Підводні човни подорожують під водою, але шум є фактором ризику для виявлення ворога. Ось як підводні човни стишують свій шум і непомітно виконують свої завдання.
Люди веселяться на сонячному пляжі. Звуки біганини дітей, балакання дорослих і пісні з колонок наповнюють простір. Відвідувачі пляжу ніжаться під теплим літнім сонечком, грають у м’яч на піску чи читають книжку під парасолькою. Далеко від них, у глибоких темних водах, нерухомо пливе якийсь предмет. Він кидається навколо, ніби щось шукає, або нерухомо присідає, ніби боїться чогось наближення. Це привид моря, підводний човен.
Підводний човен – це буквально військове судно, яке може подорожувати під водою, наповнюючи свої резервуари морською водою, щоб регулювати свою вагу, спускаючи та надуваючи, щоб зануритися та піднятися. Підводні човни використовуються для подорожей під водою, щоб розвідувати ворогів і атакувати цілі, і вперше були використані в боях під час Війни за незалежність США в 1700-х роках, і швидко еволюціонували через дві світові війни, щоб досягти свого поточного стану.
Найважливіша характеристика, яка необхідна підводному човну, щоб виконувати свою роль, — це непомітність, тобто здатність залишатися непоміченою ворожими кораблями. У глибинах океану, де об’єкти неможливо оцінити візуально, підводні човни покладаються на звукові хвилі, щоб виявити оточення, і будь-який шум, створюваний підводним човном, одразу видно ворожим кораблям поблизу. Тому у відповідь на розвиток ехолота були розроблені технології зменшення шуму, але існує багато джерел шуму, і навіть із сучасними технологіями повністю усунути шум все ще є проблемою.
Існує чотири основних джерела шуму на підводних човнах: механічний шум, шум відсіку, гідродинамічний шум і шум гвинта. Це легко зрозуміти, уявивши підводний човен у русі. Для того, щоб підводний човен рухався, має працювати багато механізмів, які створюють механічний шум, і екіпаж, який живе всередині підводного човна, також неминуче створює шум, який є шумом у відсіку. Коли підводний човен рухається крізь воду, вода навколо корпусу створює гідродинамічний шум через нерівномірний рух води, а гвинти, що обертаються для руху вперед, також створюють шум.
Але найголовнішим джерелом шуму є обертання пропелерів. Човен рухається вперед завдяки реакції гвинта, що штовхає стоячу воду на високих швидкостях. Це створює порожній простір між водою та пропелером, а різниця тиску призводить до того, що повітря, розчинене у воді, виглядає як бульбашки. Це явище називається кавітацією, і його можна побачити в щоденних газованих напоях. Коли кришка відкривається, різниця тиску між внутрішньою та зовнішньою сторонами банки змушує газований напій і порожній простір усередині випускати бульбашки. Коли ці бульбашки знову піддаються тиску, вони лопаються та видають шум, який є достатньо гучним, щоб його помітили вороги поблизу. Крім того, коли пропелер обертається, частота вихору навколо нього збільшується, і коли частота вихору дорівнює власній частоті пропелера, вібрація та шум збільшуються, і це називається «співом». Усі об’єкти мають власну власну частоту та відповідно випромінюють звук, і це пов’язано з принципом резонансу, який збільшує енергію, коли ззовні діє сила такої ж частоти. Таким чином, пропелери створюють багато шуму, але вони необхідні для роботи, тому зниження шуму, викликаного їх роботою, є важливим питанням.
Для вирішення цієї проблеми розробляється кілька технологій. Перший спосіб усунути шум гвинта - зняти гвинт і встановити замість нього водомет. Водомет — це рушійний пристрій, який засмоктує воду через впускний отвір у дні човна та штовхає човен вперед, випускаючи воду з дренажу в задній частині човна. Це ефективно для зменшення шуму, оскільки немає кавітації через відсутність гвинтів, але це все одно неефективно для великих кораблів і дорожче, ніж рушійна установка. По-друге, це змінити форму гвинта, найпоширенішим прикладом, який використовується на кораблях, є гвинт із великим нахилом. Ідея полягає в тому, щоб змінити форму лопатей, коли вода протікає через пропелер, щоб зменшити вібрацію та шум. Однак потрібно бути обережним, щоб не міняти леза занадто часто, оскільки це може викликати шум. Інший варіант - застосувати до гвинта прерійну систему. Це техніка, яка передбачає свердління невеликих отворів у лопатях гвинта та продування повітря через них для створення повітряної плівки, яка діє як своєрідна стіна, яка перешкоджає поширенню звуку навколо лопатей під водою. Ми також розробляємо та застосовуємо метод Anti-Singing Edge, який відрізає кінчик крила та приєднує інший матеріал для придушення генерації шуму, щоб зменшити феномен співу.
Крім шумозаглушення, необхідні й інші технології для збереження непомітності підводного човна. Наприклад, поверхню підводного човна можна покрити спеціальними звукопоглинальними матеріалами, щоб запобігти відбиванню звукових хвиль. Також важливо спроектувати екстер’єр підводного човна таким чином, щоб він мав низьку ділянку відбиття радара, щоб він був менше підданий радіолокаційному виявленню.
Тиха війна між державами, які використовують підводні човни, триває й сьогодні. Військово-морські сили США нещодавно замовили роботизований підводний човен для захоплення підводних човнів російського виробництва, що працюють у територіальних водах США, і Росія поспішає будувати нове покоління підводних човнів, оснащених новітніми технологіями, які зроблять їх практично безшумними. Ці підводні човни постійно шукають і стежать одна за одною, і їх значення продовжує зростати. І технологія шумозаглушення продовжуватиме розвиватися, поки вони не замовкнуть повністю.
