Эффект суперкавитации: Суперкавитация — Википедия – Эффект суперкавитации позволяет достичь под водой скорости звука – 5 Июля 2016 – Земля

0

Эффект суперкавитации позволяет достичь под водой скорости звука - 5 Июля 2016 – Земля

Любой пловец знает, как трудно двигаться в воде из-за большого сопротивления водной среды — а для подводных лодок это давно является насущной проблемой. Однако, занимающиеся исследованиями в интересах ВМС США учёные говорят, что они нашли простое решение – в виде воздушного пузыря.

Исследователи из Лаборатории прикладных исследований Пенна разрабатывают новую систему, используя технологию суперкавитации.

Идея основана на советских разработках времён холодной войны.

При суперкавитации погружённый под воду объект окутывается пузырём воздуха, что позволяет избежать проблем, вызванных сопротивлением водной толщи.

Советская суперкавитационная торпеда «Шквал» развивала скорость 370 км/ч и более – что делало её намного быстрее любых других торпед.

Теоретически эффект суперкавитации позволяет достичь под водой скорости звука или примерно 5 тысяч 800 км/ч.

Это позволит осуществлять трансатлантический подводный переход менее чем за час, а для транстихоокеанского путешествия это время составит около 100 минут.

Однако, при этом возникает сильная тряска – но эту проблему исследователям удалось решить.

«В основном суперкавитация используется, чтобы значительно уменьшить лобовое сопротивление и увеличить скорость тела в воде, — сказал учёный Грант Скидмор, занимающийся конструированием авиационно-космической техники. — Тем не менее, иногда эти тела можно замыкать в пузырь в пульсирующем режиме».

Для того, чтобы создать пузырь вокруг корпуса, воздух подаётся спереди к задней части, покрывая весь объект.

Иногда пузырь схлопывается, подвергая часть корпуса воздействию водной среды.

Периодическое расширение и сжатие пузыря, известное как пульсация, приводит к нестабильному эффекту.

«Сокращение и расширение пузыря имеют негативные последствия, — сказал специалист по акустике Тимоти Брунгарт. — Мы сначала просчитали решение этой проблемы на бумаге, а затем провели эксперименты».

Идеальный эффект суперкавитации достигается тогда, когда газовый пузырь формируется, охватывая весь корпус объекта, и срывается позади, рассеиваясь без каких-либо пульсаций.

Исследователи решили использовать водный тоннель диаметром 30 сантиметров, чтобы проверить свои аналитические расчёты.



Они обнаружили, что, как только возникала пульсирующая суперкавитация, они могли в некоторых случаях с помощью регулирования подачи потока воздуха, прекращать пульсацию.

Технология суперкавитации в конечном итоге может позволить создать высокоскоростной подводный транспорт, считают учёные.

В Китае также занимаются разработкой «сверхзвуковой» подводной лодки, которая будет способна совершить переход из Шанхая в Сан-Франциско менее чем за два часа.

В китайской разработке предусмотрено постоянное «орошение» специальной жидкостной мембраны на поверхности корпуса.

Однако, профессор гидромашиностроения Ли Фенчен признал, что на пути к сверхзвуковым подводным путешествиям существует ещё очень много проблем.

Для этого необходимо разработать мощный подводный ракетный двигатель.

Хлыст Посейдона: Суперторпеда | Журнал Популярная Механика

Технотриллеры Тома Клэнси и голливудские фильмы навязывают читателям и зрителям мнение, что тактика подводной войны напоминает неторопливую шахматную партию. Однако эти представления давно устарели

Схема ракеты-торпеды «Шквал» в разрезе

Тактико-технические характеристики ракеты-торпеды «ШКВАЛ»

Секретное оружие

Дело в том, что российский подводный флот уже с конца 1970-х годов располагает оружием, по сравнению с которым обычные торпеды и обычная тактика настолько же архаичны, как лук и стрелы по сравнению с автоматами и пулеметами.

Первые упоминания об этом российском оружии в прессе были связаны со шпионским скандалом вокруг Эдмунда Поупа: он якобы пытался приобрести чертежи секретной суперторпеды. До того момента широкой публике не было известно о ней практически ничего (впрочем, и сейчас информации совсем немного) — даже ее название («Шквал») мало что говорило непосвященным.

Между тем, «Шквал» — оружие не новое. Разработки скоростной торпеды начались в 1963 году, а через год состоялись первые пуски прототипов на озере Иссык-Куль. Потребовалось еще 13 лет, чтобы доработать конструкцию, и в 1977 году на вооружение ВМФ СССР поступила скоростная ракета-торпеда «Шквал» (ВА-111). Однако, несмотря на столь почтенный возраст, до сих пор оружие не имеет аналогов, а многие детали остаются секретными.

Подводные «болиды»

Уникальность суперторпеды — в скорости. Однако разница между «Шквалом» и обычными торпедами огромна — такая же, как между болидом «Формулы-1» и Ford T: их максимальная скорость отличается во много раз. Скорость обычных торпед составляет 60−70 узлов, в то время как «Шквал» может развивать под водой скорость 200 узлов (370 км/ч, или 100 м/с) — абсолютный рекорд для подводного объекта.

В России создали оружие против стай дронов

В воде развить такую скорость непросто: мешает сопротивление среды — под водой оно примерно в 1000 раз больше, чем в воздухе. Для разгона и поддержания столь большой скорости торпеде требуется огромная тяга, ее нельзя получить от обычных двигателей и реализовать с помощью гребных винтов. Поэтому в качестве движителей «Шквал» использует ракетные ускорители. Стартовый ускоритель — твердотопливный, с тягой в несколько десятков тонн, он разгоняет торпеду до крейсерской скорости за 4 секунды и затем отстреливается. Далее начинает работать маршевый двигатель. Он тоже реактивный, на гидрореагирующем топливе, содержащем алюминий, магний, литий, а в качестве окислителя использует забортную воду.

