The Strategic Imperative of Silent Propulsion

وفي الحرب تحت الماء، كثيرا ما يتجه الفرق بين البقاء والإبادة إلى متر واحد: الضجيج، والتوقيع الصوتي للغواصات هو مجموع الأصوات التي تشع في المياه، وتصميم الدافع هو أكثر التكنولوجيات أهمية في مجال مراقبة المهندسين، وتستثمر السفن الحديثة بلايين الدولارات في الحد من الضجيج المتحرك والزدحام، لأن تخفيض الديسيم يمكن أن يترجم مباشرة إلى متغيرات مكتشفة.

تفاهم بشأن التوقيعات الصوتية في منطقة نافال دومين

فالتوقيع الصوتي ليس صوت واحد بل هو انبعاثات متعددة الترددات، وهي مصدرها ثلاثة مصادر رئيسية: الآلات )المحركات والمضخات والمولدات( والتدفقات المائية )التفاعل بين المبردات والحرارة مع المياه( والهزات التي تنقل من خلال الهيكل، فبالنسبة لغواصة تعمل بعمق، كثيرا ما تهيمن الضوضاء المتكررة على نطاق التردد ١ دون النطاق الترددي.

وقد يصنف مشغلي السونار الاتصالات ببصمة الأصابع الصوتية، كما أن الغواصة التي لها سرعة عالية في الإنشاء، ومواد مثقفة جيدا، ومقياساً جغرافياً متقناً متقناً قد يبدو أكثر قليلاً من الضوضاء المحيطة بالخلفية حتى يتصرف بشكل عدواني، وعلى العكس من ذلك، فإن الدافع الضعيف المصمم ينتج خطوطاً واضحة وضجيجاً واسع النطاق يمكن تعقبه في المدى الطويل.

فيزياء الإجلاء والإنذار

ومن ثم فإن الاثبات هو تشكيل وانهيار فقاعات البخار في المناطق المنخفضة الضغط بالقرب من شفرات الدفع، وعندما تنهار الفقاعات، فإنها تولد موجات صدمية تنتج عن كراكات ذات طابع محدد، تكون في الغالب أكثر جزء يمكن تحديده من توقيع غواصة، وتسمى السرعة التي يجب أن يتناوب بها محرك الدفع لإحداث سرعة الاكتشافات السطحية، السرعة التي ترتفع بها سرعة التدفق النسبي للكشف عن الانحراف.

تصميم الثرستر التأسيسي: المثبّتة، القابلة للتعديل، والمصادرات الكهربائية

أما المادة الأصلية فتتضمن ثلاثة أنواع من المحركات، ولكن دراسة أعمق تكشف عن مشهد أكثر دقة، وقلما نوسع كل فئة بمبادلات تشغيلية وآثار ضوضاء.

مُتَجَدَّدَة

وفي مدفع ثابت، فإن الزاوية الملتوية ثابتة، وهذا التبسيط يعني أقل أجزاء متحركة، وانخفاض الصيانة، ووجود هيكل قوي يمكن أن يتحمل أعباء الصدمة، غير أن الجيولوجيا الثابتة تخلق حلا وسطا بين الكفاءة المنخفضة السرعة (التي تتطلب ملعبا للخروط) والكفاءة العالية السرعة (التي تتطلب ضربة جيدة) وعقوبة الارتفاع غير الضار بالزهور.

صليبات قابلة للتعديل

وتسمح أجهزة الدفع (أو قابلة للتحكم) المعدلة بتغيير زاوية كل نصل بينما تدور الشظايا بسرعة مستمرة، مما يعطي الغواصة القدرة على التحميل الصاروخي الأمثل لأي حالة تشغيلية، ويقلل بشكل فعال من مخاطر الدفن عبر النطاق الكامل للسرعة، وتحتاج الفرضية إلى أجهزة مشغلة ذات قدرة على ضبط الضوضاء عالية على الانتقال، وتضع آليات للتحكم في سرعة الحركة الآلية داخل المركز.

