Суперкавитация
Суперкавитация — это использование кавитационного пузыря для уменьшения сопротивления трения кожи о погруженный объект и обеспечения высоких скоростей . Приложения включают торпеды и гребные винты , но теоретически эту технику можно распространить на целое подводное судно.
Физический принцип
[ редактировать ]Кавитация — это образование пузырьков пара в жидкости, вызванное обтеканием объекта. Пузырьки образуются, когда вода ускоряется вокруг острых углов и давление падает ниже давления пара . Давление увеличивается при замедлении, и вода обычно поглощает пар; однако пузырьки пара могут взрываться и создавать небольшие концентрированные импульсы, которые могут повредить такие поверхности, как гребные винты кораблей и рабочие колеса насосов.
Потенциал образования пузырьков пара в жидкости определяется безразмерным числом кавитации . Оно равно местному давлению минус давление пара, деленное на динамическое давление . При увеличении глубины (или давления в трубопроводе) вероятность кавитации снижается, поскольку разница между местным давлением и давлением пара увеличивается.
Суперкавитирующий объект — это высокоскоростной затопленный объект, предназначенный для инициирования кавитационного пузыря у его носовой части. Пузырь проходит (естественно или дополненный внутренне генерируемым газом) за задний конец объекта и предотвращает контакт между сторонами объекта и жидкостью. Такое разделение существенно снижает сопротивление поверхностного трения суперкавитирующего объекта.
Ключевой особенностью суперкавитирующего объекта является нос, который обычно имеет острый край по периметру, образующий кавитационный пузырь. [ 1 ] Нос может быть шарнирным и иметь форму плоского диска или конуса. Форма суперкавитирующего объекта обычно тонкая, поэтому кавитационный пузырь окружает объект. Если пузырек недостаточно длинный, чтобы охватить объект, особенно на более низких скоростях, пузырек можно увеличить и расширить, впрыскивая газ под высоким давлением возле носа объекта. [ 1 ]
Очень высокая скорость, необходимая для суперкавитации, может быть временно достигнута с помощью подводных снарядов и снарядов, попадающих в воду. Для устойчивой суперкавитации используется ракетная двигательная установка, а ракетный газ под высоким давлением может быть направлен в носовую часть, чтобы усилить кавитационный пузырь. В принципе, суперкавитирующими объектами можно маневрировать различными способами, в том числе следующими:
- Перетащите плавники, которые выступают через пузырь в окружающую жидкость. [ 2 ]
- Наклоненный нос предмета
- Газ впрыскивается асимметрично возле носа, чтобы исказить геометрию полости.
- Векторизация тяги ракеты посредством карданного подвеса для одного сопла
- Дифференциальная тяга от нескольких сопел [ 1 ]
Приложения
[ редактировать ]The Russian Navy developed the VA-111 Shkval supercavitation torpedo , [ 3 ] [ 4 ] которая использует ракетную тягу и превышает скорость обычных торпед как минимум в пять раз. НИИ-24 начал разработку в 1960 году под кодовым названием «Шквал». ВА-111 «Шквал» находится на вооружении (исключительно в ВМФ России) с 1977 года, серийное производство начато в 1978 году. Было разработано несколько моделей, наиболее успешная — М-5, завершенная к 1972 году. С 1972 по 1977 год было выпущено более Проведено 300 испытательных пусков (95% из них на озере Иссык-Куль ). [ нужна ссылка ]
В 2006 году немецкий производитель оружия Diehl BGT Defense анонсировал собственную суперкавитирующую торпеду «Барракуда», теперь официально названную Superkavitierender Unterwasserlaufkörper (англ. Supercavitating подводный снаряд ). По словам Диля, он достигает скорости более 400 километров в час (250 миль в час). [ 5 ]
В 1994 году ВМС США начали разработку системы быстрого воздушного разминирования (RAMICS), системы морского разминирования , изобретенной C Tech Defense Corporation. В основе системы лежит суперкавитирующий снаряд, устойчивый как в воздухе, так и в воде. Снаряды RAMICS производятся диаметром 12,7 миллиметров (0,50 дюйма), 20 миллиметров (0,79 дюйма) и 30 миллиметров (1,2 дюйма). [ 6 ] Конечная баллистическая конструкция снаряда позволяет уничтожать морские мины на глубине до 45 метров (148 футов) одним выстрелом. [ 7 ] В 2000 году на Абердинском полигоне снаряды RAMICS, выпущенные с зависшего боевого корабля «Морская кобра», успешно уничтожили ряд действующих подводных мин. По состоянию на март 2009 года компания Northrop Grumman завершила начальный этап испытаний RAMICS для внедрения в свой парк. [ 8 ]
