В суперкавитации пузырь газа окружает подводный аппарат, уменьшая сопротивление трения и позволяя быстро перемещаться по воде.«В основном суперкавитация используется для значительного уменьшения сопротивления и увеличения скорости тел в воде», — сказал Грант М. Скидмор, недавний доктор философии в Пенсильвании. получатель в области авиакосмической техники. «Однако иногда эти тела могут быть заблокированы в пульсирующем режиме, вызывая проблемы со стабильностью и шумом».
Чтобы создать пузырь вокруг транспортного средства, воздух вводится спереди и расширяется назад, чтобы охватить весь объект. Однако иногда пузырек сжимается, и часть транспортного средства намокает. Периодическое расширение и сжатие пузыря называется пульсацией и является источником нестабильности и шума.
«Сжимать и расширять — плохо», — сказал Тимоти А. Брунгарт, старший научный сотрудник ARL и доцент кафедры акустики. «Сначала мы рассмотрели проблему на бумаге, а затем экспериментально».Сначала исследователи проанализировали проблему аналитически, что предложило решение, но затем подтвердить с помощью эксперимента оказалось непросто. Идеальный результат для суперкавитации состоит в том, что пузырек газа формируется, охватывает все транспортное средство и выходит за ним, рассеивая пузырь в виде двойных вихрей.
Другой приемлемой схемой выхода газа является возвратная струя, при которой часть выпущенного газа переворачивается и снова входит в полость, но следует избегать пульсации. Исследователи сообщают о результатах своего аналитического анализа и экспериментов в Интернете в Международном журнале многофазных потоков.«Эту проблему легче изучить в лаборатории, чем в открытой воде», — сказал Майкл Дж. Моени, старший инженер-исследователь ARL. «Есть буксирные бассейны, куда можно тянуть модели, но наблюдать за тем, что происходит, труднее, чем в водном туннеле, а экспериментальные прогоны короткие из-за размеров бассейна».
Исследователи ARL решили использовать водяной туннель диаметром 12 дюймов на объекте Garfield Thomas Water Tunnel для проверки своих численных расчетов.«Водный туннель был самым простым способом наблюдать за экспериментом», — сказал Брунгарт. «Но не самое простое место для создания пульсации».Создать суперкавитационный пузырь и заставить его пульсировать, чтобы остановить пульсации внутри трубы водяного туннеля с жесткими стенками, не было сделано.
«В конце концов мы резко увеличили давление газа, а затем резко снизили его до пульсации», — сказал Жюль В. Линдау, старший научный сотрудник ARL и доцент аэрокосмической техники. «Это было проблемой, потому что стены туннеля находятся очень близко. Другие не могли получить пульсацию в закрытом туннеле.
Это то, что мы сделали».Как только они смогли предсказуемо создать явления в водном туннеле, им пришлось применить свое численное решение к экспериментальной модели. Они обнаружили, что как только у них была суперкавитация с пульсацией, они могли попеременно увеличивать и уменьшать воздушный поток синусоидальным образом, и во многих случаях пульсация прекращалась.
Количество и скорость изменения воздушного потока не коррелировали только с одной частотой пульсации, но могли успокоить ряд состояний пульсации.Исследователи сообщили, что «несмотря на то, что модуляция скорости вентиляции была эффективной для подавления пульсации в широком диапазоне частот, не все частоты модуляции привели к переходу к режиму закрытия двойного вихря».
Модуляции расхода воздуха вверх и вниз, которые не привели к желаемому двойному вихрю, действительно изменили частоту пульсации.Исследователи отмечают, что успешная суперкавитация может уменьшить сопротивление подводных аппаратов настолько, чтобы увеличить скорость примерно в 10 раз.
«Технология суперкавитации может в конечном итоге позволить высокоскоростную подводную сверхзвуковую транспортировку», — сказал Моэни. «Это может быть единственный способ получить скорость. Без технологии невозможно контролировать кавитацию, возникающую в результате этих скоростей».