Propósito de esferas y aletas en hélice submarina

En un submarino diesel-eléctrico ruso recientemente lanzado, la hélice trasera tiene dos características distintas. Puedes ver esferas en la base de cada pala de la hélice:

Además, el borde posterior del eje tiene cuatro aletas contiguas en línea con el eje de rotación:

Lo más importante, ¿cuál es el propósito y la función de las esferas, y qué hay debajo del velo en la primera imagen? Creo que puede diferir de la segunda imagen.

Está hecho de un material diferente, por lo que posiblemente sea un elemento de sacrificio.

¿Es para reducir el ruido? ¿Es para suavizar el flujo o prevenir la cavitación?

Observe que en la primera imagen las esferas están en el borde de ataque y en la segunda imagen las esferas están en el borde de salida.

Hay un video de youtube relacionado .

En el video al que se ha vinculado, las esferas se ven tanto en el borde inicial como en el posterior de la hélice:

Espero que sean intencionales: hay varias formas de conectar una hélice sin tener que perturbar esa superficie o usar tapas de descarga.

La cavitación es causada por una caída de presión. Esto se vería en los bordes de salida de la hélice, y es peor en el borde exterior de la hélice, que se mueve más rápido a través del agua que el área interior. Dudo que estas esferas tengan algún efecto sobre la cavitación.

Es un sistema de sensor o reducción de ruido. Si son sensores, es posible que estos puedan usarse como una matriz Doppler hacia atrás, incluso en una hélice en movimiento, aunque esto parece poco probable.

Sin embargo, lo más probable es que no sea solo un sistema pasivo de reducción de ruido, sino un sistema activo de reducción de ruido . Estos pueden ser transductores que emiten un sonido destinado a cancelar el ruido específico, de lo contrario inevitable que genera el submarino durante la operación normal. Los sistemas activos de supresión de ruido han estado en uso en submarinos silenciosos durante décadas, pero, por supuesto, se mantienen en secreto.

Otra posibilidad es que estas son tapas que están cubriendo algo más, y se quitan (manualmente o simplemente se caen usando la hélice en agua) antes del servicio activo. Pueden estar ocultando partes del diseño de la hélice no destinadas a ser públicas. Dado que están hechos de un material claramente diferente o recubiertos de manera diferente en algunas fotografías, este podría ser el caso.

Por último, podrían estar allí simplemente para deshacerse de los competidores y son pistas falsas.

Desafortunadamente, la naturaleza secreta de la tecnología submarina sigilosa significa que es posible que no podamos probar definitivamente ninguna de estas hipótesis.

Cuando el flujo de fluido aumenta en velocidad (debido al área más pequeña de la raíz de la cuchilla) la presión disminuye y puede ser lo suficientemente baja como para producir cavitación. Las esferas producen turbulencias que cambian las características del flujo, manteniendo la presión alta. La presión de la punta del cubo cae a medida que el flujo se llena después del cubo y causa cavitación. Las cuchillas del cubo plano interrumpen el flujo y mantienen la presión. Se utilizan varios diseños en aplicaciones comerciales y militares. Busque en Google imágenes de cavitación de hélice para obtener buenos diagramas.

Los diseñadores de propulsores submarinos están menos preocupados por la cavitación del vórtice del cubo, ya que están principalmente preocupados por el inicio de la cavitación, o el inicio de la cavitación, que ocurre primero en las regiones de vórtice de punta, donde las velocidades son más altas. Una vez que ocurre la cavitación, ya no está operando en modo sigiloso. Sin embargo, el vórtice del concentrador desperdicia una cantidad significativa de energía.

Por lo tanto, las aletas me parecen un tipo de estator de cubo utilizado para difundir el vórtice del cubo y, por lo tanto, aumentar la eficiencia del propulsor. Echa un vistazo a este artículo en propulsión marítima . Supongo que la imagen cubierta podría ser algún tipo de sistema de aletas de cabeza de hélice que incluso sería más eficaz para mejorar la eficiencia de propulsión.

Las esferas a las que te refieres son un poco misteriosas para mí. Crearían vórtices de herradura y convencerían el impulso hacia abajo en la región del vórtice del cubo, lo que aumentaría ligeramente la presión en la estela del vórtice del cubo y ayudaría a aliviar la separación del flujo cuando el cubo termine bruscamente. Sin embargo, no me parece que este sea su propósito final, ya que la generación de flujos secundarios generalmente no es deseable a menos que haya otro propósito ventajoso.

Dado que ha habido bastante investigación durante los últimos 10-15 años en la reducción de la resistencia por inyección de polímeros o microburbujas, esperaría que un submarino de última generación emplee dicho sistema. Vea, por ejemplo, este artículo de Nouri y Sarreshtehdari específicamente sobre la inyección de microburbujas para reducir la resistencia en el vórtice del cubo. Están colocados de manera óptima para alimentar el vórtice del cubo.

Los accesorios están en diferentes submarinos. Una pieza de transición cubre el espacio entre el casco posterior y la hélice. En la primera foto es casi cilíndrica, la segunda es decididamente cónica. Los rusos equipan los diseños del segundo centro de imágenes con varios diseños de clase más antiguos, incluso los accesorios de 4 cuchillas en tándem de la clase Victor. También visto en algunos submarinos chinos.
El cono más largo del cubo produce un flujo más gradual, por lo que en sí mismo reduce la aparición de cavitación. Las cuchillas aparecen soldadas al cubo. Solución relativamente barata en comparación con algunos diseños.

Este diagrama ilustra las ubicaciones de cavitación. http://www.boatdesign.net/forums/attachments/props/37159d1257771030-prop-doing-bad-cav_varie.jpg El accesorio cubierto puede tener este aspecto: https://d2t1xqejof9utc.cloudfront.net/screenshots/pics/0a97825d2248893edcf552252525 /medium.JPG Las aletas son integrales al eje / spinner y giran con el accesorio. El tono es menor que la raíz de la cuchilla.