¿Submarinos hiperágiles?

A altas velocidades (a partir de 77 km/h), el agua actúa como abrasivo. Cualquier sub que se mueva rápidamente se pule:

Cuando el submarino más rápido del mundo salió a la superficie, no pudieron reconocerlo: toda la pintura se quitó por completo y las soldaduras se suavizaron.

(fuente: http://avtoexpert--dv-ru.translate.goog/stati/samaya-bystraya-podlodka-v-mire.html?_x_tr_sl=auto&_x_tr_tl=en ). Supongo que por encima de los 77 km/h, el subcasco y todas las partes sobresalientes se desgastan rápidamente.

Cualquier subwoofer también se vuelve ruidoso (100 db en el interior) por encima de 65 km/h; nadie sabe aún qué hacer con él.

En cuanto a dar la vuelta, se requiere ya sea

• velocidad extremadamente alta, como en un tonel rodante, para que el submarino siempre piense que NO está boca abajo, o

• una verdadera capacidad para que cada pieza del equipo funcione al revés durante un período de tiempo suficientemente largo.

Se ha probado la alta velocidad (se encontraron limitaciones, ver arriba), pero no una velocidad extremadamente alta (excepto para dispositivos pequeños como torpedos).

Hacer que todo el equipo pueda funcionar al revés es, erm, costoso (nuevamente, a excepción de dispositivos simples como torpedos). Considere la cocina, los baños, el agua que se convierte en vapor en una turbina o en un reactor nuclear, el vapor que se convierte en agua en un condensador de vapor, el aceite en un motor de combustión, las bombas de combustible que tienen que bombear desde tanques de combustible medio vacíos, etc. Tenga en cuenta que un submarino ya es un dispositivo más complicado que una estación espacial orbital.

Los submarinos hiperágiles no son prácticos ni útiles

• Referencia: Soy un ex oficial de submarinos

A partir de los comentarios, OP parece querer subs de alta velocidad que giren en forma de barril, loop-de-loop, etc. Eso será técnicamente muy desafiante y no realmente útil .

Desafíos de diseño

El problema fundamental es el poder. El arrastre sube con el cubo (!) de la velocidad. Entonces, su fuerza de arrastre aumenta de manera no lineal a medida que aumenta la velocidad.

El poder ya es una pregunta difícil para los submarinos; Básicamente, la energía nuclear es su única opción si desea una propulsión independiente del aire y densa en potencia. Los reactores nucleares son pesados ​​y grandes: un submarino nuclear moderno mide más de 350 pies de largo y más de 30 pies de diámetro, y alrededor de la mitad de ese espacio está dedicado a la propulsión.

Por lo tanto, tendría que agitar a mano una fuente de energía verdaderamente espectacular para obtener algo como el rendimiento que OP desea.

Desafíos tácticos

Suponiendo que haya encontrado esa fuente de energía, se encuentra con el problema del sigilo. Cuanto más rápido vas, más ruido haces. Ese ruido hace que sea más fácil encontrarte y más difícil para ti encontrar otros submarinos (!) porque tu propio ruido ciega tus propios sensores.

Un submarino que avanza a 5 nudos matará a un submarino que pasa velozmente a 50 nudos, porque el barco lento será invisible en el sonar, mientras que el barco rápido es altamente detectable.

Desafíos de combate

Suponiendo que la lancha rápida realmente escuche el torpedo que se acerca, la capacidad de "esquivar" no es realmente tan útil. La explosión de un torpedo crea una onda de sobrepresión que golpea el casco y lo daña; no se requiere contacto físico entre el torpedo y el casco.

No veo los submarinos hiperágiles como una cosa.

Subsupercavitante.

https://navalpost.com/a-gamechanger-weapon-supercavitating-torpedo/

https://www.19fortyfive.com/2021/09/the-supercavitating-torpedo-the-one-weapon-the-us-navy-cant-match/

Los torpedos supercavitantes, por otro lado, viajan extremadamente rápido: cientos de kilómetros por hora. Los torpedos de todo tipo son frenados por el arrastre causado por la fricción con el agua. Una forma de superar este arrastre es con burbujas.

