Supercavitatia este un concept care foloseste efectul de cavitate pentru a creea o bula de gaz in interiorul unui lichid, permitand unui obiect sa calatoreasca cu viteze mari prin lichid, datorita inglobarii sale in bula de gaz. Aceasta bula de gaz reduce frecarea, lucru necesar deoarece frecarea e de 1000 de ori mai mare in apa decat in aer.
Cavitatia apare atunci cand presiunea apei e coborata sub nivelul presiunii vaporilor, sau presiunea vaporilor este marita pana la nivelul presiunii apei. Acest lucru se intampla de regula datorita vitezelor mari, dar poate avea loc la orice viteza, ba chiar si in lipsa ei. Cavitatia apare intr-o pompa sau in jurul unui obstacol, cum ar fi o elice ce se invarte cu viteza mare sau intr-o masa de lichid (cum ar fi un ceainic) datorita schimbarilor de temperatura si de presiune. Presiunea lichidului poate scadea datorita vitezei mari (principiului lui Bernoulli), iar atunci cand presiunea scade sub nivelul presiunii vaporilor de apa sau temperatura creste, presiunea vaporilor va creste si ea egaland-o pe cea a apei, iar apa se vaporizeaza – formand bule mici de vapori de apa. In hidrodinamica normala, cavitatia este un fenomen neintentionat si nedorit, bulele nu se pot sustine asa ca implodeaza, producand o crestere de presiune ambientala.
Obiectele supercavitationale folosesc acest fenomen intr-un mod mai extins si sustinut. Caracteristicile principale ale unui obiect supercavitational fiind forma speciala a botului, adica este plat si cu muchii ascutite si o forma generala a corpului cu proprietati aerodinamice si hidrodinamice. In timpul cursei subacvatice, cursa ce are loc la viteze de aproximativ 44,7 m/s , botul obiectului deviaza apa inspre exterior la o viteza atat de mare, incat nu mai atinge suprafata obiectului. Presiunea apei are nevoie de timp pentru a produce colapsul cavitatii create, de aceea botul obiectului deschide si extinde aceasta bula de vapori. Daca i se acorda suficienta viteza sau daca se injecteaza gaz intr-o bula partial formata, cavitatea poate fi extinsa pana la acapararea completa a obiectului. Un obiect cu proprietati supercavitationale „zboara” prin lichid.
Principiul supercavitatii e folosit pentru producerea unor elici de inalta performanta, dar si pentru suprafete de control cum ar fi carmele.
Elicea supercavitationala foloseste supercavitatia in mod activ pentru a reduce frictiunea. Elicea supercavitationala este folosita in scopuri militare si pentru vase de cursa de mare performanta.
Elicea supercavitationala opereaza sub nivelul apei.
Palele elicei supercavitationale sunt mai subtiri la margini, pe masura ce se apropie de axul elicei se ingroasa.
Cavitatea colapseaza in spatele palei, acesta este motivul pentru care elicele supercavitationale evita eroziunea datorata cavitatiei, care e o problema comuna la elicele conventionale.
O alternativa la elicea supercavitationala este strapungerea suprafetei sau elicea ventilata. Aceste elice sunt proiectate sa „despice” apa si sa „captureze” aerul atmosferic care umple vidul creeat de pala, ceea ce inseamna ca stratul de gaz care acopera pala elicei e format din aer, nu din vapori de apa.
In felul acesta este folosita mai putina energie iar suprafata elicei intampina mai putina frecare decat cea supercavitationala.
Arme submersibile supercavitationale
Obiectivul acestui proiect este sa dezvolte manevrabilitatea, controlul si ghidarea hehiculelor pentru a obtine reactii cat mai rapide. Grupul care se ocupa de acest proiect are trei obiective:
– fizica supercavitationala
– ghidarea vehiculului
– controlul vehiculului
Fizica supercavitationala se ocupa cu intelegerea fundamentelor supercavitatiei si calculele numerice ale curentilor bifazati. Ghidarea vehiculului se ocupa cu sensorii acustici si non-acustici, procesarea semnalelor, autopilotul si modalitatea de control a vehiculului folosita pentru a ghida vehiculul spre tinta.
Propulsia se bazeaza pe combustia acvatica a combustibililor hidroreactivi metalici, de regula bazati pe aluminiu. Pe langa faptul ca ofera, in mod direct, forta necesara propulsiei, acesti combustibili pot fi folositi impreuna cu apa, pentru a genera energie termala, care la randul ei poate fi convertita in curent electric.
De la sfarsitul celui de al doilea razboi mondial si pana in 2004, torpilele rusesti VA-111 Shkval au fost singurele aplicatii, cunoscute de public, ale supercavitatiei. Bula de gaz in interiorul carora se deplasau aceste torpile, se datora formei fuselajului, dar si a gazelor motorului care erau deviate, prin intermediul unei duze, catre botul aparatului.
In 2004, fabricantul german de armament Diehl BGT Defence, a anuntat ca detin propria lor torpila supercavitationala, Barracuda. In rapoartele de presa s-a anuntat ca atinge viteze de 800 km/h.
Incepand cu anul 1994, marina americana a inceput sa lucreze la un sistem de distrugere a minelor, inventat de C Tech Defense Corporation, cunoscut sub numele de RAMICS (Rapid Airborne Mine Clearence System).
Proiectul balistic al proiectilului ii permitea sa produca o distrugere exploziva a minelor, pana la o adancime de 45 de m.
In 1999 supercavitatia a fost adaptata pentru proiectilele de vanatoare. Aceste proiectile „SuperPenetrator” ofereau un traseu stabil de penetrare in mediile acvatice.
Supercavitatia – Video Youtube
