La supercavitación es el uso de una burbuja de cavitación para reducir la fricción de la piel sobre un objeto sumergido y permitir altas velocidades . Las aplicaciones incluyen torpedos y hélices , pero en teoría, la técnica podría extenderse a toda una embarcación submarina.
La cavitación es la formación de burbujas de vapor en un líquido causada por el flujo alrededor de un objeto. Las burbujas se forman cuando el agua se acelera en esquinas afiladas y la presión cae por debajo de la presión de vapor . La presión aumenta al desacelerar 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 formación de 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 trasero 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 estar articulada y tener la forma de un disco plano o un cono. La forma del objeto supercavitante es generalmente delgada, por lo que la burbuja de cavitación rodea el objeto. Si la burbuja no es lo suficientemente larga para abarcar el objeto, especialmente a velocidades más lentas, la burbuja se puede agrandar y extender inyectando gas a alta presión cerca de la punta del objeto. [1]
La altísima velocidad necesaria para la supercavitación se puede alcanzar temporalmente mediante proyectiles disparados bajo el agua y proyectiles que entran en el agua. Para la supercavitación sostenida, se utiliza la propulsión de cohetes, y el gas del 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:
La Armada rusa desarrolló el torpedo de supercavitación VA-111 Shkval , [3] [4] que utiliza propulsión por cohete y supera 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 y su producción en masa comenzó en 1978. Se desarrollaron varios modelos, siendo el más exitoso, el M-5, completado en 1972. De 1972 a 1977, más Se realizaron 300 lanzamientos de prueba (el 95% de ellos en el lago Issyk Kul ). [ cita necesaria ]
En 2006, el fabricante de armas alemán Diehl BGT Defense anunció su propio torpedo supercavitante , el Barracuda, ahora oficialmente llamado Superkavitierender Unterwasserlaufkörper (inglés: proyectil submarino supercavitante ). Según Diehl, alcanza velocidades superiores a los 400 kilómetros por hora (250 mph). [5]
En 1994, la Armada de los Estados Unidos comenzó a desarrollar el Sistema rápido de remoción de minas aerotransportadas (RAMICS), un sistema de remoción de minas marinas 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 un solo disparo. [7] En 2000, en Aberdeen Proving Ground , proyectiles RAMICS disparados desde una cañonera Sea Cobra suspendida destruyeron con éxito una serie de minas submarinas activas. En marzo de 2009, Northrop Grumman completó la fase inicial de pruebas de RAMICS para su introducción en la flota. [8]
Irán afirmó haber probado con éxito su primer torpedo de supercavitación, el Hoot (Ballena), del 2 al 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 Asuntos Exteriores ruso, Sergey Lavrov, negó haber suministrado la tecnología a Irán. [10]
En 2004, 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 puedan 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 finales de 2006. [ cita necesaria ] En 2009, DARPA anunció avances en una nueva clase de submarino:
El diseñador del submarino, Electric Boat, está trabajando en un modelo a escala de un cuarto para pruebas en el mar frente a la costa de Rhode Island. Si las pruebas tienen éxito, Electric Boat comenzará la producción de un submarino a gran escala de 100 pies. Actualmente, el submarino más rápido de la Armada sólo puede viajar a entre 25 y 30 nudos mientras está sumergido. Pero si todo va según lo previsto, el Underwater Express avanzará a 100 nudos, lo que permitirá la entrega de hombres y material más rápido que nunca. [11]
Un prototipo de nave llamado Ghost utiliza la supercavitación para impulsarse sobre dos puntales con bordes afilados. Fue diseñado para operaciones sigilosas por Gregory Sancoff de Juliet Marine Systems. El barco navega suavemente en aguas agitadas y ha alcanzado velocidades de 29 nudos. [12]
Según se informa, la Armada china [13] [14] [15] y la Armada estadounidense [16] están trabajando en sus propios submarinos supercavitantes utilizando información técnica obtenida del torpedo de supercavitación ruso VA-111 Shkval.
Una hélice supercavitante utiliza supercavitación para reducir la fricción de la capa de 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 muy por 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 necesaria ]
La munición supercavitante se utiliza con armas de fuego submarinas alemanas ( Heckler & Koch P11 ) y rusas , [17] y otras armas similares. [18]
Inicialmente se pensó que el desastre del submarino Kursk había sido causado por un torpedo supercavitante Shkval defectuoso, [19] aunque evidencia posterior apunta a un torpedo 65-76 defectuoso .