Supercavitation - Définition
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Introduction
La supercavitation est un néologisme à partir du phénomène connu de cavitation. La supercavitation est une technologie de propulsion sous-marine permettant à un objet (jusqu'à présent des torpilles) de générer un enveloppe de vapeur par un gaz de combustion qui vaporisera l'eau afin de réduire le frottement. Le frottement dans l'eau est environ 1 000 fois plus grand que dans un gaz comme l'air, qui dans ce cas est de la vapeur d'eau.
De la cavitation à la supercavitation
La cavitation est un phénomène connu. Elle se produit quand un liquide est accéléré à grande vitesse, par exemple aux parois des pales d'une hélice. La pression du fluide baisse à cause de sa grande vitesse (Principe de Bernoulli) et quand la pression du liquide chute au-dessous de la pression de vaporisation, il se vaporise — typiquement en formant de petites bulles de vapeur d'eau, c’est-à-dire de l'eau dans sa forme gazeuse.
En hydrodynamique ordinaire, la cavitation est un phénomène qui, la plupart du temps, est fortuit et indésirable : habituellement, les bulles ne sont pas soutenues mais implosent à cause du ralentissement soudain du fluide et de l'élévation soudaine de la pression ambiante. Ces petites implosions peuvent même mener à des dommages physiques, par exemple à une hélice très rapide mal conçue.
Un objet, de type torpille, doit à prime abord contourner l'obstacle de la friction de l'eau environnante. La traînée d’un objet est proportionnelle à la masse volumique (ou densité) du fluide dans lequel il se déplace. La masse volumique de l’eau liquide étant beaucoup plus importante que celle de la vapeur d’eau, avec une force de poussée similaire, la torpille se déplace donc beaucoup moins vite dans l'eau.
Comment créer un milieu gazeux en plein milieu liquide?
Le principe de Bernoulli peut être vu, par exemple dans le cas d'une torpille, facilement comme le principe de conservation de l'énergie. La torpille en mouvement communicant de l'énergie cinétique au fluide sous forme d'énergie cinétique et thermique. La densité de l'eau fait en sorte que l'énergie cinétique de la torpille est davantage "pompée" que dans l'air, ce qui nécessite plus d'énergie pour le déplacement de la torpille.
Les caractéristiques visuelles d'une torpille en supercavitation sont un nez particulièrement travaillé, en général plat et une forme profilée hydrodynamique et aérodynamique. La forme du nez aura pour rôle de déflecteur.
Quand un tel objet au bout plat pénètre dans un fluide, l'eau est violemment défléchie (une balle de fusil à bout plat par exemple). La vitesse de l'objet est tel qu'une bulle l'enveloppant est visible.
Cependant, ceci n'est pas suffisant pour réduire la friction et la pression de l'eau qui est toujours subie à l'avant et qui restreint la vitesse de la torpille. La déflection naturelle de l'eau ne peut à elle seule engendrer une supercavitation vaporisant l'eau en avant de la torpille, avant même qu'elle n'entre en contact direct avec l'eau.
La création d'une supercavitation simplement par l'exercice d'une force plus grande sur l'eau n'est pas réaliste étant donné que la friction devient proportionnellement plus grande. À un certain niveau l'eau devient aussi dure que le béton.
Afin d'engendrer une supercavitation, la torpille doit injecter un gaz de combustion chaud à l'avant de l'objet. Le gaz vaporisera l'eau et, donc, réduira le frottement de l'eau ainsi que la constante pression qui s'oppose à son déplacement. Il n'y aura que le frottement d'un mélange de gaz de combustion et d'eau vaporisée. D'où la SUPER cavitation, une SUPER bulle; un néologisme par analogie avec le phénomène de cavitation. C'est cette éjection de gaz en avant qui est important; dès lors que l'éjection de gaz vaporise l'eau à l'avant assez vite la torpille n'est plus en contact avec l'eau mais avec le mélange gaz-vapeur.
Le bout du nez de la torpille Shkval semble de plus être conçu pour distribuer ce nuage de gaz autour de la torpille et l'adapter à des changement de directions. La torpille est censée être contrôlée à distance par filoguidage ordonnant une plaque circulaire mobile sur le nez et modulant l'éjection de gaz de 8 huit sorties d'éjection autour de la tuyère principale.
