Finalidade de esferas e aletas na hélice submarina

Em um submarino diesel-elétrico russo recentemente lançado, a hélice traseira possui duas características distintas. Você pode ver as esferas na base de todas as pás da hélice:

Além disso, a borda traseira do eixo tem quatro aletas adjacentes alinhadas com o eixo de rotação:

Mais importante, qual é o propósito e a função das esferas e o que está embaixo do véu na primeira imagem? Eu acredito que isso pode diferir da segunda imagem.

É feito de um material diferente, possivelmente um elemento sacrificial.

É para reduzir o ruído? É para suavizar o fluxo ou impedir a cavitação?

Observe que na primeira imagem as esferas estão na borda anterior e na segunda imagem as esferas estão na borda posterior.

Existe um vídeo do youtube relacionado .

No vídeo ao qual você vinculou, as esferas são vistas nas bordas dianteira e traseira da hélice:

Espero que sejam intencionais - existem várias maneiras de conectar uma hélice sem precisar perturbar a superfície ou usando tampas de descarga.

A cavitação é causada por uma queda na pressão. Isso seria visto nas bordas traseiras da hélice e é pior na borda externa da hélice, que se move mais rapidamente através da água do que na área interna. Duvido que essas esferas tenham algum efeito sobre a cavitação.

É um sistema de sensor ou redução de ruído. Se houver sensores, é possível que eles possam ser usados ​​como uma matriz doppler traseira, mesmo em uma hélice em movimento, embora isso pareça improvável.

Mais provável, porém, não é apenas um sistema passivo de redução de ruído, mas um sistema ativo de redução de ruído . Podem ser transdutores que emitem som destinado a cancelar ruídos específicos, caso contrário inevitáveis, que o submarino gera durante a operação normal. Os sistemas ativos de supressão de ruído estão em uso em submarinos silenciosos há décadas, mas, é claro, são mantidos em segredo.

Outra possibilidade é que sejam tampas que cobrem outra coisa e sejam removidas (manualmente ou simplesmente caiam usando a hélice na água) antes da operação ativa. Eles podem estar escondendo partes do design da hélice que não pretendem ser públicas. Dado que eles são feitos de um material distintamente diferente ou revestidos de maneira diferente em algumas fotografias, esse pode ser o caso.

Por fim, eles podem estar lá simplesmente para afastar os concorrentes e são insensatos.

Infelizmente, a natureza secreta da tecnologia submarina furtiva significa que talvez não possamos provar definitivamente nenhuma dessas hipóteses.

Quando o fluxo do fluido aumenta em velocidade (devido à menor área da raiz da lâmina), a pressão diminui e pode ser baixa o suficiente para produzir cavitação. As esferas produzem turbulência alterando as características do fluxo, mantendo a pressão alta. A pressão da ponta do cubo cai quando o fluxo é preenchido após o cubo e causa cavitação. As lâminas planas do cubo interrompem o fluxo e mantêm a pressão alta. Vários projetos são usados ​​em aplicações comerciais e militares. Pesquise no Google imagens de cavitação da hélice para obter bons diagramas.

Os projetistas de propulsores submarinos estão menos preocupados com a cavitação do vórtice do cubo, pois se preocupam principalmente com o início da cavitação ou o início da cavitação, que ocorre primeiro nas regiões do vórtice da ponta, onde as velocidades são mais altas. Depois que a cavitação ocorre, você não está mais operando no modo furtivo. No entanto, o vórtice do hub desperdiça uma quantidade significativa de energia.

Portanto, as aletas parecem-me um tipo de estator do cubo usado para difundir o vórtice do cubo e, assim, aumentar a eficiência do propulsor. Dê uma olhada neste artigo em propulsão marítima . Eu acho que a imagem coberta poderia ser algum tipo de sistema de cap fin da hélice que seria ainda mais eficaz na melhoria da eficiência propulsora.

As esferas a que você se refere são um pouco misteriosas para mim. Eles criariam vórtices em ferradura e convectariam o impulso para baixo na região do vórtice do cubo, o que aumentaria levemente a pressão na esteira do vórtice do cubo e ajudaria a aliviar a separação do fluxo quando o cubo terminasse bruscamente. No entanto, não me parece que esse seja seu objetivo final, pois gerar fluxos secundários geralmente não é desejável, a menos que haja outro objetivo vantajoso.

Dado que houve bastante pesquisa nos últimos 10 a 15 anos em redução de arrasto por injeção de polímero ou microbolhas, eu esperaria que um submarino de ponta empregasse esse sistema. Veja, por exemplo, este artigo de Nouri e Sarreshtehdari especificamente sobre a injeção de microbolhas para reduzir o arrasto no vórtice do cubo. Eles estão na posição ideal para alimentar o vórtice do cubo.

Os adereços estão em diferentes subs. Uma peça de transição cobre o espaço entre o casco posterior e a hélice. Na primeira foto é quase cilíndrica, a segunda decididamente cônica. Os russos adaptam o segundo design de cubos de fotos a vários modelos de classe mais antigos, até os acessórios de 4 lâminas em tandem da classe Victor. Também visto em alguns subs chineses.
A conicidade mais longa do cubo produz um fluxo mais gradual, reduzindo, por si só, o início da cavitação. As lâminas parecem soldadas ao cubo. Correção relativamente barata em comparação com alguns modelos.

Este diagrama ilustra os locais de cavitação. http://www.boatdesign.net/forums/attachments/props/37159d1257771030-prop-doing-bad-cav_varie.jpg O suporte coberto pode ter a seguinte aparência: https://d2t1xqejof9utc.cloudfront.net/screenshots/pics/0a97825d2248893edcf274662567b552 /medium.JPG As aletas são parte integrante do cubo / giratório e giram com o suporte. O tom é menor que a raiz da lâmina.