Los torpedos supercavitantes viajan a través del agua en una gran burbuja que encapsula la mayor parte o la totalidad del torpedo. El gas comprimido almacenado dentro del torpedo es expulsado por la nariz y el torpedo “se desliza” a través del agua dentro de la burbuja, permaneciendo relativamente seco.

Las superficies de control, generalmente aletas, perforan la burbuja y mantienen el contacto con el agua, lo que permite que el torpedo se dirija.

En lugar de solo un torpedo, todo tu submarino está supercavitando. Está impulsado por un motor de fusión que proporciona una potencia más que amplia. El gas utilizado para envolver el submarino es vapor. El vapor también es la fuerza propulsora y sale disparado por la parte trasera del submarino como un motor de cohete. Al igual que el torpedo supercavitante, el submarino vuela a través del agua a gran velocidad, libre de la resistencia arrastrada por su traje de burbujas.

Es muy parecido a volar un jet. En la oscuridad, bajo el agua.

TL; DR: Definitivamente viable física y tecnológicamente, pero tácticamente dudoso.

Un submarino a reacción de combate probablemente sería superado y superado en picado por cualquier barco adecuado que sea más grande que él, y probablemente sería superado en maniobras y derribado por cualquier torpedo que sea más pequeño que él. No existe una barrera técnica para construir un submarino de combate hiperágil: la dinámica de fluidos sigue las mismas leyes básicas bajo el agua y sobre el agua, pero el entorno diferente bajo el agua significa que probablemente no tenga sentido táctico.

Esto es algo que ya existe:

Vía GfyCat.

Los fabrica una empresa llamada SeaBreacher. Aunque, dado que su aplicación prevista es para la recreación y el entretenimiento, los ejemplos del mundo real parecen tener una flotabilidad positiva, por lo que volverán automáticamente a la superficie a menos que los esté empujando activamente hacia abajo, pero el comportamiento debería ser muy similar con la flotabilidad neutra. que es capaz de sumergirse mucho más profundo.

Dicho esto, me gustaría pensar mucho sobre la cinemática y la energía de lo que estás proponiendo.

Los aviones de combate modernos están formados por una variedad de razas evolutivas:

• Velocidad de los misiles frente a la velocidad de los aviones. Un ejemplo de aeronave ganadora sería el SR-71, que simplemente podría acelerar cuando se le dispara y dejar atrás cualquier misil que se le dispare. Ejemplos de pérdida de aeronaves serían el XB-70 y el B-1A, que podían volar casi tan rápido como el SR-71, pero terminaron siendo archivados porque se esperaba que fueran derribados con tecnología de misiles cada vez más avanzada.
• Alcance de altitud de diferentes tipos de aeronaves versus alcance de altitud de interceptores, misiles y radares. Relacionado con lo anterior, aviones como el U-2 han tratado de mantenerse fuera del alcance de las fuerzas aéreas enemigas simplemente volando más alto de lo que podrían alcanzar los interceptores y misiles. Cuando eso falló, muchos bombarderos y cazas cambiaron a volar lo suficientemente bajo como para usar el terreno para esconderse del radar, lo que provocó un replanteamiento drástico en el espacio de diseño.
• Maniobrabilidad de aeronaves versus maniobrabilidad de misiles/contramedidas. Cuando los aviones son más maniobrables que los misiles, tiendes a tener muchos combates aéreos de cerca con sus cañones internos y misiles de corto alcance infrarrojos/de búsqueda de calor. Cuando los misiles son más maniobrables que los aviones, se pone mucho más énfasis en tener radares potentes y alta velocidad a costa de la agilidad, ya que se espera que gane quien dispare primero. En la era temprana de los aviones a reacción, muchos aviones de combate estadounidenses se construyeron con la expectativa de que los misiles aire-aire harían que las peleas de perros fueran cosa del pasado. Su pobre desempeño contra MiG opuestos más lentos pero más maniobrables significó que las siguientes décadas de aviones de combate estadounidenses (piense en F-15, F-16) terminaron poniendo mucho más énfasis en la maniobrabilidad nuevamente.
• Flotabilidad versus alas. Durante algún tiempo, las aeronaves más ligeras que el aire, no los aviones de combate ni los bombarderos, fueron la forma más destacada de la aviación militar y civil. Su gran desventaja es que gran parte de su masa y volumen siempre tiene que gastarse solo en mantenerse en el aire, mientras que los avances en la tecnología de motores y la aerodinámica permiten que cada generación de aviones transporte una mayor fracción de masa de carga útil.
• Alcance del sensor versus sigilo.
• Habilidad para generar energía cinética versus habilidad para retenerla (empuje versus arrastre, supongo).

