Supercavitación es el uso de una burbuja de cavitación para reducir la piel de fricción de arrastre en un objeto sumergido y permitir altas velocidades. Las aplicaciones incluyen torpedos y hélices , pero en teoría, la técnica podría extenderse a una embarcación submarina completa.
Principio físico
La cavitación es la formación de burbujas de vapor en un líquido provocadas por el flujo alrededor de un objeto. Las burbujas se forman cuando el agua se acelera alrededor de las esquinas afiladas y la presión cae por debajo de la presión de vapor . La presión aumenta con la desaceleración y el agua generalmente reabsorbe el vapor; sin embargo, las burbujas de vapor pueden implosionar y aplicar pequeños impulsos concentrados que pueden dañar superficies como hélices de barcos e impulsores de bombas.
El potencial de que se formen burbujas de vapor en un líquido viene dado por el número de cavitación adimensional . Es igual a la presión local menos la presión de vapor, dividida por la presión dinámica . A profundidades crecientes (o presiones en las tuberías), el potencial de cavitación es menor porque la diferencia entre la presión local y la presión de vapor es mayor.
Un objeto supercavitante es un objeto sumergido de alta velocidad que está diseñado para iniciar una burbuja de cavitación en su nariz. La burbuja se extiende (ya sea de forma natural o aumentada con gas generado internamente) más allá del extremo posterior del objeto y evita el contacto entre los lados del objeto y el líquido. Esta separación reduce sustancialmente la fricción de la piel sobre el objeto supercavitante.
Una característica clave del objeto supercavitante es la nariz, que normalmente tiene un borde afilado alrededor de su perímetro para formar la burbuja de cavitación. [1] La nariz puede articularse y formarse como un disco plano o un cono. La forma del objeto supercavitante es generalmente delgada, por lo que la burbuja de cavitación abarca el objeto. Si la burbuja no es lo suficientemente larga para abarcar el objeto, especialmente a velocidades más lentas, la burbuja puede agrandarse y extenderse inyectando gas a alta presión cerca de la nariz del objeto. [1]
La muy alta velocidad requerida para la supercavitación se puede alcanzar temporalmente mediante proyectiles disparados bajo el agua y proyectiles que entran en el agua. Para la supercaviación sostenida, se utiliza propulsión de cohete y el gas de cohete a alta presión puede dirigirse a la nariz para mejorar la burbuja de cavitación. En principio, los objetos supercavitantes se pueden maniobrar utilizando varios métodos, incluidos los siguientes:
- Arrastre las aletas que se proyectan a través de la burbuja hacia el líquido circundante [2] (p. 22)
- Una nariz de objeto inclinada
- Gas inyectado asimétricamente cerca de la nariz para distorsionar la geometría de la cavidad
- Vectorización del empuje del cohete a través del cardán para una sola boquilla
- Empuje diferencial de múltiples boquillas [1]
Aplicaciones
La Armada rusa desarrolló el torpedo de supercavitación VA-111 Shkval , [3] [4] que usa propulsión de cohetes y excede la velocidad de los torpedos convencionales en al menos un factor de cinco. NII-24 comenzó a desarrollarse en 1960 con el nombre en clave "Шквал" (Squall). El VA-111 Shkval ha estado en servicio (exclusivamente en la Armada rusa) desde 1977 con producción en masa a partir de 1978. Se desarrollaron varios modelos, con el más exitoso, el M-5, completado en 1972. De 1972 a 1977, más Se realizaron 300 lanzamientos de prueba (95% de ellos en el lago Issyk Kul ). [ cita requerida ]
En 2004, el fabricante de armas alemán Diehl BGT Defense anunció su "propio" torpedo supercavitante , el Barracuda, ahora oficialmente llamado Superkavitierender Unterwasserlaufkörper (en inglés: proyectil submarino supercavitante ). Según Diehl, alcanza velocidades superiores a los 400 kilómetros por hora (250 mph). [5]