Иран заявил, что 2–3 апреля 2006 года успешно провел испытания своей первой суперкавитационной торпеды « Хут» («Кит»). Некоторые источники предполагают, что она основана на российской суперкавитационной торпеде ВА-111 «Шквал» , которая движется с той же скоростью. [ 9 ] Министр иностранных дел России Сергей Лавров опроверг поставку Ирану технологии. [ 10 ]
В 2004 году DARPA объявило о программе «Подводный экспресс» — программе исследований и оценки, призванной продемонстрировать использование суперкавитации для высокоскоростных подводных аппаратов. Конечная цель ВМС США — новый класс подводных кораблей для прибрежных миссий, которые смогут перевозить небольшие группы военно-морского персонала или специализированные военные грузы на скорости до 100 узлов. DARPA заключило контракты с компаниями Northrop Grumman и General Dynamics Electric Boat . В конце 2006 года [ нужна ссылка ] В 2009 году DARPA объявило о ходе разработки нового класса подводных лодок:
Разработчик подводной лодки компания Electric Boat работает над моделью в четверть масштаба для ходовых испытаний у берегов Род-Айленда. Если испытания пройдут успешно, Electric Boat начнет производство полномасштабной 100-футовой подводной лодки. В настоящее время самая быстрая подводная лодка ВМФ в подводном положении может развивать скорость лишь от 25 до 30 узлов. Но если все пойдет по плану, «Подводный экспресс» будет двигаться со скоростью 100 узлов, что позволит доставлять людей и технику быстрее, чем когда-либо. [ 11 ]
Прототип корабля под названием « Призрак » использует суперкавитацию, чтобы двигаться по двум стойкам с заостренными краями. Он был разработан для скрытных операций Грегори Санкоффом из компании Juliet Marine Systems . Судно плавно идет по неспокойной воде и развивает скорость 29 узлов. [ 12 ]
Китайский флот [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] и ВМС США [ 16 ] Сообщается, что они работают над собственными суперкавитационными подводными лодками, используя техническую информацию, полученную о российской суперкавитационной торпеде ВА-111 «Шквал».
Суперкавитирующий пропеллер использует суперкавитацию для уменьшения трения водной оболочки и увеличения скорости пропеллера. Эта конструкция используется в военных целях, на высокопроизводительных гоночных лодках и моделях гоночных лодок. Он работает полностью погруженным в воду с клиновидными лопастями, которые создают кавитацию по всей передней поверхности, начиная с передней кромки. Поскольку полость сжимается далеко позади лопасти, суперкавитирующий гребной винт позволяет избежать растрескивания , вызванного кавитацией, что является проблемой обычных гребных винтов. [ нужна ссылка ]
Суперкавитирующие боеприпасы применяются в немецком ( Heckler&Koch P11 ) и российском подводном огнестрельном оружии . [ 17 ] и другое подобное оружие. [ 18 ]
Предполагаемые инциденты
[ редактировать ]Шквал . " Первоначально предполагалось, что причиной катастрофы подводной лодки "Курск" стала неисправная суперкавитационная торпеда " [ 19 ] хотя более поздние данные указывают на неисправную торпеду 65-76 .
См. также
[ редактировать ]- Суперкавитационная торпеда
- "Shkval" supercavitating torpedo
- Винтовка-амфибия АПС
- Подводный пистолет СПП-1.
- Суперкавитирующий пропеллер
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Эшли, Стивен (май 2001 г.). «Варп-двигатель под водой». Научный американец . 284 (5): 70–79. Бибкод : 2001SciAm.284e..70A . doi : 10.1038/scientificamerican0501-70 .
- ^ thesis_erc.pdf (PDF) (Диссертация). п. 22.
- ^ «Торпеды «Шквал» (Барракуды) и суперкавитация – лазейка в физике тревог экипажа подводной лодки» . www.articlesextra.com . 27 июля 2023 г.
- ^ «Ucg.com» . www.periscope.ucg.com . Архивировано из оригинала 15 декабря 2003 г. Проверено 23 марта 2010 г.