Однако даже реактивным двигателям не под силу постоянно преодолевать сопротивление водной среды на такой огромной скорости. Изюминка «Шквала» — в эффекте суперкавитации. На самом деле, «Шквал» — скорее ракета, чем торпеда (иногда его так и называют — «ракета-торпеда»), и она не плывет, а летит в газовом пузыре (каверне), который сама и создает.

Как работает суперкавитация

В носовой части ракеты-торпеды «Шквал» расположена специальная деталь — кавитатор. Это эллиптической формы плоская толстая пластина с заточенными краями. Кавитатор немного наклонен к оси торпеды (во фронтальном сечении он круглый) для создания подъемной силы на носу (на корме подъемная сила создается рулями). При достижении определенной скорости (около 80 м/с) вблизи края пластины кавитация достигает такой интенсивности, что образуется гигантский «пузырь», обволакивающий торпеду. При этом гидродинамическое сопротивление движению значительно уменьшается.

На самом деле, одного лишь кавитатора недостаточно, чтобы получить каверну нужного размера. Поэтому в «Шквале» используется дополнительный «наддув»: сразу за кавитатором в носовой части расположены отверстия — дюзы, через которые каверна «наддувается» от отдельного газогенератора. Это позволяет увеличить каверну и охватить весь корпус ракеты-торпеды — от носа до кормы.

Обратная сторона медали

Революционные принципы, положенные в основу конструкции «Шквала», имеют и свою обратную сторону. Одна из них — невозможность обратной связи, а стало быть, и отсутствие системы самонаведения: излучение гидролокаторов не может «пробить» стенки газового пузыря. Вместо этого торпеду программируют до запуска: в систему управления вводят координаты цели. При этом, разумеется, учитывают упреждение, то есть рассчитывают вероятное местонахождение цели в момент поражения торпедой.

«Шквал» не умеет и поворачивать. Торпеда движется строго по прямой к заранее рассчитанной точке встречи с целью. Система стабилизации постоянно отслеживает положение торпеды и ее курс и вносит коррективы с помощью выдвижных рулей, едва касающихся стенок «пузыря», а также за счет наклона кавитатора — малейшее отклонение грозит не только потерей курса, но и разрушением каверны.

Замаскировать запуск «Шквала» невозможно: торпеда издает сильнейший шум, а газовые пузыри всплывают на поверхность, образуя отлично видимый след. Один из разработчиков, присутствовавший при испытаниях на озере Иссык-Куль, сказал нам: «На что похож запуск «Шквала»? Представьте себе, как будто бог морей Посейдон взял в руки хлыст: свист и грохот, а затем очень быстро убегающий вдаль прямой, как стрела, след от хлыста на водной глади».

Убийца авианосцев

Американцы иногда называют «Шквал» (впрочем, наряду с другими видами вооружений — ракетами «Гранит», например) «убийцей авианосцев». Действительно, одна из возможных задач «Шквала» — выведение из строя авианосца или даже всей авианосной группы (боеголовка торпеды предполагалась ядерной). Ведь, несмотря на отсутствие скрытности и «прямолинейность», уйти или защититься от «Шквала» (а тем более — от залпа двух таких торпед) практически невозможно: за 100 секунд подводного «полета» к цели крупное судно или подводная лодка не успеют ни изменить курс (или хотя бы погасить набранную скорость), ни принять какие-либо контрмеры. В результате погрешность попадания «Шквала» не превышает 15−20 м, что при такой мощной боеголовке смертельно.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2003).

суперкавитационном - Supercavitation - qwe.wiki

Объект (черный) встречает жидкость (синий) на высокой скорости. Давление текучей среды позади объекта опускается ниже давления паров жидкости, образуя пузырь пара (полости), который включает в себя объект.

Суперкавитация является использование кавитационных эффектов для создания пузырьков газа или пары , достаточно большой , чтобы охватить объект путешествия через жидкость , что значительно снижает трение сопротивления на объекте и позволяя высокую скорость. Современные приложения в основном ограничиваются снарядами или быстрых суперкавитирующих торпедами , а также некоторыми пропеллеров , но в принципе технология может быть расширена , чтобы включить все транспортные средства. Китайский и ВМС США , как сообщается , работают над суперкавитационными подводными лодками .

Физический принцип

В воде, кавитация происходит , когда давление воды опускается ниже водой давления пара , образуя пузырьки пара. Это может произойти , когда вода разгоняется до высокой скорости , как при повороте острого угла вокруг движущегося куска металла , такого как пропеллер судна или насоса «с рабочим колесом . Чем больше глубина воды (или давления для водопроводной трубы) , при котором происходит ускорение текучей среды, тем меньше склонности к кавитации в связи с большей разницей между локальным давлением и давлением паров. (Безразмерное число кавитации является мерой тенденции к пузырькам пара под давление с образования в жидкости, рассчитанных как разница между локальным давлением и давлением паров, деленным на динамическом давлении.) После того, как поток замедляется снова, водяной пар как правило , будет поглощаться в жидкую воду. Это может быть проблемой для судовых гребных винтов , если кавитационные пузырьки лопаются на поверхности винта, каждый применяя небольшой импульс , который концентрируется и в месте и времени, в результате чего ущерб.

Объект суперкавитационного является высокой скорость погружает объект , который предназначен для инициирования кавитационного пузырька на носе , который (естественном пути или дополнен внутри генерируемого газом) проходит мимо кормового конца объекта, по существу , уменьшая трение сопротивления , которое было бы присутствовать если стороны объекта находились в контакте с жидкостью , в которой погружен объект. Ключевой особенностью объекта является суперкавитационного нос, который может быть выполнен в виде плоского диска или конуса, и может быть сформулирована, но которые , вероятно , имеет острый край вокруг которого за кавитационном пузырьке формы периметра. Форма объекта кормовой части носа, как правило , быть стройной, чтобы оставаться в пределах ограниченного диаметра кавитационного пузырька. Если пузырек недостаточной длины , чтобы охватить объект, особенно на более низких скоростях, пузырь может быть увеличен и расширен путем инжекции газа высокого давления вблизи носа объекта.

