/forskning

USA tester model af ubåd, der skal sejle 180 km/h

Ved at udnytte princippet om superkavitation vil det amerikanske militær udvikle ubåd, der kan sejle 180 km/h. Til foråret skal den første model vise, om planen holder.

Klik for at se billedet i stort

Superkavitation opstår, når et legeme, der med høj hastighed bevæger sig gennem en væske, danner et undertryk omkring sig. Væsken overgår til gasform, danner en luftlomme omkring legemet og mindsker modstanden med op til en faktor 1.000. I praksis fødes kavitationen med trykluft eller forbrændingsgasser fra en dyse i spidsen af torpedoen eller ubåden. (Foto: St. Anthony Falls Laboratory, University of Minnesota)


Læs mere om

Af Jesper Gormsen, fredag 15. jan 2010 kl. 17:02

Om få måneder går det løs i farvandet ud for Rhode Island: Her skal firmaet Electric Boat teste en 1:4 model af en ubåd, der skal kunne sejle 180 km/h.

Modellen er første store skridt på vejen mod at opfylde den kontrakt som Electric Boat i 2005 vandt fra Darpa - det amerikanske militærs forskningsagentur.

Opgaven lød på at udvikle en 30 meter lang bemandet og manøvredygtig ubåd, der kan holde en fart af 180 km/h i mindst ti minutter. Et fartøj med sådanne specifikationer vil på den tid kunne bringe en gruppe frømænd og eventuelle VIP-gidsler fra en operation på land ud i internationalt farvand, 12 sømil (22 km) fra kysten.

Sådanne hastigheder under vand er kun mulige ved at udnytte såkaldt superkavitation - et fænomen, der danner en "klokke" af gas omkring et legeme.

Inden for skibsfart er kavitation normalt et uønsket fænomen. Når trykket omkring en skibsskrue falder til under vands damptryk opstår der bobler, og når de kollapser dannes der små chokbølger, hvilket kan forårsage vibrationer og slid.

Sovjetisk torpedo med 350 km/h

Men hvis man kontrollerer denne effekt gennem "superkavitation", kan man sænke vandmodstanden dramatisk og gøre det muligt at bevæge sig langt hurtigere gennem en væske.

Superkavitation blev første gang udnyttet i den sovjetiske torpedo Shkval. Takket være en dyse i næsen af torpedoen kunne det otte meter lange og tre ton tunge undervandsmissil skyde 350 km/h - tre gange hurtigere end en konventionel torpedo og syv gange hurtigere end en ubåd. Hverken denne eller senere superkaviterende torpedoer har imidlertid været særligt manøvredygtige.

I 2005 iværksatte det amerikanske militærs forskningsagentur Darpa sit "Underwater Express Program". Formålet med programmet er at afklare, om man ved hjælp af superkavitation kan udvikle en ny type højhastighedsfartøj til undervandstransport af værdifuld last eller små eliteenheder.

Samme år sendte Darpa det superkavitationsprojekt i udbud som Electric Boat vandt og nu skal teste sin løsning på.

Electric Boat har foreløbigt modtaget 134 millioner kroner til udviklingsarbejdet, og testen til foråret skal dokumentere, at fartøjet kan ændre dybde, kurs og hastighed, uden at kavitationsboblen bliver ustabil.

Talsmænd for Electric Boat forsikrer, at man har skabt et stabilt og manøvredygtigt fartøj, men hvordan vil (og må) de ikke sige. Kommentatorer tvivler dog på, at ubåden er udstyret med ror, der rager ud af kavitationsklokken. De vil simpelthen blive revet af på grund af vandets enorme modstand. En bevægelig næsedyse er heller ikke videre sandsynligt på et 30 meter langt fartøj.

Lektor ved DTU Mekanik og specialist i hydrodynamik Poul Andersen mener, at hastigheder, som dem Darpa kræver, kun kan frembringes af en raketmotor. Styringen kunne derfor ske ved at dreje raketdysen.

Testsejladsen til foråret vil afgøre, om Darpa bestiller en egentlig prototype i fuld skala.



15. jan 2010 kl 19:55

J H

Videre endnu

Hvis konceptet virker og det ikke er fuldstændigt umuligt at styre, kunne det være interessant at udvikle dette til "normale skibe".

Man kunne evt. bruge et katamaran eller tremaran design, hvor man så kun havde nogle få støtter fra selve skibet og så ned til "torpedoen".

Ville sandsynligvis være mest relevant for passager industrien.


15. jan 2010 kl 20:04

Carsten Scherrebeck Møller

Flytning af masse

Sådanne hastigheder under vand er kun mulige ved at udnytte såkaldt superkavitation - et fænomen, der danner en "klokke" af gas omkring et legeme.

Gnidningsmodstand er kun én af faktorerne der bremser et legeme der flyder igennem en materie, i dette tilfælde en ubåd igennem forurenet vand (hav).

