
У 2002–2003 роках цей концепт гіпершвидких торпед породив досить смачні коментарі. Наприклад, французький адмірал, відповідаючи своєму другові під час щорічної виставки "Euronaval":
— Знаєте, у справі торпед швидкість — це не все...
Здається, цей адмірал пропонує повернутися до вітрильного військового флоту, де дерево та тканини забезпечують чудову невидимість перед радарними хвилями.
Сучасні торпеди приводяться у дію ракетними двигунами на порошку. Вони легко досягають 400 км/год під водою, мають провідне керування, керуються за допомогою дротів, які розмотуються з бобін, що перебувають на торпеді (а не встановлені на підводному човні). Щоб запобігти пошкодженню дротів газами, що виходять з сопла, дроти розмотуються за допомогою рукавів, які розкриваються після випуску торпеди з тісного каналу за допомогою стисненого повітря (ракети міжконтинентального діапазону також випускаються таким же чином, а потім запалюються поза підводним човном).
Російська торпеда Shqwal, ззаду. На боках її бічні дроти для керування, розгорнуті.
Трубки, що оточують "кокетку" центрального сопла, можливо, є інжекторами газу з нижчою температурою, що дозволяє обмежити основний потік, маючи іншу акустичну опірність, що дозволяє відбити звукові хвилі (турбулентність), які випромінюються пороховим двигуном, який, за припущенням, дуже гучний.
Тим не менш, ви, можливо, запитаєте, як ця торпеда керується. Це дуже просто. Фотографії передньої частини цього пристрою тепер поширені всюди.
Російська торпеда Shqwal, зпереду, під час презентації громадськості
Деталь вихідного отвору гарячого газу з відводом, встановленим на шарнірах, що забезпечує керування
Гарячий газ виходить вздовж осі, випаровує морську воду, яка витікає зі швидкістю 500 км/год. Сопло оточене сферичною шарнірною опорою, навколо якої обертається кругла платформа, що розсіює пару навколо торпеди. Нахилом за допомогою двох гідроциліндрів, один з яких видно, змінюється шар пари, що обтікає стінки торпеди, отже, змінюється внесок місцевого тертя в кожному місці. Таким чином, ця провідно-керована, але не самонавігаційна торпеда дуже маневренна.
31 липня 2010 року.
Я зустрів колегу-дослідника, який керує лабораторією теплотехніки в Марселі. Це саме він прийняв контракт із ITER для дослідження теплових ударів на металевих стінках.
— Так, я знаю, що ITER — це біда. Але розумієш, якщо я не прийму, можу попрощатися з посадою в університеті.
Розповідаючи про це, я знаю, що йому не сподобається. Але мене дивує, що дослідник має так мало етичних засад і просто чесності. Проте сьогодні вже навіть викладач-дослідник, хто знає, що означає слово "етика", крім таких типів, як Vélot, який бореться проти ГМО в INRA, а потім втрачає всі засоби та кошти.
Близько 15 років тому Жан-Клод Шарпен'єр був керівником відділу фізичних наук для інженерів у CNRS. Листи CNRS вийшли спеціальним номером, присвяченим взаєминам між дослідниками та армією, під назвою "Дослідники, нам треба поговорити". У цих статтях Шарпен'єр говорив, що у нього не було достатньо контрактів з армією, щоб задовольнити потреби дослідників...
Я не буду наголошувати на безповоротних недоліках ITER, я про це вже багато разів говорив. Проте все ж таки намагаються примусити прийняти цю "танцюричку" за 15 мільярдів євро у період строгих обмежень. Невже можливо?
У той день територію було очищено в Кадараш. Коли літаєш на планері, видно цю велику порізану ділянку. Але роботи зараз припинені, доки не буде схвалений ще більш фараонський бюджет. Коли я думаю про наш "лабораторний стенд MHD", який вміщується на тележці і вже дає публікувальні результати, це здається надзвичайним...
Наш дослідний стенд для експериментів MHD низької щільності, працює з липня 2010 року
Вартість: 2000 євро
У тій самій лабораторії теплотехніки дослідники мають контракт із Морським військом для дослідження кавітаційних торпед. За словами їхнього керівника, ця кавітація "просто отримується швидкістю". Іншими словами, на носі торпеди (яка приводиться у дію ракетним двигуном: французи вирішили відмовитися від гвинта з 40-річним запізненням) розміщується конус, за яким виникає кавітація, тому решта торпеди рухається в середовищі водяної пари, що зменшує опір тертя на боках.