En 1994, la Marina de los Estados Unidos comenzó a desarrollar el Sistema Rápido de Desminado Aéreo (RAMICS), un sistema de desminado marino inventado por C Tech Defense Corporation. El sistema se basa en un proyectil supercavitante estable tanto en el aire como en el agua. Los proyectiles RAMICS se han producido en diámetros de 12,7 milímetros (0,50 pulgadas), 20 milímetros (0,79 pulgadas) y 30 milímetros (1,2 pulgadas). [6] El diseño balístico terminal del proyectil permite la destrucción explosiva de minas marinas a una profundidad de hasta 45 metros (148 pies) con una sola ronda. [7] En 2000 en Aberdeen Proving Ground , los proyectiles RAMICS disparados desde una nave de combate Sea Cobra destruyeron con éxito una serie de minas submarinas activas. En marzo de 2009, Northrop Grumman completó la fase inicial de pruebas RAMICS para su introducción en la flota. [8]
Irán afirmó haber probado con éxito su primer torpedo de supercavitación, el Hoot (Ballena), el 2 y 3 de abril de 2006. Algunas fuentes han especulado que se basa en el torpedo de supercavitación ruso VA-111 Shkval , que viaja a la misma velocidad. [9] El ministro de Relaciones Exteriores de Rusia , Sergey Lavrov, negó haber proporcionado a Irán la tecnología. [10]
En 2005, DARPA anunció el programa Underwater Express, un programa de investigación y evaluación para demostrar el uso de la supercavitación para una aplicación de embarcaciones submarinas de alta velocidad. El objetivo final de la Marina de los EE. UU. Es una nueva clase de embarcaciones submarinas para misiones litorales que pueden transportar pequeños grupos de personal de la marina o carga militar especializada a velocidades de hasta 100 nudos. DARPA otorgó contratos a Northrop Grumman y General Dynamics Electric Boat a fines de 2006. [ cita requerida ] En 2009, DARPA anunció avances en una nueva clase de submarinos:
El diseñador del submarino, Electric Boat, está trabajando en un modelo a escala de un cuarto para las pruebas en el mar frente a la costa de Rhode Island. Si las pruebas tienen éxito, Electric Boat comenzará la producción en un submarino a gran escala de 100 pies. Actualmente, el submarino más rápido de la Armada solo puede viajar de 25 a 30 nudos mientras está sumergido. Pero si todo sale según lo planeado, el Underwater Express acelerará a 100 nudos, lo que permitirá la entrega de hombres y material más rápido que nunca. [11]
Un prototipo de barco llamado Ghost , usa supercavitación para impulsarse sobre dos puntales con bordes afilados. Fue diseñado para operaciones furtivas por Gregory Sancoff de Juliet Marine Systems . El barco navega sin problemas en aguas agitadas y ha alcanzado velocidades de 29 nudos. [12]
La Armada de China [13] [14] [15] y la Armada de Estados Unidos [16] están trabajando en sus propios submarinos supercavitantes utilizando información técnica obtenida en el torpedo de supercavitación ruso VA-111 Shkval.
Una hélice supercavitante utiliza la supercavitación para reducir la fricción de la piel del agua y aumentar la velocidad de la hélice. El diseño se utiliza en aplicaciones militares, barcos de carreras de alto rendimiento y modelos de barcos de carreras. Opera completamente sumergido con cuchillas en forma de cuña para forzar la cavitación en toda la cara delantera, comenzando en el borde de ataque. Dado que la cavidad colapsa bien detrás de la pala, la hélice supercavitante evita el daño por desconchado causado por la cavitación, que es un problema con las hélices convencionales. [ cita requerida ]
La munición supercavitante se utiliza con armas de fuego submarinas alemanas ( Heckler & Koch P11 ) y rusas , [17] y otras armas similares.
Presuntos incidentes
El Kursk desastre submarino fue inicialmente pensado para haber sido causada por una defectuosa Shkval supercavitación torpedo, [18] aunque tarde, las pruebas apuntan a una defectuosa 65-76 torpedo.
Ver también
- Torpedo supercavitante
- Torpedo supercavitante "Shkval"
- Rifle anfibio APS
- Pistola subacuática SPP-1
- Hélice supercavitante
Referencias
- ↑ a b c Ashley, Steven (mayo de 2001). "Warp Drive Underwater". Scientific American : 70–79.
- ^ http://www.aem.umn.edu/research/supercavitation/documents/thesis_eric.pdf
- ^ "Torpedos Shkval (Barracudas) y supercavitación - Una laguna en la física alarma a la tripulación del submarino" . www.articlesextra.com .