Vandets molekyler, og alle mulige andre arter af molekyler i vandet, fx fisk, har en undvigelseshastighed, som, hvis et legeme bevæger sig kun langsomt igennem, giver en gratis bortskaffelse af molekylerne foran ubåden. Jo hurtigere at ubåden bevæger sig, jo færre chancer har molekylerne for at kunne nå at bevæge sig bort med egne tilfældige bevægelser, og når ubådens hastighed bliver stor, da er der kun én måde for ubåden at skaffe sig vej at bevæge sig igennem: at komprimere vandets molekyler i en grad så der skabes et rør af tomhed igennem havet. Dette rør af tomhed, betyder at ubåden ikke kan flytte sig ved hjælp af mekanisk kraft, en raketmotor er nødvendig, og som forvandler ubåden til at være en rumraket, en raket der flyver i vakuum og molekyler i dampform. Trykket omkring ubåden vil være enormt, med en ultratynd hinde af damp eller af plasma. Et så stort tryk, omkring et meget aflangt og stift legeme, betyder at ubåden vil være som fastlåst i sin retning, meget vanskeligt at ændre på kursen. Men, ganske sikkert, er kursændring ikke nødvendigt, fordi en sådan funktion, at flytte en ubåd med høj hastighed, vil blive anvendt til militære manøvrer, at flytte en payload eller et våben midt under krig, som kan give taktiske fordele, måske en evne til at koncentrere sine samlede styrker hurtigere og mere uventet end fjenden, som er forudsætningen for at kunne vinde et slag, hvis fjenden er jævnbyrdig i øvrigt.

Cirka disse principper, i en helt anden skala, er på tilsvarende måde nødvendige at anvende, hvis man med et fartøj ønsker at overskride lysets bølgeudbredelseshastighed igennem vakuum. Hvad drivkraften, motorens art, da behøver at være, er et godt spørgsmål.


15. jan 2010 kl 21:01

Jonathan Dybkjær

Forresten..

I Danmark skriver vi "km/t", ikke "km/h".


16. jan 2010 kl 00:05

Jakob Bork

Re: Flytning af masse

ah, okay, det er måske raketvidenskab, men så er det heller ikke værre. Når man har fået ubåden op i fart, så er det da det mindste problem at dreje den en smule. At stikke noget ud til siden (ror) er måske ikke så god en ide, men så kan man vel dreje lidt på (raket)dysen.
Så kommer der ekstra pres på den ene side af "klokken", men det kan man vel regulere sig ud af ved at øge lufttrykket på den side af båden.

Og mon ikke også man kan dreje ved at justere sig indenfor denne klokke? Hvor tyk er den? Hvis den nu er 0.5 - 1 cm, så er der jo lidt at gøre med.

Til 134 millioner kr. så burde de da nok kunne præstere et eller andet.


16. jan 2010 kl 00:42

Jens Madsen

Re: Re: Flytning af masse

Hvad er drivmidlet til ubåden? Er den atomkraftdrevet, eller anvender den olie/gas?


16. jan 2010 kl 00:49

Kasper Jensen

180 km/t er voldsomt!

Med 180 km/t kan man ikke engang nå at bremse. Dvs at man vil styrte direkte ind i nogle fremmed objekter som kan og vil beskadige ubåden.

Hele ideen med de 180 km/t er måske ikke så smart.


16. jan 2010 kl 01:43

John Niss Hansen

Re: Flytning af masse

Hej Carsten

"Cirka disse principper, i en helt anden skala, er på tilsvarende måde nødvendige at anvende, hvis man med et fartøj ønsker at overskride lysets bølgeudbredelseshastighed igennem vakuum."

Du er vist ikke så glad for relativitetsteorien, eller hur ?


16. jan 2010 kl 03:18

Kasper Holm

fisk

Man kan kun håbe på der ikke ligger en blåhval og hyggefiser den i "flyveretningen".
Den skal med sikkerhed nok ikke nå at komme væk i tide!!
Men det måske derfor de gerne vil kunne styre den??
"Hey mester, radaren viser der hænger en luftballon i vores retning og dybde."
"Ja ok styrmand, den her gang undviger du op over, ikke ligesom sidst da vi ramte prutboblerne pga chokket den fik, og raketten var ved at gå til, for ikke at tale om lugten da vi kom ud..."


16. jan 2010 kl 03:46

John Johansen

Re: Flytning af masse

Jens Madsen:

Hvad er drivmidlet til ubåden? Er den atomkraftdrevet, eller anvender den olie/gas?

Tja!
Lektor ved DTU Mekanik og specialist i hydrodynamik Poul Andersen mener, at hastigheder, som dem Darpa kræver, kun kan frembringes af en raketmotor.


16. jan 2010 kl 03:48

Jens Madsen

Re: fisk

Hvis luftboblen kan skubbe vand til side med 180 km/t, vil jeg tro at lidt skind og skelet intet betyder. Det bliver bare skubbet til side.

Med 180 km/t kan man ikke engang nå at bremse.

Kan man ikke bare punktere luftboblen? Så vil ubåden sejle lige ind i en mur af vand, og sikkert blive nedbremset hurtigt.