Большая скорость требуется для суперкавитации к работе может быть достигнута временно снарядом обожженного под водой или в воздухе снаряда воздействующего воду. Ракетные двигатели могут быть использованы для длительной эксплуатации, с возможностью нажатия газа высокого давления , чтобы направить к носу объекта с целью повышения кавитационного пузырька. Примером ракетных двигателей является русский VA-111 Шквал суперкавитирующих торпеды. В принципе, маневрирование может быть достигнуто с помощью различных средств , таких как сопротивление течения ребер , которые выступают через пузырь в окружающей жидкости (стр. 22), за счетом наклона носа объекта, путем инжекции газа асимметрично возле носа, чтобы исказить геометрию полости, с помощью векторизации ракеты пронзен на отклонение в карданном подвесе одно сопло, или с помощью дифференциальной тяги для нескольких сопел.

Приложения

В 1960 году СССР приступил к разработке проекта под кодовым названием «Шквал» (Шквал) управляет НИИ-24 (Киев) разработать высокоскоростной торпеды, подводные ракеты, четыре-пять раз быстрее , чем традиционные торпед , способных борьбы с врагом подводные лодки. Было сделано несколько моделей устройства, наиболее успешно - М-5 - была создана 1972. С 1972 по 1977 год, были сделаны более 300 тестовых запусков (95% из них на Иссык - Куль ). К 29 ноября 1972 года VA-111 Шквал был введен в эксплуатацию с массовое производство началось в 1978 году.

В 2004 годе немецкого производитель оружия Diehl BGT обороны объявили о своей собственной суперкавитационной торпеде , Barracuda, теперь официально названной « Superkavitierender Unterwasserlaufkörper » ( на английском языке: «суперкавитирующую подводным работает тело» ). В соответствии с Diehl, он достигает более 400 километров в час (250 миль в час).

В 1994 году ВМС США начали разработку морской шахты клиренса системы изобретенный C Tech Defense Corporation , известная как RAMICS (Clearance System Rapid Airborne Mine), на основе суперкавитационного снарядом стабильной и в воздухе и воде. Они были произведены в 12,7 мм (0,50 дюйма), 20 мм (0,79 дюйма) и 30 мм (1,2 дюйма) диаметров. Терминал баллистическая конструкция снаряда позволила ему привести взрывное разрушение морских мин на глубине до 45 метров (148 футов) подводных с одного раунда. В 2000 год эти снаряды были успешно использованы для уничтожения диапазона живой подводной мин при стрельбе из зависшего Sea Cobra Gunship в Абердине полигона . RAMICS в настоящее время находится в стадии разработки по Northrop Grumman для введения в парк. Дротики немецкого ( Heckler & Koch P11 ) и российских подводных огнестрельного оружия , а также других подобных видов оружия также суперкавитирующих.

В 2005 году DARPA объявила о программе Underwater Express, предложение исследований и оценки по созданию потенциала суперкавитации. Конечной целью программы является новый класс подводных судов для прибрежных миссий , которые могут перевозить небольшие группы персонала военно - морского флота или специализированного военного груза со скоростью до 100 узлов. Контракты были награждены Northrop Grumman и General Dynamics Electric Boat в конце 2006 г. В 2009 году DARPA объявили о прогрессе через новый класс субмарины.

конструктор подводной лодки, Electric Boat, работает над макетом одной четверти для морских испытаний у берегов Род-Айленд. Если испытания пройдут успешно, Electric Boat начнет производство в полном масштабе 100-футовой подводной лодке. В настоящее время наиболее быстро подлодка ВМС могут ездить только на 25 до 30 узлов, в то время как под водой. Но если все пойдет по плану, подводный Экспресс штурмуют в 100 узлов, что позволяет доставку людей и материальных средств быстрее, чем когда-либо.

Иран утверждал, что успешно испытал свою первую суперкавитационную торпеду на 2 и 3 апреля 2006 г. Некоторых источников предполагают , что это основано на русском VA-111 Шквал суперкавитационной торпеде, которая перемещается с той же скоростью. Министр иностранных дел России Сергей Лавров отрицает поставки Ирану технологии. Иран назвал это оружие , которое Хут (Кит).

Прототип назван Дух , предназначенный для скрытных операций по Грегори Sancoff из Juliet Marine Systems , использует суперкавитационном , чтобы продвинуть себя на вершине двух стоек с заостренными краями. Судно едет плавно в неспокойной воде и достигли скорости 29 узлов.

Исполнитель рендеринг суперкавитационного пропеллера в действии

Суперкавитирующий пропеллер представляет собой вариант воздушного винта для приведения в движение в воде, где суперкавитация активно используемая , чтобы получить повышенную скорость за счетом снижения трения. Они используются в военных целях и для высокопроизводительных гоночных лодок , а также модель гоночных лодок. Суперкавитирующий пропеллер работает под воду с диаметром всей лопатки ниже ватерлинии. Его лопасть имеет клиновидную форму , чтобы заставить кавитацию на всю переднюю поверхности, начиная с передней кромкой, с тем чтобы уменьшить воды трения кожи . Поскольку полость разрушается далеко позади лопатка, то суперкавитирующий пропеллер избегает растрескивания повреждения вследствие кавитации , что проблема с обычными пропеллерами.

Предполагаемые случаи

Курск подводной лодки авария была по слухам, была из - за неисправные Шквал суперкавитационные торпеды, хотя более поздние данные указуют на неисправные торпеды 65-76 (см Курских катастроф подводной лодки ).

