Was ist Kaviation?
Wie entsteht sie?
Ist Kaviation dafür verantwortlich, dass der Wasserwiderstand bei Hochgeschwindigkeits-Unterwasser-Projektilen beim Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit schlagartig abnimmt?
Was ist Kaviation?
Wie entsteht sie?
Bitte hier nachlesen:
http://www.wb.bv.tum.de/deutsch/forschung/huber/hube…
Zitat
Kavitation ist eine äußerst unerwünschte Erscheinung in schnell strömenden Flüssigkeiten bzw. an mit hoher Geschwindigkeit in Flüssigkeiten bewegten Teilen. An Orten hoher Umströmungsgeschwindigkeit werden durch lokale Druckabsenkung mit Dampf gefüllte Hohlräume gebildet, die in Gebieten wieder ansteigenden Druckes in sich zusammenfallen.
Die dabei auftretenden hohen örtlichen Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten können eine Zerstörung des Werkstoffes der Strömungsberandung zur Folge haben. So werden die
jährlich allein in Europa durch Kavitationserosion an Strömungsmaschinen hervorgerufenen Schäden auf weit über 100 Mio. DM geschätzt.
Die Vorhersage - oder besser die Vermeidung - von Kavitation ist das Ziel beim Entwurf von hydraulischen Maschinen wie Turbinen, Pumpen, Propellern und wasserbaulichen Anlagen. Kavitation entzieht sich jedoch noch immer exakter theoretischer Vorhersage, deshalb sind Modellversuche notwendig.
Ende Zitat
Ist Kaviation dafür verantwortlich, dass der Wasserwiderstand
bei Hochgeschwindigkeits-Unterwasser-Projektilen beim
Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit schlagartig
abnimmt?
Das nennt man Super-Kaviation. Dabei sinkt der Druck um das gesamte Projektil so stark, daß das Wasser verdampft und das Projektil vollständig von einer Kaviationsblase eingeschlossen wird. Angeblich gibt es bereits Torpedos, die dieses Prinzip nutzen und ganz verwegene wollen damit sogar ganze U-Boote mit mehreren tausend km/h durchs Wasser düsen lassen.
Das Thema hatten wir vor ein paar Wochen schon einmal.
Ich habe mir damals den Text eines Links für meine Sammlung kopiert.
Nach dem Text einige Bemerkungen von mir.
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Der Widerstand des Wassers
Von
Michaela Simon 24.07.2000
Das Militär entwickelt ein U-Boot, das schneller fahren soll als die Concorde
Unterwasserreisen in Überschallgeschwindigkeit sind Zukunftsmusik, die notwendige
Technologie ist jedoch bereits entwickelt. Angewendet könnte sie einem
Unterwasserschiff ermöglichen, in der Stunde Tausende von Kilometern zurückzulegen
und dabei nicht einmal nass zu werden.
Wie viele seltsame Ideen ist auch das Überschall-U-Boot den Wirren des kalten Krieges
entsprungen. In den Sechzigern hatte die Sowjetunion relativ langsame Boote und war mit
Torpedos konfrontiert, die ihre U-Boot Flotte ziemlich alt aussehen ließen. Anstatt die
konventionelle Torpedotechnologie zu pushen, beschloss man, die Amerikaner mit einer
radikalen Lösung auszubooten.
Was es in erster Linie zu überwinden galt, war der Widerstand des Wassers. Jedes Objekt, wie
stromlinienförmig es auch sein mag, erzeugt Widerstand, wenn es sich durch eine Flüssigkeit
bewegt. Das passiert in der Luft zwar auch, doch da Wasser im Vergleich zu Luft eine
tausendfache Dichte hat, erzeugt es auch tausend Mal so viel Widerstand. Die Antriebskraft,
welche nötig ist, um das Wasser wegzudrücken, ist proportional zu der dritten Potenz der
Geschwindigkeit des Objektes. So war jede Verstärkung des Antriebes nur eine magere
Geschwindigkeitserhöhung.
Anfang der Sechziger aber hatte Mikhail Merkulov am Institut für Hydrodynamik in Kiev
eine Erleuchtung: dass nämlich die Lösung in einem Phänomen liegt, das man als Kavitation
bezeichnet. Eine gewagte Idee, denn normalerweise ist die Kavitation mehr Fluch als Segen.
