Strany
potápěčské
vydává Zdeněk Šraier
Strany potápěčské
vydává Zdeněk Šraier
zavřít

Napište hledaný výraz a stiskněte Enter

 

Superkavitace

revoluční způsob pohybu pod vodou

autor: Zbyněk Růžička  (publikováno: 31.08.2000)
redakčně zpracoval: Zdeněk Šraier
Při pohybu tělesa kapalinou úměrně s rostoucí rychlostí klesá tlak působící na jednotlivé jeho části, například na hrany lodní vrtule. V mezním stavu se kapalina začne odpařovat, čímž vznikají kavity, dutinky vyplněné sytou párou. Jejich zánik provázejí zvukové rázy, které erozivně působí na lopatky turbín, čerpadel či lodních šroubů.

Za určitých okolností může dokonce nastat superkavitace, jediná velká bublina, která téměř úplně obklopí celé pohybující se těleso. Vědci z Naval Undersea Warfare Center (NUWC) ve státě Rhode Island zkoumali chování kapaliny proudící kolem tělesa s vhodně tvarovaným tupým nosem při rychlostech nad 180 km/h.

Zjistili, že špička tělesa rozráží kapalinu tak razantně a pod takovým úhlem, že se nemůže přimknout k povrchu. Strmě tak klesá čelní odpor, nebo takřka mizí tření kapaliny o trup tělesa. Místo vody je totiž obklopeno parou v kavitačním stavu, která má výrazně nižší viskozitu i hustotu.

M. Merkulov začal vyvíjet superrychlé torpédo. Zjistil ovšem, že pokud do styku s vodním prostředím přichází jen příď, nelze použít pohon lodním šroubem. Vsadil tedy na raketový pohon na zádi, který ovšem nestačil vytvořit při dosažitelné rychlosti dutinu dostatečně dlouhou na to, aby obalila celé torpédo. Pomohl ji tedy rozevřít a prodloužit tak, že část spálených plyn vypouštěl na příď.

Prototyp nového torpéda se sice objevil už v 80.letech, avšak teprve počátkem 90.let po dalším vývoji vyzrál do použitelné podoby. Nyní ruský Škval, čili Náraz větru, dosahuje rychlosti až 500 km/h. Z ponorky se vystřeluje jako šíp pomocí mechanického katapultu. Ten mu udělí rychlost dostatečnou na to, aby vznikla dutina a mohl se zažehnout raketový motor. Škval nedává nepřátelské ponorce čas na reakci jejich pomalých torpéd, popřípadě je i sám může ničit.

Ruské superrychlé torpédo je ovšem pomalé proti tomu, co vyvinuli Američané, kteří se počátkem 90.let zaměřili na podvodní střely bez vlastního pohonu. Vědci z NUWC v roce 1997 dokázali ve vodě překročit rychlost zvuku. Jejich nepoháněný projektil s pečlivě tvarovanou špicí vystřelovaný z podvodní zbraně překročil rychlost 5400 km/h, tedy 1 500 m za vteřinu. Další vývoj se přibližuje hranici 2,5 km za vteřinu, rychlostnímu rekordu konvenčního střeliva ve vzduchu.

Novou zbraní lze ze vzduchu ničit podmořská minová pole. V rámci projektu RAMIC vznikla speciální munice s plochou špicí naváděná laserem. Standardní 20milimetrová zbraň Gattling umožňuje z výšky 350 metrů ničit miny uložené až 12 metrů pod hladinou. Co ovšem nadzvukové ponorky? Vojáci nechtějí uvádět rychlosti, kterých pokusně dosáhli s poháněnými prostředky, ale není důvod, pro by novou technologii nešlo uplatnit na ponorky s lidskou posádkou.

Vyžadovalo by to především výkonný a kompaktní pohonný systém. Mohla by to být raketová jednotka spalující práškové aluminium oxidované vodou, takže by nemusela mít kyslíkové nádrže. Hodí se však jen na krátké vzdálenosti. Pokud by se použil jaderný reaktor umožňující rychlosti až 2,5 km za vteřinu, cesta z Londýna do New Yorku by trvala méně než hodinu. Superkavitační ponorka by tak deklasovala dokonce i následovníky concordů , pokud by v té době létali.

Znamenalo by to ovšem nestrefit cestou velrybu – a řízení představuje další problém. Škval střílí svá torpéda přímo. A stálo značné úsilí vůbec stabilizovat projektil tak, aby neměnil směr. Není sice žádoucí, aby do styku s vodou přicházelo cokoli jiného než příď, ale u podmořského nadzvukového člunu zřejmě bude třeba něco obětovat na řídící křidélka.

Nikdo ovšem zatím nezná odpověď na to, jak urychlit prostředek s posádkou na takovou rychlost, aby se kolem vytvořila superkavitační bublina. Krom toho by musela posádka být vystavena jak při startu, tak při brždění značnému zrychlení a zpomalení.

S využitím tisku a informací mého známého Ing. Honzy Dubiny, konstruktéra turbín a stavidel.


Pozn. ZŠ:
Kavitace, pokud si správně ze školy pamatuju, vzniká při turbulentním proudění kapaliny kolem tělesa, například kolem lopatek turbíny nebo lodního šroubu. V některých místech překročí vzájemná rychlost části kapaliny a pevného tělesa rychlost zvuku - tedy rychlost šíření tlakových změn.

V tom místě na chviličku vznikne kapsa, v níž je nic - vakuum. Ta kapsa se rychle naplní parami kapaliny. A rychle zanikne.

Erozi pohybujících se lopatek způsobují tlakové změny okolního media (vakuum - tlak okolí+dynamický tlak - vakuum). Lopatka je potom jakoby poďobaná, jsou z ním vytrhávány mikroskopické části materiálu.

autor: Zbyněk Růžička
redakčně zpracoval: Zdeněk Šraier