Смотрите также

Рекомендации

  • Управление военно - морских исследований (2004, 14 июня). Механика и энергия преобразование: высокоскоростной (суперкавитационный) подводное оружие (D & I). Проверено 12 апреля 2006, от http://www.onr.navy.mil/
  • Савченко Ю.Н. (й). CAV 2001 - Четвертый ежегодный симпозиум по Кавитации - Калифорнийский технологический институт , извлекаемых 9 апреля 2006, от https://web.archive.org/web/20060215234514/http://cav2001.library.caltech.edu/159/00/ Savchenko.pdf
  • Харгрув, J. (2003). Суперкавитационные и аэрокосмические технологии в развитии высокоскоростных подводных аппаратов. В 42 - м АИАА Aerospace Sciences собрания и Приложении . Texas A & M University.
  • Киршнер и др. (2001, октябрь) исследования и разработки суперкавитационном. Undersea Defense Technologies
  • Миллер, Д. (1995). Суперкавитационном: идти на войну в пузырьке. Intelligence Review Джейн . Проверено 14 апр 2006 г., из http://www.janes.com/
  • Грэм-Роу, и Дункан. (2000). Быстрее , чем превышение скорости пули. NewScientist , 167 (2248), 26-30.
  • Тулин, М. (1963). Суперкавитационные потоки - теория малых возмущений. Лорел, штат Мэриленд, Hydronautics Inc.
  • Niam JW (декабрь 2014), численное моделирование суперкавитационного

внешняя ссылка

Пуля из пузыря

Недавно норвежская компания DSG Technology представила новый тип боеприпасов для стрелкового оружия, которыми можно эффективно вести огонь как на суше, так и под водой. Новые пули используют одно из физических явлений, с которым лучше всего знакомы моряки. Речь идет о кавитации — процессе образования и быстром схлопывании в жидкости пузырьков, заполненных паром. Изначально явление кавитации считалось вредным, способным только вредить кораблям. Но позднее ему нашли и полезное применение. Мы решили вспомнить, каким образом военные используют кавитацию себе на пользу.

Во второй половине XIX века начали появляться пароходы с гребными винтами, способные развивать скорость в несколько десятков узлов. Эти машины могли быстро перевозить пассажиров и вообще выгодно отличались от медлительных парусных судов. Однако вскоре моряки столкнулись с неприятным эффектом: поверхность гребных винтов через некоторое время эксплуатации становилась шершавой и разрушалась. Гребные винты тогда изготавливались из стали и сами по себе быстро корродировали в воде, поэтому их разрушение поначалу списывали на неблагоприятное воздействие морской воды. Но в конце XIX ученые, включая Джона Уильяма Стретта, лорда Рэли, описали явление кавитации.

Кавитация — физическое явление, при котором в жидкости позади быстро движущегося объекта возникают мельчайшие пузырьки, заполненные паром. Например, при вращении гребного винта такие пузырьки появляются позади лопастей и на их задней кромке. Появившись, эти пузырьки практически моментально схлопываются и образуют ударную волну. От каждого пузырька в отдельности она совсем незначительна, однако при длительной эксплуатации эти ударные микроволны, помноженные на количество пузырьков, приводят к разрушению конструкции винтов. Шершавые, растерявшие часть лопасти винты существенно теряют в своей эффективности.

Современные гребные винты изготавливаются из специального сплава — куниаля. Это сплав на основе меди с добавлением никеля и алюминия. Отсюда и название — куниаль (CuNiAl, Cuprum-Niccolum-Aluminium). Сплав по прочности соответствует стали, но не подвержен коррозии; гребные винты из куниаля могут находиться в воде десятилетиями без какого-либо вреда. Тем не менее, даже эти современные гребные винты подвержены разрушению из-за кавитации. Но специалисты научились продлевать срок их службы, создав гидроакустическую систему. Она определяет начало кавитации, чтобы экипаж мог снизить частоту вращения винтов для предотвращения образования пузырьков.

В 1970-х годах для кавитации было найдено полезное применение. Научно-исследовательский институт ВМФ СССР разработал скоростную подводную ракету-торпеду «Шквал». В отличие от обычных торпед, использовавшихся тогда и стоящих на вооружении сегодня, «Шквал» может развивать колоссальную скорость — до 270 узлов (около 500 километров в час). Для сравнения, обычные торпеды могут развивать скорость от 30 до 70 узлов в зависимости от типа. При разработке ракеты-торпеды «Шквал» исследователи благодаря кавитации сумели избавиться от сопротивления воды, мешающего кораблям, торпедам и подводным лодкам развивать большие скорости.

Любой даже обтекаемый объект под водой имеет большое лобовое сопротивление. Это связано с плотностью и вязкостью воды — бóльшими, чем у воздуха. Кроме того, при движении под водой поверхности объекта смачиваются и на них появляется тонкий ламинарный слой с большим градиентом скорости — от нуля у самой поверхности объекта до скорости потока на внешней границе. Такой ламинарный слой создает дополнительное сопротивление. Попытка преодолеть его, например мощностью двигателей, приведет к увеличению нагрузок на гребные винты и быстрому износу корпуса подводного объекта из-за деформации.

Советские инженеры во время экспериментов выяснили, что кавитация позволяет существенно снизить лобовое сопротивление подводного объекта. Ракета-торпеда «Шквал» получила ракетный двигатель, топливо в котором начинает окисляться при контакте с морской водой. Этот двигатель может разгонять ракету-торпеду до большой скорости, на которой в носовой части «Шквала» начинает образовываться кавитационный пузырь, полностью обволакивающий боеприпас. Образованию кавитационного пузыря способствует специальное устройство в носовой части ракеты-торпеды — кавитатор.

