La supercavitación es el uso de una burbuja de cavitación para reducir la fricción superficial de un objeto sumergido y permitir altas velocidades . Las aplicaciones incluyen torpedos y hélices , pero en teoría, la técnica podría extenderse a un buque submarino completo.
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 cerradas 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 las hélices de los barcos y los impulsores de las bombas.
El potencial de formación de burbujas de vapor en un líquido se expresa mediante el número de cavitación adimensional . Es igual a la presión local menos la presión de vapor, dividida por la presión dinámica . A medida que aumenta la profundidad (o la presión 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 a alta velocidad que está diseñado para iniciar una burbuja de cavitación en su punta. 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 superficial del 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 forma de disco plano o cono. La forma del objeto supercavitante es generalmente delgada, de modo que la burbuja de cavitación envuelve el objeto. Si la burbuja no es lo suficientemente larga para envolver el objeto, especialmente a velocidades más lentas, la burbuja se puede agrandar y extender inyectando gas a alta presión cerca de la nariz del objeto. [1]
La altísima velocidad necesaria para la supercavitación se puede alcanzar temporalmente con proyectiles lanzados desde el agua o que se introducen en el agua. Para lograr una supercavitación sostenida, se utiliza la propulsión de un cohete y el gas del cohete a alta presión se puede dirigir hacia la nariz para mejorar la burbuja de cavitación. En principio, los objetos supercavitantes se pueden maniobrar utilizando varios métodos, entre ellos los siguientes:
La Armada rusa desarrolló el torpedo de supercavitación VA-111 Shkval , [3] [4] que utiliza propulsión de cohetes y supera la velocidad de los torpedos convencionales en al menos un factor de cinco. El NII-24 comenzó a desarrollarse en 1960 bajo el nombre en código "Шквал" (Squall). El VA-111 Shkval ha estado en servicio (exclusivamente en la Armada rusa) desde 1977 y la producción en masa comenzó en 1978. Se desarrollaron varios modelos, siendo el más exitoso, el M-5, completado en 1972. De 1972 a 1977, se realizaron más de 300 lanzamientos de prueba (el 95% de ellos en el lago Issyk Kul ). [ cita requerida ]
En 2006, el fabricante de armas alemán Diehl BGT Defence anunció su propio torpedo supercavitante , el Barracuda, ahora llamado oficialmente Superkavitierender Unterwasserlaufkörper (en español: 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 Aéreo Rápido de Despeje de Minas (RAMICS), un sistema de desminado submarino 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 el Aberdeen Proving Ground , los proyectiles RAMICS disparados desde un cañonero Sea Cobra en vuelo 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), 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 Asuntos Exteriores ruso , Serguéi Lavrov, negó haber suministrado a Irán esa tecnología. [10]
En 2004, la DARPA anunció el programa Underwater Express, un programa de investigación y evaluación para demostrar el uso de la supercavitación para una aplicación de naves submarinas de alta velocidad. El objetivo final de la Marina de los EE. UU. es una nueva clase de nave submarina para misiones litorales que pueda transportar pequeños grupos de personal de la marina o carga militar especializada a velocidades de hasta 100 nudos. La DARPA adjudicó contratos a Northrop Grumman y General Dynamics Electric Boat a fines de 2006. [ cita requerida ] En 2009, la DARPA anunció el progreso en una nueva clase de submarino:
El diseñador del submarino, Electric Boat, está trabajando en un modelo a escala de un cuarto para realizar pruebas en el mar frente a la costa de Rhode Island. Si las pruebas tienen éxito, Electric Boat comenzará la producción de un submarino de 100 pies a escala real. Actualmente, el submarino más rápido de la Armada solo puede viajar a una velocidad de 25 a 30 nudos mientras está sumergido. Pero si todo va según lo previsto, el Underwater Express avanzará a una velocidad de 100 nudos, lo que permitirá el transporte de hombres y material más rápido que nunca. [11]
Un prototipo de barco llamado Ghost utiliza supercavitación para impulsarse sobre dos puntales con bordes afilados. Fue diseñado para operaciones furtivas 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 en el torpedo supercavitante ruso VA-111 Shkval.
Una hélice supercavitante utiliza la supercavitación para reducir la fricción de la superficie 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. Funciona completamente sumergida con palas en forma de cuña para forzar la cavitación en toda la cara delantera, comenzando en el borde de ataque. Dado que la cavidad colapsa bastante 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. [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 .