Блог

Dec 30, 2023

DARPA запускает программу по созданию бесшумного привода подводной лодки «Красный Октябрь»

Взяв за основу сюжет триллера Шона Коннери 1990 года «Охота за красным».

Взяв за основу сюжет триллера Шона Коннери 1990 года «Охота за Красным Октябрем», DARPA работает над сверхтихим приводом для подводной лодки, который не имеет движущихся частей и обеспечивает движение по воде с помощью магнитов и электричества.

В «Красном Октябре» знаменитая советская суперподводная лодка была оснащена вымышленным стелс-двигателем, основанным на вполне реальной технологии. С конца 1950-х годов инженеров заинтересовала экзотическая концепция под названием магнитогидродинамика (МГД). Это очень простой принцип, который создает очень простой двигательный механизм.

В МГД-приводе жидкость, такая как воздух или вода, получает электрический заряд, а затем ускоряется электромагнитным полем, создавая тягу. По сути, МГД-привод состоит из полой трубки с электродами на одном конце и магнитными катушками вокруг нее. Поскольку устройство не имеет валов, шестерен, пропеллеров, турбин или форсунок, оно производит очень мало шума, и даже то небольшое количество шума, которое оно генерирует, можно отнести к природным источникам.

Такой малозаметный ход имел бы неоценимое значение для подводной войны. Это не только позволит подводным лодкам оставаться скрытыми от охотников, но также окажет большую помощь в разведывательных миссиях, устраняя мешающий звуковой сигнал лодки, когда ее гидролокатор собирает данные.

Вопрос в том, если эта технология настолько ценна, почему она не использовалась более 60 лет, кроме пары экспериментальных надводных лодок? Ответ двоякий. Во-первых, электромагнитные катушки должны быть чрезвычайно мощными, а сделать достаточно легкие и эффективные катушки, чтобы их можно было установить на подводной лодке, непросто. Во-вторых, электроды должны выдерживать сильный износ из-за коррозии, гидролиза и эрозии, вызванных взаимодействием магнитных полей, электрического тока и соленой воды.

В последние годы были достигнуты огромные успехи в разработке магнитов, но еще есть куда совершенствоваться, и поиск подходящих материалов для изготовления электродов остается проблемой.

Чтобы преодолеть эту проблему, DARPA разработало 42-месячную программу «Принципы подводных магнитогидродинамических насосов» (PUMP), которая будет использовать несколько подходов к решению этих проблем для создания практического военного МГД-двигателя, хотя и без гневного присутствия г-на Коннери.

«Наилучшая эффективность магнитогидродинамического привода на сегодняшний день была продемонстрирована в 1992 году на Ямато-1, 30-метровом (100-футовом) судне, которое достигло скорости 6,6 узлов с эффективностью около 30% при использовании напряженности магнитного поля примерно 4 Тесла. — сказала Сьюзен Свитенбанк, менеджер программы PUMP в Управлении оборонных наук DARPA. «За последние пару лет коммерческая термоядерная промышленность добилась успехов в разработке магнитов на основе редкоземельного оксида бария и меди (REBCO), которые продемонстрировали крупномасштабные магнитные поля силой до 20 Тесла, которые потенциально могут обеспечить 90% эффективности в магнитогидродинамическом приводе. И теперь, когда стеклянный потолок в области генерации сильных магнитных полей разрушен, PUMP стремится совершить прорыв в решении проблемы материалов для электродов».

В случае с электродами основным препятствием является то, что на поверхности электродов имеют тенденцию образовываться пузырьки газа. Это изолирует их, снижая эффективность, а когда пузырьки схлопываются, они могут повредить электроды, как если бы по ним неоднократно ударяли молотком. Разработав компьютерные модели, которые оценивают взаимодействие магнитного поля, гидродинамики и электрохимических реакций в различных масштабах времени и длины, можно будет скорректировать гидродинамику, электрохимию и магнетизм, чтобы уменьшить ущерб и одновременно повысить эффективность.

«Мы надеемся использовать знания о новых покрытиях из материалов, используемых в производстве топливных элементов и аккумуляторов, поскольку они сталкиваются с той же проблемой образования пузырей», — сказал Свитенбанк. «Мы ищем специалистов во всех областях, чтобы сформировать команды, которые помогут нам, наконец, реализовать магнитогидродинамический двигатель военного масштаба».

Источник: ДАРПА.