- ^ "Ucg.com" . www.periscope.ucg.com . Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2003 . Consultado el 23 de marzo de 2010 .
- ^ "Defensa Diehl BGT: Unterwasserlaufkörper" . Archivado desde el original el 25 de agosto de 2009 . Consultado el 7 de octubre de 2006 .
- ^ "MK258 Armor Piercing, Fin estabilizado, Descartando Sabot-Tracer (APFSDS-T) Proyectil anti-mina de munición hidrobalística" . www.globalsecurity.org .
- ^ "Proyectos de defensa C Tech: tecnología de proyectiles supercavitantes y focalización láser aerotransportada" . www.ctechdefense.com .
- ^ "El equipo de Northrop Grumman-Navy supera las expectativas durante la prueba de armas de limpieza de minas" . Sala de redacción de Northrop Grumman . Consultado el 20 de septiembre de 2019 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 4 de julio de 2008 . Consultado el 6 de agosto de 2008 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace ) [1] [2] Archivado el 28 de febrero de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 11 de marzo de 2007 . Consultado el 28 de febrero de 2007 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "DARPA prepara un Mini-Sub ultrarrápido" . Ciencia popular .
- ^ Caroline Winter (21 de agosto de 2014). "Este barco de ataque sigiloso puede ser demasiado innovador para el Pentágono" . Bloomberg BusinessWeek.
- ^ "El submarino supersónico de China, que podría ir de Shanghai a San Francisco en 100 minutos, se acerca cada vez más a la realidad: ExtremeTech" . www.extremetech.com .
- ^ "Shanghai a San Francisco en 100 minutos en submarino supersónico chino" . Poste matutino del sur de China . 24 de agosto de 2014.
- ^ Crane +, David. "Submarino supersónico supercavitante de desarrollo militar chino para guerra naval de alta velocidad" . DefenseReview.com (DR): una revista en línea de tecnología táctica y tecnología de defensa militar con un enfoque particular en las últimas y mejores noticias sobre armas de fuego tácticas (noticias sobre armas tácticas), noticias sobre equipos tácticos y noticias sobre disparos tácticos .
- ^ "La Marina de los Estados Unidos está desarrollando 'submarinos supersónicos' que podrían atravesar el océano a la velocidad del sonido usando una burbuja" . www.defense-aerospace.com .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 25 de octubre de 2004 . Consultado el 7 de noviembre de 2004 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Gertz, Bill (23 de agosto de 2001). "Libro ruso arroja luz sobre misiles". Washington Times . pag. A.4.
Otras lecturas
- Oficina de Investigación Naval (2004, 14 de junio). Mecánica y conversión de energía: armamento submarino de alta velocidad (supercavitante) (D&I). Obtenido el 12 de abril de 2006 de la página de inicio de la Oficina de Investigación Naval
- Savchenko YN (nd). CAV 2001 - Cuarto Simposio Anual sobre Cavitación - Instituto de Tecnología de California Obtenido el 9 de abril de 2006, archivado en Wayback Machine
- Hargrove, J. (2003). Supercavitación y tecnología aeroespacial en el desarrollo de vehículos submarinos de alta velocidad. En 42º Encuentro y Exposición de Ciencias Aeroespaciales de la AIAA . Universidad Texas A & M.
- Kirschner y col. (2001, octubre) Investigación y desarrollo de supercavitación. Tecnologías de defensa submarina
- Miller, D. (1995). Supercavitación: ir a la guerra en una burbuja. Revisión de inteligencia de Jane . Obtenido el 14 de abril de 2006 de Defense & Security Intelligence & Analysis | 360 de Jane
- Graham-Rowe y Duncan. (2000). Más rápido que una bala. NewScientist , 167 (2248), 26-30.
- Tulin, diputado (1963). Flujos supercavitantes: teoría de pequeñas perturbaciones. Laurel, Maryland, Hydronautics Inc.
- Niam JW (diciembre de 2014), simulación numérica de supercavitación
enlaces externos
- Grupo de investigación de supercavitación de la Universidad de Minnesota
- "Barracuda" de Diehl BGT Defence - un torpedo supercavitante alemán
- Programa expreso submarino de DARPA
- Global Security.org sobre supercavitación
- Cómo construir un arma supercavitante, Scientific American