Кавитатор на «Шквале» представляет собой наклоненную плоскую шайбу, в центре которой размещено отверстие для забора воды. Через это отверстие вода поступает в двигательный отсек, где происходит окисление топлива. На краях же шайбы кавитатора и образуется кавитационный пузырь. В этом пузыре ракета-торпеда буквально летит. Модернизированная версия «Шквала» может поражать корабли противника на дальности до 13 километров. По сравнению с дальностью обычных торпед (30–140 километров) это немного, и в этом заключается главный недостаток боеприпаса. Дело в том, что в полете ракета-торпеда издает сильный шум, демаскирующий позицию подлодки, запустившей ее. 13 километров «Шквал» покрывает очень быстро, но за это время подлодка не успеет уйти от ответного огня.

Ракета-торпеда, летящая в кавитационном пузыре, не может маневрировать. Это вполне понятно: в кавитационной полости боеприпас не может взаимодействовать с водой, чтобы изменить направление. Кроме того, резкая смена траектории движения приведет к частичному схлопыванию кавитационной полости, из-за чего часть ракеты-торпеды окажется в воде и на большой скорости разрушится. Изначально «Шквал» оснащался ядерной боевой частью мощностью 150 килотонн, которую позднее заменили обычной фугасной боевой частью с взрывчатым веществом массой 210 килограммов. Сегодня, помимо России, кавитирующие торпеды имеют на вооружении Германия и Иран.

Кавитатор ракеты-торпеды «Шквал»

One half 3544 / Wikimedia Commons

В 2014 году Технологический институт Харбина представил концепцию подводной лодки, способной перемещаться под водой на около- или даже сверхзвуковой скорости. Разработчики объявили, что такая подводная лодка сможет доплывать от Шанхая до Сан-Франциско (около десяти тысяч километров) примерно за один час и 40 минут. Перемещаться подлодка будет внутри кавитационной полости. Новый подводный корабль получит кавитатор в носовой части, который будет начинать работать на скорости более 40 узлов. Затем подлодка сможет быстро набрать маршевую скорость. За движение подлодки в кавитационной полости будут отвечать ракетные двигатели.

Скорость звука в воде составляет около около 5,5 тысячи километров в час при температуре 24 градуса и солености 35 промилле. Представляя свою концепцию, разработчики отметили, что прежде, чем создать новую подлодку, необходимо решить несколько проблем. Одной из них является нестабильность кавитационного пузыря, внутри которого должна лететь подлодка. Кроме того, необходимо найти надежный способ управлять кораблем, движущимся под водой со сверхзвуковой скоростью. В качестве одного из вариантов рассматривается возможность сделать рули, которые бы выдвигались за пределы кавитационной полости.

Между тем в начале 2000-х годов Центральное конструкторско-исследовательское бюро спортивного и охотничьего оружия тульского Конструкторского бюро приборостроения решило использовать явление кавитации при создании нового автомата для боевых пловцов. Речь идет об АДС (автомат двухсредный специальный) — автомате, способном одинаково эффективно вести огонь как на воздухе, так и под водой. Оружие выполнено по схеме булл-пап (ударно-спусковой механизм расположен в прикладе) и имеет интегрированный гранатомет. Масса оружия при длине 685 миллиметров составляет 4,6 килограмма.

Этот автомат использует для стрельбы под водой специальные патроны ПСП калибра 5,45 миллиметра. Они снаряжены стальной пулей в виде иглы длиной 53 миллиметра. Масса пули составляет 16 граммов. Снаряд утоплен в гильзу с пороховым зарядом на большую часть своей длины, благодаря чему общая длина патрона соответствует обычному автоматному боеприпасу калибра 5,45 миллиметра. Пуля патрона ПСП имеет на кончике плоскую площадку. При движении под водой эта площадка создает кавитационную полость вокруг снаряда. Благодаря такой особенности эффективная дальность стрельбы АДС под водой на глубине пяти метров составляет 25 метров.

Помимо специальных патронов, автомат способен вести огонь и обычными боеприпасами. АДС может быть оснащен глушителем. Скорострельность АДС на суше составляет 800 выстрелов в минуту, а прицельная дальность — 500 метров. Оружие оснащается отъемным коробчатым магазином емкостью 30 патронов. Автомат имеет переключатель режимов работы газоотводного механизма «вода/воздух». Он изменяет работу механизма перезарядки, адаптируя его для работы на воздухе или в воде. Без раздельных режимов механизм перезарядки в воде могло бы заедать.

Обычное современное оружие также способно вести огонь под водой, но для этих целей малопригодно. Во-первых, инерционное сопротивление жидкости и бóльшая, чем у воздуха, плотность воды не дает автоматике производить быструю перезарядку оружия, а иногда и вовсе делает ее невозможной. Во-вторых, материалы сухопутных автоматов и пистолетов изначально не предназначены для работы в водной среде и неустойчивы к длительному ее воздействию — быстро теряют смазку, ржавеют и выходят из строя из-за гидравлических ударов. При этом обычные пули, имеющие высокую точность на суше, в воде становятся абсолютно бесполезными.

Дело в том, что аэродинамическая форма обычной пули делает траекторию ее полета в воде малопредсказуемой. Например, на границе теплого и холодного водных слоев пуля может рикошетить, отклоняясь от продольной оси выстрела. Кроме того, из-за своей формы снаряд стрелкового оружия под водой быстро теряет свою энергию, а значит и убойность. В результате поражение цели из того же автомата Калашникова в воде становится практически невозможным даже на очень маленьком расстоянии. Наконец, обычные свинцовые пули с оболочкой из томпака (латунный сплав на основе меди и никеля) под водой быстро деформируются и даже могут разрушаться.

Проблему разрушающихся пуль решила норвежская компания DSG Technology. Она разработала новый тип боеприпасов CAV-X. Они имеют не классическую оживальную форму, как обычные пули, а коническую. Кончик пули уплощен и при попадании в воду начинает выполнять роль кавитатора, благодаря чему вокруг снаряда образуется кавитационная полость. В результате пуля практически не соприкасается с водой и дольше сохраняет кинетическую энергию. Кавитирующие пули CAV-X не намного длиннее обычных пуль такого же калибра, в отличие от российских пуль в патроне ПСП.

