スーパーキャビテーション

スーパーキャビテーションとは、キャビテーション気泡を利用して水中の物体の表面摩擦抵抗を減らし、高速化を可能にすることである。魚雷やプロペラなどに応用されているが、理論的にはこの技術は水中船舶全体に拡張できる可能性がある。

キャビテーションとは、物体の周りの流れによって液体中に蒸気泡が形成されることです。水が急カーブを曲がるときに加速し、圧力が蒸気圧以下に下がると、泡が形成されます。減速すると圧力が上昇し、水は通常、蒸気を再吸収しますが、蒸気泡は破裂して小さな集中した衝撃を与え、船のプロペラやポンプの羽根車などの表面を損傷する可能性があります。

液体中に蒸気泡が形成される可能性は、無次元キャビテーション数で表されます。これは、局所圧力から蒸気圧を引いた値を動圧で割った値に等しくなります。深さ（または配管内の圧力）が増すと、局所圧力と蒸気圧の差が大きくなるため、キャビテーションの可能性は低くなります。

スーパーキャビテーション物体は、先端でキャビテーション バブルを発生させるように設計された高速水中物体です。バブルは (自然に、または内部で発生したガスによって増大して)物体の後端を越えて広がり、物体の側面と液体との接触を防ぎます。この分離により、スーパーキャビテーション物体の表面摩擦抵抗が大幅に減少します。

スーパーキャビテーション物体の重要な特徴はノーズで、通常はその周囲に鋭いエッジがあり、キャビテーション バブルを形成します。^[1] ノーズは、平らな円盤または円錐の形に関節状に形成される場合があります。スーパーキャビテーション物体の形状は、通常、キャビテーション バブルが物体を包み込むように細長い形状です。特に低速時にバブルが物体を包み込むほど長くない場合は、物体のノーズ付近に高圧ガスを注入することでバブルを拡大および拡張できます。^[1]

スーパーキャビテーションに必要な超高速は、水中発射された発射体や水中に進入する発射体によって一時的に達成できます。持続的なスーパーキャビテーションにはロケット推進が使用され、高圧ロケットガスを機首に送り込んでキャビテーション気泡を増強できます。原理的には、スーパーキャビテーション物体は、以下を含むさまざまな方法で操縦できます。

• 泡を突き抜けて周囲の液体に突き出るドラッグフィン^[2]
• 傾いた物体の鼻
• ノーズ付近に非対称にガスを注入してキャビティの形状を歪ませる
• 単一ノズルのジンバルによるロケット推力の方向制御
• 複数のノズルからの差動推力^[1]

ロシア海軍は、ロケット推進を使用し、従来の魚雷の速度を少なくとも5倍上回るVA-111シュクヴァル 超空洞化魚雷を開発した^{[3] [4]}。NII-24は、1960年に「Шквал」（突風）というコード名で開発が開始された。VA-111シュクヴァルは1977年から（ロシア海軍のみで）運用されており、1978年には量産が開始された。いくつかのモデルが開発され、最も成功したのは1972年に完成したM-5である。1972年から1977年にかけて、300回以上の試験発射が行われた（そのうち95％はイシク・クル湖で行われた）。^[要出典]

2006年、ドイツの兵器メーカーであるディールBGTディフェンスは、独自のスーパーキャビテーション魚雷「バラクーダ」を発表しました。現在、正式名称はスーパーキャビテーション水中発射体（英語：supercavitating underwater player）です。ディールによれば、この魚雷の最高速度は時速400キロメートル（250マイル）を超えます。^[5]

1994年、アメリカ海軍はCテック・ディフェンス社が発明した海上機雷 除去システムであるラピッド・エアボーン・マイン・クリアランス・システム（RAMICS）の開発を開始した。このシステムは、空気と水の両方で安定したスーパーキャビテーション弾をベースにしている。RAMICS弾は、直径12.7ミリメートル（0.50インチ）、20ミリメートル（0.79インチ）、30ミリメートル（1.2インチ）で製造されている。^[6]この弾の終端弾道設計により、1発で深さ45メートル（148フィート）の機雷を爆発的に破壊することができる。^{[7] 2000年、}アバディーン性能試験場で、ホバリング中のシーコブラガンシップから発射されたRAMICS弾が、さまざまな実在の海中機雷を破壊することに成功した。2009年3月現在、ノースロップ・グラマンは艦隊への導入に向けたRAMICS試験の初期段階を完了している。^[8]

イランは、2006年4月2日から3日にかけて、初のスーパーキャビテーション魚雷「フート（クジラ）」の試験に成功したと主張した。一部の情報筋は、この魚雷はロシアのVA-111シュクヴァルスーパーキャビテーション魚雷に基づいていると推測している。この魚雷は同速度で飛行する。^{[9]ロシアのセルゲイ}・ラブロフ外相は、この技術をイランに提供したことを否定した。^[10]