Der Begriff, der von dem lateinischen Wort cavus - hohl - abgeleitet ist, bezeichnet die
Hohlraumbildung in flüssigen Medien. Dieser Vorgang kann in einem Fluid durch eine
Erhöhung der Temperatur (bei konstantem Druck) oder durch eine Druckabsenkung (bei
konstanter Temperatur) hervorgerufen werden. Die Wassermoleküle bilden Blasen, wenn sie
nicht durch genügend Druck zusammengehalten werden. Kavitation tritt in vielen Bereichen
der Technik auf: bei hydraulischen Maschinen (Turbinen oder Pumpen), der Schifffahrt
(Schiffsschrauben), wasserbaulichen Anlagen (Stollen oder Schussrinnen) oder Motoren. In
allen Bereichen verursacht die Kavitation Schäden, die den Betrieb der Anlagen einschränken
oder sogar ganz unmöglich machen. Die eigentliche Kavitation ist noch relativ ungefährlich.
Schäden entstehen erst, wenn die Kavitationsblasen in Zonen höheren Drucks transportiert
werden und dort implosionsartig zusammenfallen.
Aber Super-Kavitation ist etwas anderes. Unter bestimmten Bedingungen (z.B. einer
Mindestgeschwindigkeit von 180km/h) kann eine einzelne Kavitationsblase gebildet werden,
welche das sich bewegende Objekt fast vollständig umschließt. Newton hat 1687 in seinen
Principia Mathematica die Grundprinzipien der Superkavitation bereits verstanden, aber die
praktische Umsetzung ist schwer.
Die leicht gebogene Nase ist das einzige, was an Merkulovs Unterwassergeschoss dem
Wasser ausgesetzt ist und dessen Widerstand provoziert. Ohne Wasser konnte man aber nicht
mit konventionellen Propellern arbeiten, so musste man einen neuartigen Unterwasserantrieb
finden. Raketen? Sie funktionieren im leeren Raum und sie sind stark. Trotzdem gab es noch
viele technische Fragen: angefangen von der Beschaffenheit der Nase, damit sie dem
extremen Druck standhält, bis zur Erzeugung einer künstlichen Kavitation wurde über
Jahrzehnte hinweg getüftelt. Anfang der Neunziger erst konnte in Russland ein Torpedo,
genannt „Shkval“, gebaut werden, der, vom U-Boot aus abgeschossen wie ein Pfeil, mit einer
Geschwindigkeit von 500 km/h durchs Wasser raste: eine neue Wunderwaffe.
Eine lahme Ente jedoch, wenn man sieht, was kurz danach kam, nämlich die Durchbrechung
der Schallgeschwindigkeit im Wasser. 1997 ist der erste Beweis „abgetaucht“: Forscher vom
US Naval Undersea Warfare Center (NUWC) in Newport, Rhode Island, feuerten mit
einem Unterwassergeschütz ein Projektil ab, das fast 1,5 Kilometer in der Sekunde
zurücklegt. Das ist gar nicht so weit entfernt von dem Geschwindigkeitsrekord von 2,5
Kilometer pro Sekunde für konventionelle Munition in der Luft.
Eine Kugel durchs Wasser zu schießen ist eine Sache. Eine andere Sache ist es, in einer von
Raketen angetriebenen „Nussschale“ zu sitzen, die durchs Wasser rast und von einer Luftblase
umhüllt wird. Militärwissenschaftler diskutieren, welche Geschwindigkeit möglich wäre und
anscheinend gibt es keinen Grund, warum das U-Boot nicht so schnell durchs Wasser
schießen sollte wie eine Kugel. Und auch keinen Grund, warum man es nicht bemannen
könnte.
Doch es fehlt noch am richtigen Antrieb. Eine Aluminium verbrennende Rakete wäre eine
Möglichkeit. Da sie das Wasser als Sauerstofflieferant benutzen würde, müsste keiner
mitgenommen werden. Wenn es aber zu langen Tauchstrecken kommt, braucht man eine
größere Kraftquelle, also einen Atomreaktor. Dann könnte man - mit einer Geschwindigkeit
von 2,5 Kilometern in der Sekunde - die Strecke London-New York in weniger als einer
Stunde schaffen und lässig die Concorde abhängen. Vorausgesetzt, man stößt nicht mit einem
Wal zusammen.
Denn mit dem Lenken ist das noch so eine Sache. Bis jetzt sind die Dinger nicht zu steuern,
also „Straight Shooter“. Doch Kam Ng vom Office of Naval Research und sein Team arbeiten
daran. „Das Kriegswesen wird durch die Super-Kavitation vollständig revolutioniert,“
prognostiziert er.
Soweit der Text.
Keine Ahnung warum das Wasser --> VOR
3 Like
[viel Zeugs "uber Sowjets und Superkavitation bei U-Booten]
und ich hielt „Das Geheimniss dreier Ozeane“ f"ur mittelm"assige SF/Fantasie: Superleichtmetalle f"ur superleichte Tiefseetauchanz"uge, Ultraschallwaffen a la Neutronenbombe, U-Boot mit Raketenantrieb mit superschnellmodus, Hydrolyse, Strom durch Peltier-Elemente mit 1500m H"ohendifferenz, Unterwassersaurier, intelligente Riesenkrabben, goldproduzierende Muscheln,… und nat"urlich eine wilde Agenten-Story um die Superwaffe kurz vor WWII (deshalb wohl keine Kernreaktoren).