Кавитирующие пули сделаны из вольфрама и запрессованы в латунную гильзу. Сегодня они выпускаются в калибрах 5,56, 7,62 и 12,7 миллиметра. По данным DSG Technology, под водой кавитирующие пули этих калибров сохраняют убойное воздействие на дальности 14, 22 и 60 метров соответственно. При этом кавитирующими могут быть выполнены и боеприпасы других калибров вплоть до артиллерийских 155 миллиметров. Правда, целесообразность создания снарядов для подводной стрельбы весьма сомнительна. В каком именно оружии планируется использовать кавитирующие пули CAV-X, пока неизвестно. Обычное стрелковое оружие без специальной переделки для стрельбы под водой не подходит.

Впрочем, кавитирующие пули могут быть полезны при обстреле подводных целей с суши. Если стрелять, скажем, по боевому пловцу, находящемуся под водой, с берега из обычных пистолета или автомата, то, скорее всего, он уплывет целым и невредимым. Дело в том, что пули будут либо резко тормозиться, попав в воду, либо рикошетить от нее; это зависит от угла оси ствола к поверхности воды, под которым ведется стрельба. Кавитирующие же пули смогут, практически не отклоняясь, проходить поверхность воды и поражать подводную цель. Но с необходимостью стрелять по подводному противнику с суши военные сталкиваются не так часто, чтобы начать массовые закупки патронов с пулями CAV-X.

Хотя военные инженеры и смогли найти полезное применение кавитации, по большому счету их изобретения особой популярностью не пользуются. Ракеты-торпеды «Шквал» в бою никогда не применялись, а сегодня и вовсе не используются российским флотом — слишком шумными и недальнобойными оказались эти боеприпасы. Патроны для подводной стрельбы востребованы только боевыми пловцами и диверсантами и применяются довольно редко. В способность же китайских специалистов спроектировать кавитирующую подводную лодку верится с трудом. Так что, пожалуй, кавитация все еще остается физическим явлением, которого лучше стараться избегать.

Василий Сычёв

Американцы намерены создать сверхзвуковую субмарину, используя эффект суперкавитации

Сверхзвуковая субмарина Идея использовать эффект суперкавитации для создания сверхскоростных торпед принадлежит еще советским ученым. Ее воплощением стала ракета-торпеда «Шквал», принятая на вооружение почти 40 лет назад. В зависимости от плотности водной среды она могла разгоняться до 500 км/ч.

Столь огромная для торпеды скорость стала возможной, благодаря тому, что во время движения она находилась в газовом пузыре, во много раз снижающем сопротивление воды.

Опыт своих российских визави взялись повторить и даже превзойти исследователи университета штата Пенсильвания. В их планах ни много ни мало – создание сверхзвуковой подводной лодки. Как показывают теоретические расчеты, благодаря эффекту суперкавитации подводное судно может разгоняться до фантастической скорости 5800 км/ч.

Торпеда ШквалРакета-торпеда «Шквал» (ВА-111)

Однако путь от теоретических выкладок до их реального воплощения может занять годы и даже десятилетия. В настоящее время американцы никак не могут совладать с проблемой пульсации.

Дело в том, что для создания пузыря вокруг судна воздух необходимо подавать в его переднюю часть. При этом к задней части пузырь расширяется. Иногда по непонятным пока причинам пузырь сокращается, обнажая часть корпуса, что приводит к контакту с водой и резко увеличивает сопротивление.

Пока данная проблема находится в стадии математических расчетов, для подтверждения которых решено использовать водный тоннель диаметром 12 дюймов.

Схема

Безусловно, перспектива иметь на вооружении сверхзвуковую подводную лодку весьма заманчива. Но многие специалисты уже не скрывают своего скепсиса. Столь крупный объект, как субмарина, несущаяся с огромной скоростью в воздушном пузыре, наверняка не останется незамеченной, поскольку будет создавать много шума. Да и реактивные двигатели станут источником загрязнения океана.Схема

Суперкавитация • ru.knowledgr.com

Суперкавитация - использование кавитационных эффектов создать пузырь газа в жидкости, достаточно большой, чтобы охватить объект, едущий через жидкость, значительно уменьшение трения кожи тянется объект и достижение предоставления возможности очень высоких скоростей. Текущие заявления, главным образом, ограничены снарядами или очень быстрыми торпедами и некоторыми пропеллерами, но в принципе техника могла быть расширена, чтобы включать все транспортные средства. Это явление может также быть произведено очень быстрой забастовкой придатков ракообразных креветок богомола Odontodactylus scyllarus, который использует его, чтобы напасть и убить его добычу.

Физический принцип

В воде происходит кавитация, когда гидравлическое давление понижено ниже давления пара воды, формируя пузыри пара. Это может произойти, когда вода ускорена к высоким скоростям, повернув острый угол вокруг движущегося куска металла, таким как пропеллер судна или рабочее колесо насоса. Большее глубина воды (или давление для водопроводной трубы), в котором жидкое ускорение происходит, меньшее тенденция для кавитации из-за большего различия между местным давлением и давлением пара. (Безразмерное кавитационное число - мера тенденции для пузырей давления пара, чтобы сформироваться в жидкости, вычисленной как различие между местным давлением и давлением пара, разделенным на динамическое давление.) Как только поток замедляется снова, водяной пар будет обычно повторно поглощаться в жидкую воду. Это может быть проблемой для пропеллеров судна, если кавитационные пузыри интегрируются на поверхности пропеллера, каждый применяющий маленькую силу, которая сконцентрирована и в местоположении и во время, нанеся ущерб.

