סופרקביטציה
בתחום הטכנולוגיה הימית, סופרקביטציה היא טכנולוגיה הנעזרת באפקטים של קביטציה כדי ליצור בועה של אדים בתוך פאזה נוזלית של זורם הגדולה מספיק כדי לעטוף לחלוטין עצם הנע דרך הזורם, באופן שמפחית משמעותית את הגרר שפועל על העצם ומאפשר לו לפתח מהירויות גבוהות מאוד. יישומים קיימים של הטכנולוגיה הזאת מוגבלים בעיקר לקליעים או לטורפדו, כמו גם לסוגים שונים של מדחפים, אולם באופן תאורטי ניתן ליישם את הטכניקה גם לצורך הנעה של כלי תחבורה ימיים גדולים (צוללות).
האתגר המרכזי בפיתוח הטכנולוגיה אינו טמון במנגנון ההנעה בלבד אלא דווקא במנגנון ההנחיה; יכולת התמרון הקלאסי (באמצעות הגאים) של כל קליע שהוא, אטמוספירי או תת-מימי, תלויה ביחס ישר בחוזק הגרר שפועל על העצם, וכיוון שהטכנולוגיה מתבססת על הפחתת הגרר, שיטת התמרון בעזרת הגאים אינה אפקטיבית במקרה זה. היגוי של קליע או טורפדו המונעים בדרך זאת חייבים להתבצע לפיכך באמצעות תהליכים מורכבים בהרבה הכרוכים בעיוות צורת הבועה לכדי צורה אסימטרית שתייצר כוח פנייה. כיום, קיימים דיווחים שבצי האמריקני ובצי הסיני עמלים על פיתוח צוללות עם הנעת סופרקביטציה.
עקרון פיזיקלי
[עריכת קוד מקור | עריכה]במים, קביטציה מתרחשת כאשר לחץ המים יורד אל מתחת ללחץ האדים של המים, כך שנוצרות בועות של אדים. מצב כזה יכול לקרות כאשר מים מואצים למהירויות גבוהות, כמו למשל באזור המדחפים של אונייה. ככל שעומק המים (או הלחץ שלהם בעבור צינור מים) בו האצת הזורם מתרחשת גדול יותר, כך פוחתת הנטייה לקביטציה שכן גדל הפער בין הלחץ המקומי ולחץ האדים (מספר הקביטציה חסר הממדים הוא מדד לנטייה של בועות אדים להיווצר בתוך נוזל, והוא מחושב כהפרש בין הלחץ המקומי ולחץ האדים, חלקי הלחץ הדינמי). מרגע שהזרימה מאטה שוב, אדי המים ייטמעו בפאזה הנוזלית של המים. אפקט זה אחראי למשל, לשחיקה של מדחפי אוניות, שכן אם בועות האדים קורסות קרוב מאוד לפני השטח של להבי המדחף, הקריסה של כל אחת מפיקה מתקף מרוכז מאוד במרחב ובזמן, באופן שיוצר נזק.
ניתן לצפות בהופעת בועות אדי מים בספל של מים רותחים. במקרה זה לחץ המים אינו מופחת, אלא שלחץ האדים של המים מוגבר באמצעות חימום. אם מקור החום חזק מספיק, הבועות יתנתקו מתחתית הספל ויעלו לפני המים כאדים. במקרה שהספל מורחק ממקור החום הבועות ייטמעו מחדש במים שכשהם מתקררים.
קליע תת-מימי הנע בעזרת סופר קביטציה הוא קליע שצורתו מתוכננת כך שתאתחל את בועת הקביטציה באפו, שאמורה (בין אם באופן טבעי או באופן הנתמך בגז פנימי הנוצר בגוף הקליע) להימשך עד לקצה האחורי של הקליע, באופן שמפחית דרמטית את הגרר שהיה פועל עליו אילו היה בא במגע עם הנוזל שבו הוא שקוע. מאפיין מרכזי של קליע כזה הוא צורת האף, שניתן לעיצוב כדיסק שטוח או כחרוט, אך חייב להיות בעל שפה חדה לאורך היקף האף שמאחוריו מתהווה בועת הקביטציה. אם הבועה אינה באורך המספיק לעטוף את הגוף, מצב שקורה במיוחד במהירויות נמוכות, אז ניתן להרחיב את הבועה באמצעות הזרקה של גז בלחץ גבוה בסמוך לאזור האף.
המהירות הגבוהה מאוד הנדרשת כדי לאתחל את הבועה ניתנת להשגה באופן זמני על ידי חיבור מנוע רקטי חזק לקליע תת-מימי או באמצעות שיגור התחלתי של הקליע באטמוספירה, כאשר לאחר מכן הוא יחדור מהאוויר לפני המים.
אתגרים עתידיים
[עריכת קוד מקור | עריכה]כפי שצוין מקודם, האתגר המרכזי הוא לשכלל את הטכנולוגיה כך שתאפשר הנעה מבוקרת יותר, מודי הנחיה שונים ותפקוד בתרחישים ימיים משתנים. להלן מובאים מספר אתגרים עתידיים:
- פיתוח טורפדו עם יכולת תמרון גבוהה כדוגמת ברקודה הגרמני ופיתוחים רוסים.
- הסביבה מלאת הבועות שבה טורפדו המונע בדרך זו מוקף מייצרת רעש רב בפני ראש הביות של הטורפדו, ובכך מונעת ממנו להיות מסוגל להתביית באופן אפקטיבי על המטרה. ניתן לפתור בעיה זאת באמצעות עדכונים רציפים מצוללת האם ממנה שוגר הטורפדו לגבי מיקום ומהירות צוללת המטרה. כיוון אחר ומורכב יותר הוא יצירת ראש ביות משוכלל בהרבה המסוגל להתמודד עם הרעשים.
- מכיוון שנטיית אדי המים להיווצר תלויה באופן חזק בעומק המים המקומי, בעיה מרכזית היא יצירת טורפדו המסוגל לשמר את הבועה בעומקים שונים. למעשה, בעיה זו מגבילה את תנועת הטורפדו לכדי תנועה אופקית מאוד (כלומר בעומק קבוע), והופכת את ההתחמקות ממנו לקלה מאוד; צוללת המטרה יכולה פשוט להגדיל או להקטין את עומקה. יכולת תפקוד בעומקים שונים היא לפיכך אתגר מרכזי ביצירת טורפדו משוכלל.