قاذفات كهربائية ومروجين متكاملين

وتحلل القوى الكهربائية من المحرك الرئيسي (محرك الديزل أو توربين) من محرك الدفع، وبدلا من ذلك، فإن المحرك الكهربائي الكبير الذي يحرك الدافع مباشرة، بينما يدير الناقل الرئيسي مولداً كهربائياً بسرعة أكبر، مما يلغي الحاجة إلى جهاز للعتاد - مصدر رئيسي للضوضاء واليقظة، بالإضافة إلى أن المحركات يمكن أن تكون متزامنة مع الدفعات الكهربائية ذات الدفع المتزامن.

Advanced Propulsor Geometry: Beyond Conventional Propellers

وفي حين أن المادة الأصلية تركز على التقلبات في الملعب، فإن التوقيع الصوتي متأثر تماماً بشكل الشفرة والهيكل المحيط بها، وقد أعادت ثلاثة مفاهيم متقدمة تشكيل تصميم محركات الغواصات.

"الزجاجة و الـ"بلايدز

ويمتد نطاق التدفق من كل نصل على مدى فترة أطول، ويقلل من نبضات الضغط التي تولد ضوضاء، ويقلل مجرى الريح من التدفق في الاتجاه الافتراضي، ويقلل من قوة الدفع في الغواصات، ويقلل من قوة الصنع الفلكي، ويقلل من قوة العجلات في اتجاه واحد، ويقلل من قوة الدفع في الغواصات الحديثة من الإجهاد الحاد (حتى 45 درجة) وخط الحاد.

Pump-Jet Propulsors

وبدلا من أن يكون محركا مفتوحا، يُقطر مضخة الطائر في قناة، ويسمح هذا الخط بقطع النصل بالركض مع تطهير متحكم به، ويخفض من التجويف البقائي، ويرفع المركب من أسفل المجرى ويزيد من سرعة التدفق ويستعيد طاقة التناوب، ويصبح الجروح أكثر هدوءا من محركات الدفع المفتوحة في سرعة الدوريات العادية، ويصبح الآن معيارا على درجة جر الفرجين.

اللوم المدفوع (أذربيجان)

وتضع الأعمدة الكهربائية المتحركة والمدفعية في غوندولا مبسطة يمكن أن تتناوب 360 درجة، وفي حين أن الدفع المكبّر شائع على السفن السطحية، فإن تطبيقات الغواصات محدودة بسبب التغلغل الهيكلي الكبير اللازم للتصاعد، إلا أن التصميمات التجريبية أظهرت أن جهاز الدفع المزود بالبخار يزيل خطوط الفتح الطويلة، مما يقلل من الضجيج المشع الناجم عن الرشقات.

آليات مفصلة لجيل النواة

وبغية تقدير مدى تأثير تصميم الدافع على التوقيع الصوتي، يجب أن يفهم المرء الفيزياء على مستوى النصل، إذ تهيمن أربع آليات على ذلك.

مقطورة (إدج نوايس)

ومع تدفق المياه على سطح الستار، تتطور طبقة الحدود المضطربة، وينتج تفاعل هذا الاضطراب مع الطرف المقطوع ضوضاء النطاق العريض، وتزيد أطراف الطور من الضوضاء، بحيث يزدهر المصممون في كثير من الأحيان أو يرتدون الحافة لكسر رفوف دودة متماسكة.

Tip Vortex Cavitation

في البقشيش، الماء العالي الضغط على واجهة الشفرة فوق الحافة إلى المنطقة المنخفضة الضغط على ظهرها، يتكون من دوامة، وإذا انخفض الضغط الوردي تحت ضغط البخار، يبدأ الرفوف، فغالبا ما يكون الطول الأول من نوع التفريغ الذي يظهر كزيادات سريعة.

