Подводно задвижване чрез суперкавитация за наука
Торпедата се движат под водата с няколкостотин километра в час в поток от газови мехурчета, което значително намалява триенето на течността върху метала.
Август 2000 г., Баренцово море, Норвегия: руската подводница Kursk K-141 потъва, след като две експлозии изтрошиха корпуса на кораба; се говори, че инцидентът се дължи на тестове, проведени на нов тип свръхбърза торпеда. Няколко месеца по-рано американски бизнесмен Едмънд Поуп беше арестуван и обвинен в шпионаж; той щеше да се опита да придобие плановете за нови подводни оръжия. Подробности както за инцидента, така и за шпионската афера са неизвестни, но се смята, че и двете са свързани с разработването на новаторска техника, която би позволила оръжията и подводниците да се движат в потапяне с няколкостотин километра в час или дори да се движат по-бързо от звук във вода. Днес максималната скорост не надвишава 130 километра в час.
Всички основни военноморски сили изглежда разработват тези видове свръхбързи оръжия и подводници, базирани на явлението суперкавитация, което се случва, когато даден обект е потопен в бърз течен поток. Наоколо се образуват газови мехурчета, което намалява триенето, тъй като течността почти не навлажнява предмета. Системите за суперкавитация са скок напред във военноморския бой, сравним с това, което се е случило във въздуха, когато реактивни самолети са заменили витлови самолети.
Въпреки че средствата, отпуснати за изследвания на суперкавитация, са официално малки, списъкът с потенциални базирани на суперкавитация оръжия и военни кораби е дълъг. Включва подводни куршуми, предназначени за детониране на мини, лодки, дори нисколетящи самолети или хеликоптери; противокорабни и противоторпедни торпеда; мащабни оръжия, чиято цел е да сложат край на битка между две подводници; малки свръхбързи повърхностни кораби и накрая ядрени подводни ракети, предназначени да неутрализират цяла военноморска въздушна флотилия.
Използването на суперкавитация може значително да промени военната стратегия. Някои експерти от американския флот го виждат като края на класическия подводен бой, където два кораба играят котка и мишка: бъдещите сблъсъци биха били по-скоро въздушен бой, с малки, бързи и шумни части, изстреляни като бойни самолети на самолетоносачи от гигантска "подводница" превозвачи ". Такива оръжия биха били ефективни срещу системата за противоракетна отбрана на американската програма "звездни войни". Многоетапна торпеда или ракета за суперкавитация с далечен обхват, снабдена с ядрени бойни глави, ще бъде изстреляна под вода, ще извърши дълъг подводен курс и след това ще излезе от крайбрежните води близо до целта си без отбранителни системи.
Знаем, че оръжието за суперкавитация - поне - съществува от много години. През 1977 г., след повече от десетилетие изследвания и разработки, съветският флот добави към арсенала си торпедо с ракетен двигател, наречено Squale, което се движи през водата с повече от 360 километра в час във вътрешността на газова кухина, произведена от самата ракета. Въпреки че тази ядрена подводна ракета е елементарна и с ограничена ефективност, откриването на нейното съществуване в началото на 90-те години принуждава западните военни сили да се интересуват от суперкавитация.
Гражданските власти също се интересуват от него и знаят, че човек ще изпълнява проекти на суперкавитационни превозни средства само чрез решаване на всички технически и екологични трудности. и финансови, да не говорим за проблемите, които това би създало за навигацията. Днес техниката е все още в зародиш, на етапа, в който е била авиацията, преди сто години, след първите полети на двувитов самолет на братя Райт, до това, че ние познаваме физиката на суперкавитацията по-добре от нас тогава знаеше аеродинамиката.
Пътуване в балон
Задвижването на обект през вода - както всеки плувец е виждал - изисква значителни усилия. Триенето там е 1000 пъти по-голямо, отколкото във въздуха и силата на триене нараства със скоростта. За да могат лодките ефективно да нарязват остриетата, архитектите и морските инженери оборудват плавателните съдове с хидродинамични корпуси и мощни двигатели. Суперкавитацията е средство за намаляване на триенето на водата чрез обвиване на потопения обект в балон с газ с ниска плътност.
Когато течността се движи бързо около обект, налягането му намалява на определени места, особено по ъглите и ръбовете на обекта. С увеличаване на скоростта налягането на потока достига налягането на наситените пари на водата и течността претърпява фазова промяна: водата се превръща във водна пара. С други думи, когато налягането е твърде ниско, за да осигури тяхната кохезия, молекулите на течната вода се разпръскват, за да преминат в състояние на газ. Това е феноменът на кавитация. За корабите кавитацията е чума. Той създава вихри около кораба, които нарушават потока на водата и работата на помпите, турбините, витлата и подводните крила (потопени плаващи лодки, които се издигат със скорост). Кавитацията също генерира, когато газовите мехурчета изчезнат (в течност газовите мехурчета не се спукват като сапунени мехурчета във въздуха, а се срутват върху себе си), силни ударни вълни, които изкривяват и разяждат корпуса.
Суперкавитацията е екстремна кавитация, при която един балон обгражда целия движещ се обект. При скорости над 180 километра в час кавитаторите със заоблени върхове и системите за впръскване на газ, поставени пред обекта, произвеждат такива джобове с газ с ниска плътност, суперкухините. Когато обектът е удължен и има ос на симетрия, суперкухината има елипсоидна форма отпред и е по-заострена към задната част; дължината му зависи от скоростта. Елипсоидалната кухина се затваря под въздействието на околното налягане в зона, характеризираща се със сложен и нестабилен поток. Трудно е да се моделира потокът в тази турбулентна област и дори в цялата кухина, тъй като там налягането не е постоянно. Както и да е, докато водата докосва само кавитатора, суперкавитационните машини се въртят вътре в газов балон с минимално триене от течността.
Военноморските сили на САЩ за първи път се интересуват от суперкавитация в началото на 50-те години за разработване на високоскоростни витла и подводни крила, след това се насочват към други, по-тихи техники, като предпочитат стелт кораби пред супер бързи кораби. Днес тя няма да има оръжие за суперкавитация и се опитва да навакса напредъка на руския флот по отношение на снаряди и торпеда.