Bajo el agua, muchas de estas cosas son completamente diferentes. Hay mucha más inercia y mucha más viscosidad, por lo que el número de Reynolds será diferente. El fluido es incompresible. Obtendrá más arrastre inercial/viscoso/de la piel, pero la velocidad del sonido también es mucho, mucho más alta, por lo que el número de Mach será menor y obtendrá menos arrastre de onda. El radar y la luz óptica no llegarán muy lejos, mientras que el sonar no viaja a la velocidad de la luz y sus propios motores pueden confundirlo, por lo que está comparativamente ciego. No se necesita energía activa: los jets tienen que seguir moviéndose, porque de lo contrario caerán del cielo, pero tú, un submarino, puedes flotar silenciosamente en un lugar básicamente para siempre. La flotabilidad no es un costo como lo es en los dirigibles;, por lo que también se niega la principal desventaja de tener un barco masivo en lugar de una embarcación más pequeña.

No quiero pensar demasiado en esto, pero en general, no estoy seguro de que haya lugar para los submarinos estilo avión de combate. Visión más corta, alta resistencia aerodinámica, flotabilidad libre: todos estos factores ambientales parecen funcionar en contra de las condiciones que han llevado a la evolución de los aviones de combate modernos sobre la superficie. Un submarino grande y pesado al estilo del mundo real probablemente podría viajar más lejos, esconderse más profundo, correr más rápido, quedarse más tiempo y transportar más carga útil que una embarcación más pequeña e hiperágil, mientras que un pequeño torpedo o dron automatizado probablemente ser capaz de superarlo sin tener que llevar un piloto o combustible para el viaje de regreso. Cualquier función que pudiera cumplir sería mejor desempeñada por algo mucho más grande o algo mucho más pequeño.

Notarás que a pesar de que las embarcaciones sumergibles hiperágiles ya existen en nuestro mundo, ningún ejército está tratando de usarlas en ningún papel parecido al de los aviones de combate.

Si aún desea submarinos estilo avión de combate, le recomiendo que se desplieguen desde un submarino nodriza estilo portaaviones que sea lo suficientemente grande como para aprovechar las condiciones que mencioné anteriormente, y encontrar algún tipo de excusa para explicar por qué los torpedos automáticos son no es viable (por ejemplo, sin microprocesadores, fácil de piratear), o por qué los torpedos automáticos son en realidad aviones de combate y tienen los mismos riesgos que los aviones de combate (por ejemplo, conducidos de forma remota, piloto ejecutado en caso de pérdida).

submarinos con forma de pez

Sí, los submarinos tienen un diseño sin esperanza. Bajo el agua, mejor usa una construcción robótica, con forma de pez. Puede minimizar el consumo de energía moviéndose en resonancia, como lo hacen los peces.

También hay construcciones rígidas en diseño, con forma de pez,

"Se construiría una nave nodriza con forma de tiburón ballena/mantarraya a partir de aleaciones y acrílicos superresistentes, con superficies que pueden cambiar de forma. Con tecnologías de propulsión y energía de crucero híbridas de algas y electricidad, incluidas unidades de túnel que funcionan de manera similar a un ventilador sin aspas Dyson , el submarino podría viajar a velocidades sin precedentes de hasta 150 nudos".

https://www.maritime-executive.com/article/royal-navy-considers-fish-shaped-submarines