— Але опір конуса?
— О, це я не знаю...
Ці люди нічого не знають про технологію російських Shqwal або американських supercav. Про це можна говорити, бо це вже не секрет. Навіть іранці мають Shqwal, куплені у китайців, які виробляють їх за ліцензією. Продукт походить з Росії, його вже 30–40 років.
У російській системі генератор гарячого газу випускає його вперед. Тоді морська вода перетворюється на пару. Система, яку французи, здається, ще не зрозуміли.
Як керують Shqwal? Спочатку за допомогою провідного керування. Після випуску торпеди з труби дроти виходять із своїх гнізд. На фотографіях видно систему керування, що поєднує простоту та ефективність. Але я детально розповім це з кількома малюнками.
Я розповів це, щоб нагадати вам, що коли об'єкт рухається у воді, виникає велика сила тертя. Спочатку ми думаємо про опір, але забуваємо про інший ефект — підтримання. Подивіться на наступну ілюстрацію:
Було сказано, що якщо гвинт забезпечує силу, передану вздовж осі, тягу, це пов'язано з прискоренням води під час проходження. Це відповідає малюнку у верхньому лівому куті. Зберігається добуток ρ V S, де ρ — густина, V — швидкість, S — поперечний переріз того, що в механіці рідин називають "потоком" (потоком рідини). Густина води, один кілограм на літр або тисяча кілограмів на метр кубічний (в одиницях МКСА), є сталою, оскільки вода — нестислива рідина. Отже, добуток V S є сталим. Перед гвинтом той самий об'ємний потік Q води проходить через тонший потік.
Розвиток гвинтів.
Вище я говорив про обгортані гвинти, мета яких — підвищити ККД. Дійсно, лопатка гвинта — це крило з дуже обмеженою розмахом і низьким відношенням довжини до ширини. Над крилом (внутрішній поверхні) виникає надлишковий тиск, а під крилом (зовнішній поверхні) — вакуум. На кінцях крила виникає тенденція переходу з внутрішньої сторони на зовнішню. Це призводить до появи двох кінцевих вихорів, по одному на кожному кінці крила. Ці вихори — це втрати енергії, вони не підтримують літаки, а лише нагрівають малих птахів.
Чим менший розмах, тим більша частина енергії витрачається на розсіювання в цих вихорах. Саме тому планери мають дуже великий розмах. Альбатрос літає краще, ніж голуб.
Обгортання гвинта — це спосіб запобігти утворенню вихорів, що передбачає, що кінці лопатей, зрізані під прямим кутом, рухаються дуже близько до обгортання. Але тут виникає одразу ж зауваження: це обгортання має бути адаптоване до режиму роботи гвинта. Добуток швидкості води V на площу S повинен бути однаковим на вході та виході. Іншими словами, форма обгортання має відповідати зміні швидкості (V2 - V1), що відповідає режиму роботи гвинта, який залежить від кількості обертів за хвилину.
У підводних човнах-носіях або атакуючих підводних човнах намагаються максимально знизити шум. Вихори гвинтів є джерелами шуму. Використання обгортання — це рішення для зменшення шуму, і воно було прийняте на багатьох одиницях у всіх країнах.
Модель підводного човна з обгортаним пропелером
Підводний човен з обгортанням
Підводний човен Sea Wolf
Той самий, з фронту
Один із монстрів типу Typhon, ззаду
Ці обгортання працюють лише на певній швидкості, своєму "режимі адаптації". Зовні цих режимів вони стають шумними (низька швидкість або низькі швидкості). Надати їм змінну геометрію було б занадто складно. Рішення — запобігти утворенню кінцевих вихорів за допомогою МГД, наділивши лопаті пристроїми для збільшення швидкості.
Останнім часом нові підводні човни оснащені гвинтами "сабельного типу". Нещодавно (2010 рік) інтернет-користувач зміг зняти цю фотографію американського атомного підводного човна з обгортанням у своїй базі в Кітсап-Бенгор, штат Вашингтон. Ось дві фотографії, друга — з більшим збільшенням.
Зверніть увагу, що американський інтернет-користувач зробив ці знімки, використовуючи програму для пошуку маршрутів для автомобільних подорожей...
Гвинт сабельного типу американського підводного човна
Цей гвинт має багато гідродинамічних якостей, про які я колись розповім вам, що показує, що навіть у такому відомому напрямку, як морські гвинти, можна досягти суттєвих прогресів.
Новинки
Посібник (Індекс)
Головна сторінка