- ^ «Diehl BGT Defence: Unterwasserlaufkörper» . Архивировано из оригинала 25 августа 2009 г. Проверено 7 октября 2006 г.
- ^ «Бронебойный противоминный снаряд MK258 со стабилизированным плавником и отбрасыванием подкалиберно-трассирующего снаряда (APFSDS-T)» . www.globalsecurity.org .
- ^ «Проекты C Tech Defense: технологии лазерного наведения с воздуха и суперкавитирующих снарядов» . www.ctechdefense.com .
- ^ «Команда Northrop Grumman-Navy превосходит ожидания во время испытаний оружия разминирования» . Отдел новостей Northrop Grumman . Проверено 20 сентября 2019 г.
- ^ «Центр международной оценки и стратегии > Исследования > Альянс Китая с Ираном растет вопреки надеждам США» . Архивировано из оригинала 4 июля 2008 г. Проверено 6 августа 2008 г. [1] [2] Архивировано 28 февраля 2007 г. в Wayback Machine.
- ^ «Ирна» . Архивировано из оригинала 11 марта 2007 г. Проверено 28 февраля 2007 г.
- ^ «DARPA готовит сверхбыструю мини-субмарину» . Популярная наука . 29 июля 2009 г.
- ^ Кэролайн Винтер (21 августа 2014 г.). «Этот ударный катер-невидимка может оказаться слишком инновационным для Пентагона» . Блумберг БизнесУик. Архивировано из оригинала 22 августа 2014 года.
- ^ «Китайская сверхзвуковая подводная лодка, которая могла бы пройти путь от Шанхая до Сан-Франциско за 100 минут, становится все ближе к реальности — ExtremeTech» . www.extremetech.com .
- ^ «От Шанхая до Сан-Франциско за 100 минут на китайской сверхзвуковой подводной лодке» . Южно-Китайская Морнинг Пост . 24 августа 2014 г.
- ^ Крейн+, Дэвид. «Китайские военные разрабатывают суперкавитирующую сверхзвуковую подводную лодку для высокоскоростной морской войны» . DefenseReview.com (DR): Интернет-журнал о тактических технологиях и военной обороне, в котором особое внимание уделяется последним и лучшим новостям о тактическом огнестрельном оружии (новости о тактическом оружии), новостям о тактическом снаряжении и новостях о тактической стрельбе .
- ^ «ВМС США разрабатывают «сверхзвуковые подводные лодки», которые смогут пересекать океан со скоростью звука, используя пузырь» . www.defense-aerospace.com .
- ^ «Современное огнестрельное оружие – подводный автомат АПС» . Архивировано из оригинала 25 октября 2004 г. Проверено 7 ноября 2004 г.
- ^ «Суперкавитирующие подводные пули DSG уничтожают баллистические испытания» . Новый Атлас . 2019-12-02 . Проверено 26 января 2024 г.
- ^ Герц, Билл (23 августа 2001 г.). «Русская книга проливает свет на ракету». Вашингтон Таймс . п. А.4.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Управление военно-морских исследований (14 июня 2004 г.). Механика и преобразование энергии: высокоскоростное (суперкавитационное) подводное вооружение (ДиИ). Получено 12 апреля 2006 г. с домашней страницы Управления военно-морских исследований.
- Савченко Ю.Н. (б. д.). CAV 2001 — Четвертый ежегодный симпозиум по кавитации — Калифорнийский технологический институт, дата обращения 9 апреля 2006 г., архивировано в Wayback Machine.
- Харгроув, Дж. (2003). Суперкавитация и аэрокосмические технологии в создании высокоскоростных подводных аппаратов. На 42-м совещании и выставке AIAA по аэрокосмическим наукам . Техасский университет A&M.
- Киршнер и др. (2001, октябрь) Исследования и разработки в области суперкавитации. Подводные оборонные технологии
- Миллер, Д. (1995). Суперкавитация: война в пузыре. Обзор разведки Джейн . Получено 14 апреля 2006 г. из журнала Defense & Security Intelligence & Analysis | Джейн 360
- Грэм-Роу и Дункан. (2000). Быстрее, чем мчащаяся пуля. NewScientist , 167(2248), 26–30.
- Тулин, депутат (1963). Суперкавитирующие течения - теория малых возмущений. Лорел, Мэриленд, Hydronautics Inc.
- Ниам Дж.В. (декабрь 2014 г.), Численное моделирование суперкавитации