Hub Vortex and Hub Cavitation

ويمكن أن يشكل الماء الذي يتدفق عبر المركز أيضا دوامة، خاصة إذا كان المركز نزيفا أو لديه خطوات، وينتج عن التجويف المائي في هوب دوبكس ضوضاء منخفضة التردد يمكن أن تبث مسافات طويلة، ويستخدم المصممون الآن أجهزة مركزية مبسطة تدمج تدريجيا التدفق من البروفات مع الجسد الرئيسي، وكثيرا ما يُجمع المركز بمواد متوافقة مع امتصاص اليقظة.

Sing Propellers

وظاهرة تهتدي فيها الشفرة نفسها بالتعاطف مع رفوف الدوافع، تنتج نبرة نقية مثل شوكة تلح، ويحدث ذلك عندما يضاهي تردد الدوافع الرافعة التردد الطبيعي للثلاجة، ويُختبر التخثر الكيميائي وتغييرات قياس الجمود، مثل إضافة قطع صغير أو تغيير نسيج العجلات المشتعلة في غناء النسيج.

الآلات المادية والتضليل الصوتي

إن اختيار المواد اللازمة لأجهزة الدفع يؤثر تأثيرا مباشرا على مستويات الضوضاء، فالسبائك التقليدية من النيكل المنغنيز (برونز) توفر مقاومة للتآكل الجيد وبطانة متوسطة، غير أن المواد المركبة الجديدة - البوليمرات المعززة الكربونية ذات طبقات الجسيمات المحتوية على البيرجين - وهي أعلى بكثير من الضجيج الفلزي الهيكلي مقارنة بالكمبيود المركبة)١٠.

ويستخدم نهج آخر مسارات الشكل (SMAs) لتغيير شكل النسيج بصورة نشطة استجابة لظروف التدفق، وتحقيق الاستخدام الأمثل للشحنة الصاروخية على الذبابة، وفي حين أن هذه الوسائل لا تزال تجريبية، فإنها يمكن أن تتيح لجهاز الدفع الوحيد أن يعمل بكفاءة عبر نطاق واسع من السرعة دون التعقيد الميكانيكي للرمي القابل للتكيف، وتستكشف بحوث أخرى استخدام أجهزة الأشعة المغناطيسية في اللب المغناطيسي، التي يمكن أن تكيف الخصائص المفتقرحة.

تكنولوجيات الحد من الضوضاء الابتكارية

وقد أشارت المادة إلى إلغاء الضوضاء النشطة وتصميمات الميكانيكية الحيوية، وهنا نلقي نظرة أكثر تفصيلا على هذه النهج وغيرها من النهج القائمة على التقطيع.

إلغاء نواة نشطة لنظم التبشير

وتستخدم الشركة الوطنية الأفغانية المصممة للمناطق التقليدية المتحدثين لإلغاء الضوضاء، ولكن تحت الماء يصبح غير عملي في ترددات منخفضة، بل يستخدم مصممو السفن التحكم في الاهتزاز النشط: فالأفران التسارعية على إشارات الموجات المتحركة إلى المكتظين الذين يستعملون الطلقات المضادة على الجذور الملتوية، وهذا يمكن أن يلغي عناصر الضوضاء في مصدرها، وقد اختبرت البحرية الملكية وبحرية النظامية النظامية الناشطة في مواجهة تحدي

Biomimetic Thruster Blades

وتولد الدلافين والحيتان قدرا ضئيلا من الاضطراب بسبب الجلد المتوافق معهما وثديهما المرن، وتضع القاذورات الحيوية هذه السمات من خلال حواف مقطورة مرنة، وثباتات سطحية مخروطة تقلل من جرها، كما أن الباحثين في جامعة ساوثمبتون قد طوروا محركا مزودا بقنابل (مضخات) على الطرف الرئيسي الذي يستمد من قوارب مطاط.

