Bemande supersonische onderzeeër
stuit voorlopig op problemen

Er bestaat geen twijfel over de natuurkundige kanten van het verschijnsel supercavitatie, maar de praktische toepassing ervan in de vorm van snelle, bemande duikboten is, zacht uitgedrukt, erg lastig. Zonder te beweren dat ik hiermee volledig ben, moeten op zijn minst de volgende problemen in ogenschouw genomen worden.

De moeilijkheden beginnen al bij het starten van zo'n supersonische onderzeeër. Daarbij is altijd sprake van een overgang vanuit de situatie zonder cavitatie, naar cavitatie, naar supercavitatie. Tot dat moment is de gasbel rond het vaartuig hoogstwaarschijnlijk niet stabiel.

Zelfs wanneer door supercavitatie de wrijving van een vaartuig sterk afgenomen is, zal er een enorme drukweerstand zijn. De hele wand van het vaartuig staat onder een omgevingsdruk die maximaal gelijk is aan de dampdruk van water. De neus is blootgesteld aan een veel hogere druk: de optelsom van de statische druk –afhankelijk van de waterkolom boven de onderzeeër en dus van de diepte waarop deze vaart– en van de bewegingsdruk. Die laatste is erg hoog, omdat deze vaartuigen zich met een zeer hoge snelheid bewegen. Deze bewegingsdruk neemt namelijk kwadratisch toe ten opzichte van de snelheid: een twee keer zo snel bewegend vaartuig ondervindt een vier keer zo hoge drukweerstand.

Het manoeuvreren en stoppen van het vaartuig zal een vreselijk karwei zijn. Het probleem van sturen zou je kunnen oplossen met stuurvinnen of remtoestellen. Die moeten door de wand van de gasbel heenprikken, omdat ze anders geen effect hebben. Maar daardoor zullen ze uiteraard nieuwe weerstand veroorzaken. Een andere mogelijkheid voor het bijsturen van zo'n vaartuig is met behulp van een gyroscoop of met stuurraketten binnen de gasbel.

Ook afremmen van het vaartuig is niet zonder problemen. In plaats van een explosie heeft er een implosie plaats: de gasbel stort in elkaar onder de druk en de versnelling van het omringende water. Dat gaat gepaard met een verwoestende drukgolf. De onderzeeër moet dus uitzonderlijk stevig zijn, wat weer ten koste gaat van het laadvolume.

Als het vaartuig de drukgolf van de implosie 'overleeft', wordt het onmiddellijk daarna blootgesteld aan de wrijvingsweerstand van het water, doordat de wand daar weer contact mee maakt. Bij zo'n hoge snelheid veroorzaakt deze weerstand –die zich ook kwadratisch verhoudt tot de snelheid– een zeer sterke afremming. De krachten die daarmee gepaard gaan, zijn –afhankelijk van de snelheid– verschillende malen hoger dan de zwaartekracht. Eventuele passagiers zouden dit nauwelijks kunnen overleven.

Het effect van de implosie is tot op zekere hoogte te verzachten door uitlaatgassen aan de gasbel toe te voegen, maar het dodelijke risico van de drukgolf en de sterke vertraging, bijvoorbeeld als gevolg van een technische storing, blijven aanwezig.

Vanaf een bepaalde diepte onder water zal het moeilijk, zo niet onmogelijk zijn om een stabiele gasbel rond het vaartuig te creëren, aangezien de druk van het omringende water toeneemt naarmate de onderzeeër dieper vaart.

Ten slotte rest nog de vraag: Waarom zouden we supersonische snelheden gebruiken voor civiele of vrachtonderzeeërs? Vliegtuigen worden ook blootgesteld aan een stabiele en niet-zelfopgewekte luchtweerstand.

Behalve voor militaire toepassingen, waar veel van de hierboven geschetste problemen de verwoestende werking van een supercavitatiewapen juist versterken, heb ik het gevoel dat het verschijnsel supercavitatie voorlopig niet toegepast zal worden voor de voortstuwing van onderzeeërs.

Dat neemt niet weg dat we onorthodoxe gedachten zoals deze zeker op prijs stellen, ook in de scheepsarchitectuur. Zonder zulke gedachten zou de mensheid nog steeds geloven dat snelheden hoger dan 30 kilometer per uur dodelijk zijn, dat alleen vogels kunnen vliegen, en dat het doorbreken van de geluidsbarrière onmogelijk is.

Dr. ing. C. Thill, consultant weerstand en voortstuwing van het Maritiem Research Instituut Nederland (Marin) in Wageningen.