Propulsie submarină prin supercavitație pentru știință
Torpile se mișcă sub apă cu câteva sute de kilometri pe oră într-un flux de bule de gaz, ceea ce reduce semnificativ fricțiunea lichidului pe metal.
August 2000, Marea Barents, Norvegia: submarinul rus Kursk K-141 s-a scufundat după ce două explozii au distrus corpul navei; se zvoneste ca accidentul s-a datorat testelor efectuate pe un nou tip de torpila ultrarapida. Cu câteva luni înainte, un om de afaceri american, Edmond Pope, fusese arestat și acuzat de spionaj; ar fi încercat să dobândească planurile pentru noi arme subacvatice. Detaliile atât ale accidentului, cât și ale spionajului sunt necunoscute, dar se crede că ambele sunt legate de dezvoltarea unei tehnici de pionierat care ar permite evadarea armelor și submarinelor. Mutați-vă în imersiune cu câteva sute de kilometri pe oră sau chiar mergeți mai repede decât sunetul în apă. Astăzi, viteza maximă nu depășește 130 de kilometri pe oră.
Puterile navale majore par să dezvolte toate aceste tipuri de arme și submarine ultrarapide, pe baza fenomenului de supercavitație, care are loc atunci când un obiect este scufundat într-un flux rapid de lichid. Se formează bule de gaz în jur, ceea ce reduce fricțiunea, deoarece lichidul ude cu greu obiectul. Sistemele de supercavitație sunt un salt înainte în lupta navală, comparabile cu ceea ce s-a întâmplat în aer când avioanele au înlocuit avioanele cu elice.
În timp ce fondurile alocate cercetării supercavitației sunt oficial mici, lista potențialelor arme și nave de război bazate pe supercavitație este lungă. Include gloanțe subacvatice destinate să detoneze mine, bărci, chiar și avioane sau elicoptere cu zbor redus; torpile anti-nave și anti-torpile; arme de mari dimensiuni care au ca scop încheierea unei lupte între două submarine; mici nave de suprafață ultrarapide și, în cele din urmă, rachete submarine nucleare destinate neutralizării unei flotile aeriene navale întregi.
Utilizarea supercavitației ar putea schimba semnificativ strategia militară. Unii experți din US Navy îl văd ca pe sfârșitul luptei clasice cu submarine, unde două nave jucau pisica și șoarecele: viitoarele ciocniri ar fi mai mult ca o luptă aeriană, cu unități mici, rapide și zgomotoase lansate ca avioanele de luptă de pe portavioane de gigantul „submarin” transportatori ". Astfel de arme ar fi eficiente împotriva sistemului de apărare antirachetă al programului american „Star Wars”. O torpilă sau o rachetă de supercavitație cu rază lungă de acțiune, cu mai multe etape, echipată cu focoase nucleare, ar fi trasă sub apă, ar efectua un curs subacvatic lung și apoi ar ieși din apele de coastă aproape de țintă, fără sisteme de apărare. Aerul sau spațiul au timp să reacționeze.
Știm că o armă de supercavitație - cel puțin - există de mulți ani. În 1977, după mai bine de un deceniu de cercetare și dezvoltare, Marina sovietică a adăugat la arsenalul său o torpilă cu rachetă, numită Squale, care călătorește prin apă cu mai mult de 360 de kilometri pe oră în interiorul unei cavități de gaz produse de racheta în sine. Deși această rachetă submarină alimentată cu energie nucleară este rudimentară și de eficacitate limitată, descoperirea existenței sale la începutul anilor 1990 a forțat puterile militare occidentale să se intereseze de supercavitație.
Autoritățile civile sunt, de asemenea, interesate de aceasta și știu că vom derula proiecte de vehicule de supercavitație numai rezolvând toate dificultățile tehnice și ecologice. și financiar, ca să nu mai vorbim de problemele pe care aceasta le-ar pune navigației. Astăzi, tehnica este încă în fază incipientă, în stadiul în care se afla aviația, acum o sută de ani, după primele zboruri pe un avion cu două elice al fraților Wright, până în apropierea că știm mai bine fizica supercavitației decât noi apoi a cunoscut aerodinamica.
O călătorie într-un balon
Propulsarea unui obiect prin apă - așa cum a văzut orice înotător - necesită un efort considerabil. Fricțiunea este de 1000 de ori mai mare decât în aer și forța de frecare crește odată cu viteza. Pentru ca bărcile să taie în mod eficient lamele, arhitecții și inginerii marini echipează navele cu corpuri hidrodinamice și motoare puternice. Supercavitația este un mijloc de reducere a frecării apei prin învelirea obiectului scufundat într-o bulă de gaz cu densitate redusă.
Când un fluid se mișcă rapid în jurul unui obiect, presiunea acestuia scade în anumite locuri, în special pe colțurile și marginile obiectului. Pe măsură ce viteza crește, presiunea fluxului atinge presiunea vaporilor saturați a apei și fluidul suferă o schimbare de fază: apa se transformă în vapori de apă. Cu alte cuvinte, atunci când presiunea este prea mică pentru a le asigura coeziunea, moleculele de apă lichidă se dispersează pentru a trece în starea gazului. Este fenomenul cavitației. Pentru nave, cavitația este o molimă. Creează vârtejuri în jurul navei care perturbă fluxul de apă și funcționarea pompelor, a turbinelor, a elicelor și a hidrofoilelor (bărci plutitoare submersite care se ridică cu viteza). Cavitația generează, de asemenea, atunci când bulele de gaz dispar (într-un lichid, bulele de gaz nu izbucnesc ca bulele de săpun în aer, ci se prăbușesc pe ele însele), unde de șoc violente care distorsionează și erodează carenele.
Supercavitația este o cavitație extremă, unde o singură bulă înconjoară întregul obiect în mișcare. La viteze de peste 180 de kilometri pe oră, cavitatorii cu vârf rotunjit și sistemele de injecție a gazului plasate în fața obiectului produc astfel de buzunare de gaz de densitate mică, supercavitățile. Când obiectul este alungit și are o axă de simetrie, supercavitatea are o formă elipsoidă în față și este mai conică spre spate; lungimea sa depinde de viteză. Cavitatea elipsoidală se închide sub efectul presiunii ambiante într-o zonă caracterizată printr-un flux complex și instabil. Este dificil de modelat fluxul în această regiune turbulentă și chiar în întreaga cavitate, deoarece presiunea nu este constantă acolo. Oricum, atâta timp cât apa atinge doar cavitatorul, mașinile de supercavitație se învârt în interiorul unei bule de gaz cu frecare minimă din lichid.
Marina Statelor Unite s-a interesat pentru prima oară de supercavitație la începutul anilor 1950 pentru dezvoltarea elicelor de mare viteză și a hidroalergelor, apoi a apelat la alte tehnici mai silențioase, preferând navele stealth decât navele super-rapide. Astăzi, nu ar avea nicio armă de supercavitație și încearcă să ajungă din urmă cu avansul făcut de marina rusă în ceea ce privește proiectilele și torpilele.