الوثائــق الــذي يقــوم بــه

إن اتباع نهج مضاد على ما يبدو: بدلا من تجنب الانحراف، يشجع بعض الدافعين عمدا على وجود تجويف مستقر ومتحكم يغلق النصل بأكمله، وفي التصاميم الموثقة، يطوّر فقاعة الغاز جرّة الريح، ويقلل بشدة من الاحتكاك، والضوضاء من المجاعة نفسها أقل من الضجيج الذي ينجم عن انهيار الفقاعات المتقطعة.

الآثار التشغيلية لمراقبة التوقيعات الصوتية

فالأثر التراكمي لخيارات تصميم الدافع ليس مجرد أثر أكاديمي، بل إنه يملي النتائج التكتيكية، ويمكن للغواصات ذات الدفع المنخفض أن تعمل بنظام الدفع في أعلى مستوى من الصواريخ دون وجود طيف، مما يتيح سرعة المرور العابر في الوقت الذي لا يزال فيه غير مكتشف، مما يزيد من المظروف التشغيلي ويقلل من الحاجة إلى أساليب العزلة والحركية، فضلا عن أن تجهيز إشارات العدو يخفض إلى حد أدنى من خطوط الضوضاء.

كما تنظر النافيس في التوقيع الصوتي عند اختيار مسارات الدوريات، ويمكن للغواصات ذات الدفعات الصامتة أن تقترب من المياه الضحلة أو المناطق ذات الهيدروغرافية المتحدة دون خوف من الكشف الصوتي، وترتبط القدرة على الصعود بصمت بالقرب من موانئ العدو أو على طول الممرات البحرية ارتباطا مباشرا بتصميم محرك الدفع أو مضخة الضخ، وفي الحرب المضادة للطائرات، فإن أول سفينة تقوم بالكشف عن أكبر أهداف ضوضاءة.

دراسة حالة: مجلة " سيوولف - كلاس "

وقد كانت الغواصات من طراز سيوولف التابعة للبحرية الأمريكية أول من استخدم مدفعا من طراز ضخ طيف في غواصة قتالية، وقد أتاح هذا الضخ للمذياع تحقيق السرعة التي تتجاوز ٣٥ عقدة مع الاحتفاظ بسلسلة من السطو الصوتي لم تصطدم بها زوارق من طراز لوس أنجلوس ذات القاذفات المفتوحة.

الاتجاهات المستقبلية: من الكفاءة التناسبية إلى مكافحة الأزمات

فالتصميم المدفوع للغواصات يتزامن مع الذكاء الاصطناعي والتصنيع المتقدم، ويتيح التصنيع الإضافي (3Dطباعة) إنشاء ممرات معقدة للتبريد الداخلي وهياكل للطلاء تقلل من الوزن وتعزز الرطوبة، ويمكن للمشغلين الافتراضيين أن يستكشفوا آلاف الأشكال الصارخة من الأهداف المتعددة الأبعاد: الحد من الضجيج، وزيادة الزخم، والحفاظ على قوة التوأم الرقمية الحقيقية.

وثمة حدود أخرى تتمثل في دمج المدافع مع مراقبة طبقة الحدود الهاوية، وباستخدامها لخطوط الفرز أو الضرب على الهيكل قبل الدفع، يمكن تخفيض اضطراب التدفق الداخلي، مما يقلل مباشرة من الضوضاء، وهذا ما زال مفهوماً على نطاق المختبر، ولكنه يتيح خفضاً في ضوضاء الارتداد إذا ما تم تصميمه في سفينة كاملة النطاق.

خاتمة

والتوقيع الصوتي للغواصة هو نتاج هندسة دقيقة عبر تخصصات لا حصر لها، ولكن الدافع يظل أكثر العناصر شيوعا وأكثرها قدرة على التحكم، ومن الاختيار الأساسي للرمي الثابت مقابل القابل للتكيف، إلى الهندسة المتطورة من الشفرة في الشفرة وقطع الجف، إلى استخدام المواد المتقدمة والإلغاء الفعلي، فإن كل قرار تصميمي لا يحمل وزناً في منافسة معادلة الصوم.

المراجع الخارجية: ]