Hele ideen med de 180 km/t er måske ikke så smart.
Hvad er det nu, at et uidentificeret dykkende objekt hedder forkortet?

UFO'er flyver - men der findes vist også forkortelser for tilsvarende på hav, under vand, og på jord.


16. jan 2010 kl 11:49

Morten Søgaard

Re: Re: fisk

Der kan vel placeres små dyser for og bag på ubåden, som derved kan affyres, og dermed give små kursændringer. Artiklen giver da anledning til utroligt mange spørgsmål.
Gad godt vide ved hvor lav hastighed boblen forbliver effektiv, med hensyn til nedbremsning, men ellers kunne man jo forestille sig at boblen langsomt "nedbrydes" og delvis skader ubåden ved kavitation, men også samtidigt give en nedbremsende effekt. Kunne fremdriften evt. være af damp fra reaktoren?


16. jan 2010 kl 14:19

Thomas Gade

Styring

Den russiske Shkval bruger angiveligt finner der strejfer indersiden af boblen, men omvendt begrænser det manøvredygtigheden. http://en.wikipedia.org/wiki/S...kval

Måske bruger andre en anden metode ved kursændringer; at boblen først gøres større så fartøjet kan dreje mere.

Sådan en kavitationsboble må larme enormt, så der er ikke så meget tvivl om hvad der foregår. Hvis lydhastigheden i vand er 1400m/s er det stadig godt 30 gange så hurtigt som fartøjet bevæger sig, så man har stadig en chance for at komme af vejen.


16. jan 2010 kl 15:40

John Johansen

Re: 180 km/t er voldsomt!

180 km/t ér måske meget, men inden for forskningen i superkavitation, regnes på hastigheder på 300-400 m/s (1.080-1.440 km/t)
Sågar hastigheder på 1.000 m/s (3.600 km/t) "or more"....

Se evt.: http://www.scientificamerican....ciam


16. jan 2010 kl 22:11

avatar

Lars Lundin

Re: Forresten..

Ja, og akronymet DARPA skrives med versaler.


16. jan 2010 kl 23:16

John Johansen

Re: Re: Forresten..

akronymet DARPA skrives med versaler.
ing.dk skriver ikke akronymer med fire, eller flere bogstaver med versaler.
- Underligt nok!?


17. jan 2010 kl 09:45

Gunnar Ericsson

180 km/t i vand?

Jeg har med stor fornöjelse läst de forskellige indläg.
Isär om den "hyggefisende blåhval".
En hval består vel till stor del av blöddele. Foruden skelettet, ja. Men en u-båd med den hastighet går vel bare "lige igennen" hvalen? (Siden hvad det kan ske med den kan man ju fundere over).
Og om "fiselugten": man märker vel ikke lugte under vand?


17. jan 2010 kl 13:08

John Vedsegaard

Re: Videre endnu

Ferrari eller Lamborghini byggede nogle offshore speedbåde med kavierne propeller for 20-30 år siden, de sad et stykke bag ved båden. Så det er vel ikke helt nyt, bortset fra at det er en undervandsbåd.


17. jan 2010 kl 23:17

Steen Guttknecht

Kavitering anvendt siden 70-erne

At spekulere i propellerens kavitation har været total basic practice siden sidst 60'erne eller først 70'erne. Rigtige potente baneracer powerboats, som f.eks. Molinaris to-skrogede F1'eren (se http://upload.wikimedia.org/wi....jpg ) har siden dengang haft deres motor (outboard) placeret ekstremt højt i forhold til vandspejlet. Og propellerne har været specialdesignet, så de i mest muligt effektiv udnyttede de særlige kraftoverførselsmssige fordele kavitationen kan give, når den ikke optræder som problem, men som ekstra fordel for udnyttelsen af propelleren på en (meget) hurtitgtgående båd. En kaviterende propel giver meget dårlig acceleration, men når en powerboat endelig har "fået fat" i vandet, og er kommet op i fart, er den kaviterende propel en konventionel propel langt overlegen.

Steen G :)


28. jan 2010 kl 15:10

Flemming Pedersen

Attitude kontrol af u-baaden i caviteten

Ud over de mulighder andre har paapeget, kunne retningen af u-baaden taenkes at blive styrbar, ved brug af fölgende arrangement:
Tre svinghjul, ikke saa store, der er anbragt vinkelret paa hinanden, og drevne af tre af hinanden uafhaengige elektromotorer monteres inde i u-baaden. Ved at accelerere eller deccelerere de tre svinghjul, kan man aendre retningen ( = yaw and pitch) samt haeldningen(= roll) af ubaaens skrog. Princippet anvendes idag til attitude kontrol af satelliter. For eksempel er kommunikations satelliter i den geostationaere bane tre akse stabiliserede ved hjaelp af oven for besskrevne arrangement.


Ny i debatten? Opret en brugerkonto

  • Seneste nyt
  • Mest læste
  • Topdebat
Populært på Facebook
 

Nyhedsbrev

Tilmeld dig vores nyhedsbrev.