2004 年、DARPA は、高速水中船舶へのスーパーキャビテーションの利用を実証する研究評価プログラムである Underwater Express プログラムを発表しました。米国海軍の最終目標は、海軍の少人数の人員または特殊な軍事貨物を最高 100 ノットの速度で輸送できる、沿岸任務用の新しいクラスの水中船舶です。DARPA は、 2006 年後半にノースロップ グラマンとジェネラル ダイナミクス エレクトリック ボートに契約を授与しました。 ^{[引用が必要]} 2009 年、DARPA は新しいクラスの潜水艦の進捗状況を発表しました。

潜水艦の設計者であるエレクトリック ボート社は、ロードアイランド沖での海上試験用に 4 分の 1 スケールの模型を製作中である。試験が成功すれば、エレクトリック ボート社は全長 100 フィートの実物大潜水艦の生産を開始する。現在、海軍の最速潜水艦は、水中では 25 から 30 ノットでしか航行できない。しかし、すべてが計画通りに進めば、アンダーウォーター エクスプレスは 100 ノットで航行し、これまで以上に迅速に人員や物資を輸送できるようになる。^[11]

ゴーストと名付けられた試作船は、スーパーキャビテーションを利用して、鋭利なエッジを持つ2本の支柱の上で自走する。この船はステルス作戦用にジュリエット・マリン・システムズのグレゴリー・サンコフによって設計された。この船は波の荒い海面でも滑らかに航行し、最高速度は29ノットに達した。^[12]

中国海軍^{[13] [14] [15]}とアメリカ海軍^[16]は、ロシアのVA-111シュクヴァル超空洞化魚雷から得た技術情報を活用して、独自の超空洞化潜水艦の開発に取り組んでいると伝えられている。

スーパーキャビテーション プロペラは、スーパーキャビテーションを利用して水面摩擦を減らし、プロペラの速度を上げます。この設計は、軍事用途、高性能レーシング ボート、模型レーシング ボートで使用されています。このプロペラは、くさび形のブレードで完全に水没した状態で作動し、前縁から前面全体にキャビテーションを発生させます。キャビティはブレードのかなり後ろで潰れるため、スーパーキャビテーション プロペラは、従来のプロペラで問題となるキャビテーションによる 剥離損傷を回避します。

スーパーキャビテーション弾はドイツとロシアの^[17] 水中火器やその他の同様の兵器に使用されています。^[18]

クルスク号の事故は当初、シュクヴァル型超空洞化魚雷の故障が原因と考えられていたが^[19] 、後の証拠では65-76型魚雷の故障が原因であることが示唆されている。

• スーパーキャビテーション魚雷
• スーパーキャビテーション魚雷「シュクヴァル」
• APS水陸両用ライフル
• SPP-1 水中ピストル
• スーパーキャビテーションプロペラ

• 海軍研究局 (2004 年 6 月 14 日)。力学とエネルギー変換: 高速 (スーパーキャビテーション) 水中兵器 (D&I)。2006 年 4 月 12 日に海軍研究局のホームページから取得。
• Savchenko YN (nd). CAV 2001 - 第 4 回キャビテーションシンポジウム - カリフォルニア工科大学 2006 年 4 月 9 日閲覧、Wayback Machine にアーカイブ
• Hargrove, J. (2003)。「高速水中車両の開発におけるスーパーキャビテーションと航空宇宙技術」。第 42 回 AIAA 航空宇宙科学会議および展示会。テキサス A&M 大学。
• キルシュナー他 (2001 年 10 月) スーパーキャビテーションの研究開発。海中防衛技術
• ミラー、D. (1995)。スーパーキャビテーション：バブルの中で戦争を始める。ジェーンズ・インテリジェンス・レビュー。2006年4月14日、防衛・安全保障インテリジェンス・分析 | ジェーンズ360より取得
• グラハム・ロウ、ダンカン（2000年）。弾丸よりも速い。ニューサイエンティスト、167（2248）、26-30。
• Tulin, MP (1963)。「スーパーキャビテーション流 - 微小摂動理論」。Laurel, Md、Hydronautics Inc.
• Niam JW (2014 年 12 月)、スーパーキャビテーションの数値シミュレーション

• ミネソタ大学スーパーキャビテーション研究グループ
• ディール BGT ディフェンスの「バラクーダ」 - ドイツのスーパーキャビテーション魚雷
• DARPA 水中エクスプレス プログラム
• スーパーキャビテーションに関する Global Security.org
• 超空洞化兵器の作り方、サイエンティフィック・アメリカン