Обычное явление пузырей водяного пара наблюдается в кастрюле кипящей воды. В этом случае гидравлическое давление не уменьшено, а скорее, давление пара воды увеличено посредством нагревания. Если источник тепла будет достаточен, то пузыри отделят от основания кастрюли и повысятся до поверхности как пар. Иначе, если кастрюля будет удалена из высокой температуры, то пузыри будут повторно поглощены в воду, как это охлаждается, возможно вызывая точечную коррозию или правописание на основании кастрюли, поскольку пузыри интегрируются.

Объект supercavitating - высокая скорость погруженный объект, который разработан, чтобы начать кавитационный пузырь в носу, который (или естественно или увеличенный с внутренне произведенным газом) простирается мимо в кормовой части конец объекта, существенно уменьшая сопротивление трения кожи, которое присутствовало бы, если бы стороны объекта были в контакте с жидкостью, в которую погружен объект. Главная особенность объекта supercavitating - нос, который может быть сформирован как плоский диск или конус, и может быть ясно сформулирован, но у которого, вероятно, есть острый край вокруг периметра, позади которого формируется кавитационный пузырь. Форма объекта в кормовой части носа обычно будет тонкой, чтобы остаться в пределах ограниченного диаметра кавитационного пузыря. Если пузырь имеет недостаточную длину, чтобы охватить объект, особенно на более медленных скоростях, пузырь может быть увеличен и расширен инъекцией газа высокого давления около носа объекта.

Большая скорость, требуемая для суперкавитации работать, может быть достигнута временно снарядом, запущенным под водой или бортовым снарядом, влияющим на воду. Толчок ракеты может использоваться для длительной операции с возможностью укола газа высокого давления к маршруту к носу объекта, чтобы увеличить кавитационный пузырь. Пример толчка ракеты - российская торпеда Shkval supercavitating VA-111. В принципе маневрирование может быть достигнуто различными средствами, такими как плавники сопротивления что проект через пузырь в окружающую жидкость (p. 22), наклоняя нос объекта, вводя газ асимметрично около носа, чтобы исказить геометрию впадины, направив толчок ракеты через gimbaling для единственного носика, или отличительным толчком для многократных носиков.

Заявления

В 1960 СССР начал развивать проект под кодовым названием «Шквал» (Вопль), которым управляет (Киев) NII 24, чтобы разработать быстродействующую торпеду, подводную ракету, в четыре - пять раз быстрее, чем традиционные торпеды, способные к борьбе с вражескими субмаринами. Несколько моделей устройства были сделаны, самое успешное – M-5 – было создано к 1972. В 1972 - 1977 более чем 300 испытательных запусков были сделаны (95% из них на озере Иссык-Куль), к 29 ноября 1972 VA-111 Shkval был помещен на службу с массовым производством, начатым в 1978.

В 2004 немецкий производитель оружия Диль Защита BGT объявил об их собственной supercavitating торпеде, Барракуде, теперь официально названной или «supercavitating под водой бегущее тело»

(Английский перевод). Согласно Diehl, это достигает больше, чем.

В 1994 ВМС США начали разрабатывать морскую систему разминирования, изобретенную C Tech Defense Corporation, известной как RAMICS (Быстрая Бортовая Система Разминирования), основанный на supercavitating снаряде, стабильном и в воздухе и в воде. Они были произведены в, и диаметры. Предельный баллистический дизайн снаряда позволил ему вызывать взрывчатое разрушение морских шахт настолько же глубоко как под водой с единственным раундом. В 2000 эти снаряды использовались, чтобы успешно разрушить диапазон живых подводных мин, когда запущено из колеблющегося Морского боевого вертолета Кобры в Абердинской Открытой демонстрационной площадке. RAMICS в настоящее время подвергается развитию Northrop Grumman для введения во флот. Стрелки немецкого языка (Heckler & Koch P11) и российское подводное огнестрельное оружие и другое подобное оружие также supercavitating.

В 2005 Управление перспективных исследовательских программ объявило о 'Программе Underwater Express', попытка исследования и оценки установить потенциал суперкавитации. Конечная цель программы - новый класс подводного ремесла для прибрежных миссий, которые могут транспортировать небольшие группы морского персонала или специализировали военный груз на скоростях до 100 узлов. С контрактами заключили к Электроходу Northrop Grumman и General Dynamics в конце 2006. В 2009 Управление перспективных исследовательских программ объявило о прогрессе через новый класс субмарины.

Иран утверждал, что успешно провел испытание своей первой суперкавитационной торпеды 2 апреля и 3 апреля 2006. Некоторые источники размышляли, что это основано на российском VA-111 Shkval суперкавитационная торпеда, которая едет на той же самой скорости. Российский министр иностранных дел Сергей Лавров отрицал поставлять Иран технологией. Иран назвал это оружие Криком (Кит).

Прототип назвал Призрака, разработанного для операций по хитрости Грегори Сэнкофф Джульетты Мэрайн Системс, суперкавитация использования, чтобы продвинуть себя на двух распорках с обостренными краями. Судно едет гладко в изменчивой воде и достигло скоростей 29 узлов.

supercavitating пропеллер - вариант пропеллера для толчка в воде, где суперкавитация активно используется, чтобы получить увеличенную скорость, уменьшая трение. Они используются в военных целях и в высокоэффективной лодке, мчащейся гонки модели лодки, а также суда. supercavitating пропеллер работает погруженный со всем диаметром лезвия ниже водной линии. Его лезвия формы клина, чтобы вызвать кавитацию на целом передовом лице, начинающемся на переднем крае, чтобы уменьшить водное трение кожи. Поскольку впадина разрушается далеко позади лезвия, supercavitating пропеллер избегает, чтобы правописание повредило из-за кавитации, которая является проблемой с обычными пропеллерами.