Die Entstehungszeit kommt auch hin.
Ciao Lutz
Grigori Adamow: Das Geheimnis zweier Ozeane, wohl vor 1940, mit Raketenantrieb unter Wasser in einer Dampfblase. War ziemlich popul"ar, und die Trennung zwischen SF und Wissenschaft war nie sehr streng in der SU, zumindest was popul"arwissenschaftliche Publikationen betraf.
Ciao Lutz
Holla
Das mit dem Projektil würde mich näher interessieren.
Wie weit ist das Projektil geflogen? Wie hoch war der
Wasserwiderstand (die Verzögerung)
des Projektiles?
Wenn ich eine Kugel in den Sand schiesse, fliegt sie ja auch
mit einigen hundert Metern
pro Sekunde „durch den Sand“. Leider ist die Verzögerung so
hoch, das ich Sie nach wenigen
cm „Sandflugweg“ finden werde.Tolle Sachen beschreiben ist das eine, vorführen ist viel
interessanter.
Hm, gerade vor ein paar Tagen war darueber ein Bericht im TV (keine Ahnung wo, habs beim zappen erwischt).
Kurze Zusammenfassung aus dem Gedaechtnis:
Labor in den USA, Projektile sahen aus wie eine lange duenne Nadel (ca. 30 cm lang) mit der Besonderheit, das die Spitze leicht abgeflacht war.
Es wurden Versuchsschuesse gezeigt, kann mich aber an die erreichte Geschwindigkeit nicht erinnern. Das Problem scheint _nicht_ der „Flug“ durch das Wasser zu sein (durch leichtes Pendeln des Geschosses (?) bleibt die „Luftblase“ erhalten), sondern der Eintritt in das Wasser (Beschleunigung erfolgt vorher).
Es wurde ein Fehlversuch gezeigt, wobei die vordere Haelfte der Nadel durch den Wasserdruck komplett nach hinten zu einer Schleife gebogen wurde.
Fazit: Man ist dabei, aber noch im ersten Versuchsstadium. Torpedos oder gar U-Boote mit dieser Technik gibt es nicht, und wird wohl noch laaange dauern.
Gruss, Lutz
Zusatz: TV-Sendung
Hm, gerade vor ein paar Tagen war darueber ein Bericht im TV
(keine Ahnung wo, habs beim zappen erwischt).
Am Wochenende, Pro7, „Welt der Wunder“
L.
Warum es keine Riesen gibt
Projektil (Nadel) und U-Boot
Ich werde jetzt einmal total vom Thema abschweifen.
Titel: Warum es keine Riesen gibt.
Ich bin 1,78m groß.
Morgen bin ich 17,8m (also 10x) groß. Die Proportionen haben sich nicht verändert.
Der Querschnitt durch mein Gehirn (Länge x Breite) ist deshalb um das 100fache gewachsen.
Das Volumen meines Gehirnes ist um das 1000fache gewachsen. (Länge x Höhe x Breite)
Damit enden aber schon die Vorteile von dem Wachstum.
Mein Knochenquerschnitt ist um das 100fache gewachsen.
Meine Masse allerdings um das 1000fache.
Meine Knochen müssen nun leider das 10fache pro Flächeneinheit aushalten.
Meine Muskeln müssen jetzt auch das 10fache pro Quadratzentimeter Querschnittfläche ziehen.
Das Blut in meinen Adern strömt jetzt mit 10facher Geschwindigkeit.
Der Druckverlust in den Adern durch eine Aderwindung steigt allerdings um das 100fache. (dp = zeta*v^2/(2*g)).
Die Fläche um Schweiss abzusondern (Kühlung) ist um das 100fache gestiegen.
Die benötigte Leistung um auf die gleiche Geschwindigkeit (z.B. 10km/h) zu beschleunigen ist um das 1000fache gestiegen (auch wenn das bei dem Riesen sehr langsam aussieht).
Die Kühlfläche muß jetzt die 10fache Kühlleistung pro Flächeneinheit schaffen. …
Die Geschichte kann beliebig vertieft werden, soll aber lediglich das Verständnis für die Modellgesetze wecken.
Ich zähle mich nicht zu den Menschen die sagen „Das wird niemals funktionieren“, ich glaube aber abschätzen zu können, wieweit wir von einer technischen Realisierung entfernt sind.
Im Falle Nadel zu U-Boot sicherlich soweit, das wir alle das nicht mehr erleben werden.
Vielleicht gibt es auch niemals einen Werkstoff der diese Belastungen aushält???
Noch mehr Grüße an alle Zweifler.