Предполагаемые заявления

Курский подводный несчастный случай, как было известно по слухам, произошел из-за дефектной торпеды Shkval, хотя более поздние доказательства указывают на дефектную торпеду 65-76 - посмотрите Курское подводное бедствие.

См. также

  • Торпеда «Shkval» supercavitating
  • APS земноводная винтовка
  • SPP-1 подводный пистолет
  • Пропеллер Supercavitating
  • Офис Военно-морского Исследования (2004, 14 июня). Механика и энергетическое преобразование: быстродействующее (supercavitating) подводное вооружение (D&I). Восстановленный 12 апреля 2006, от http://www .onr.navy.mil /
  • Савченко Ы. Н. (n.d).. CAV 2001 - дальше ежегодный симпозиум по кавитации - Калифорнийский технологический институт, восстановленный 9 апреля 2006, от http://cav2001
.library.caltech.edu/159/00/Savchenko.pdf
  • Hargrove, J. (2003). Суперкавитационная и космическая технология в разработке высокоскоростных подводных транспортных средств. На 42-й Космической Научной Встрече AIAA и приложении. Техас A&M университет.
  • Kirschner и др. (2001, октябрь) Суперкавитационные научные исследования. Undersea Defense Technologies
  • Мельник, Д. (1995). Суперкавитация: вступление в войну в пузыре. Intelligence Review Джейн. Восстановленный 14 апреля 2006, от http://www .janes.com /
  • Грэм-Роу, & Дункан. (2000). Быстрее, чем летящая пуля. NewScientist, 167 (2248), 26-30.
  • Tulin, M. P. (1963). Потоки Supercavitating - маленькая теория волнения. Лавр, Мэриленд, Hydronautics Inc.
  • Niam J W (декабрь 2014), числовое моделирование суперкавитации

Внешние ссылки

  • Supercavitation Research Group в Миннесотском университете
  • Diehl BGT «Барракуда» Защиты - немецкая supercavitating Торпеда
  • Программа DARPA Underwater Express
  • Глобальный Security.org на суперкавитации
  • Как построить оружие Supercavitating, научный американский

Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?

Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?
Прототип судна Ghost (в переводе «привидение»), разработанный и построенный компанией Juliet Marine Systems, «пронзает» реку Пискатакуа во время одного из тестовых «полетов»

Небольшая компания из Портсмута в штате Нью-Хэмпшир Juliet Marine Systems разработала уникальное высокоскоростное судно названное Ghost (Привидение), которое могло бы выполнять задачи вблизи береговой линии, где более крупные суда, например, боевой корабль прибрежной зоны, будут, как правило, слишком уязвимы, заявляют представители компании. Несмотря на то, что изначально проект Ghost был предложен для быстрых патрульных специальных операций и задач защиты своих сил, компания Juliet Marine в настоящее время продвигает увеличенный вариант корвета «super Ghost» для повторной оценки ВМС США всех своих боевых кораблей прибрежной зоны.

Существуют планы построить «super Ghost» размеров с корвет длиной 46 метров по цене примерно 50 миллионов долларов за судно – в шесть раз дешевле 300 миллионов долларов за каждый нынешний десантный боевой корабль классов Freedom и Independence. Подобное судно могло бы действовать вместе с десантным кораблем или с другими океанскими морскими судами, обеспечивая более доступные, маневренные и живучие ударные силы.

Разработка Ghost началась в 2008 году в виде частного проекта, постройка прототипа была завершена в начале 2010 года, всего на это было истрачено 15 миллионов долларов. Стоимость каждого судна оценивается примерно в 10 миллионов долларов. Кроме ВМС США и других заинтересованных государственных структур и сил специального назначения, компания Juliet Marine на самом высоком уровне обсуждала с одним из иностранных государств приобретение 25 судов Ghost потенциальной стоимостью 300 миллионов долларов.

Как заявили в компании, «с судном Ghost вы можете проникнуть в запрещенные океанские районы и патрулировать 30 дней за счет запаса топлива на борту. Вы можете прослушивать разговоры по сотовым телефонам, вы можете следить за тем что происходит, вы можете начать операцию и затем уйти незаметно и никто не узнает, что вы там. Это не то, что правительство может сделать прямо сейчас».

Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?

Основной корпус судна поднимается над водой, когда Ghost движется на скорости более восьми узлов. Его силовой блок состоит из двух турбовальных двигателей T53-703, установленных в поплавках, каждый их которых вращает в противоположном направлении гребной винт в передней части каждой гондолы. Гребные винты создают эффект «суперкавитации», позволяя гондоле (несущей все судно) двигаться сквозь пузырьковый след, а не через более плотную морскую воду. Таким образом, у этого судна сила трения о корпус в 900 меньше по сравнению с традиционным судном.

Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?
Метод суперкавитации позволяет судну Ghost достичь скорости российской торпеды Шквал, которая в четыре раза превышает скорость ее западных аналогов

Это явление позволяет судну «прорезаться» через волны высотой 3 метра на высокой скорости, сохраняя хорошую остойчивость за счет задействования средств компьютерного электродистанционного управления. Во время испытаний судно Ghost уже достигло скорости 30 узлов и ожидается, что оно сможет достичь скорости 50 узлов, сравнявшись с максимальной скоростью гораздо меньших по размеру быстроходных катеров. Полностью компьютерное управление позволяет судну становиться реально невидимым кораблем, который может выполнять различные задачи? втом числе и без людей на борту.

Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?
Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?
Сможет ли Super Ghost стать перспективным кораблем прибрежной зоны?
Эффект суперкавитации, используемый при движении судна Ghost, позволяет двигаться сквозь воду с гидродинамическим сопротивлением в 900 раз меньшим по сравнению с обычным судном, что преобразуется не только в более стабильное движение при меньшем расходе топлива, но позволяет выполнять более продолжительные боевые на более высокой скорости.

По материалам сайта www.defense-update.com

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2021 © Все права защищены.