Los investigadores han desarrollado un concepto de ocultación del agua basado en fuerzas electromagnéticas que podrían eliminar la estela de un objeto, reduciendo en gran medida su arrastre y al mismo tiempo ayudando a evitar la detección.
La idea se originó en la Universidad de Duke en 2011 cuando los investigadores delinearon el concepto general. Al hacer coincidir la aceleración del agua circundante con el movimiento de un objeto, en teoría sería posible aumentar en gran medida su eficiencia de propulsión mientras se deja el mar circundante sin perturbaciones. La teoríafue una extensión del trabajo pionero del grupo en metamateriales, donde la estructura de un material, en lugar de su química, crea las propiedades deseadas.
Seis años después, Yaroslav Urzhumov, profesor asistente adjunto de ingeniería eléctrica e informática en Duke, ha actualizado la teoría al detallar un enfoque potencial. Pero en lugar de utilizar un sistema complejo de bombas muy pequeñas como se especuló originalmente, Urzhumov está recurriendo a la electromagnéticacampos y la densa concentración de partículas cargadas que se encuentran en el agua salada.
El estudio aparece en línea en la revista Revisión física E el 7 de diciembre de 2017.
"La idea original era tan grande que atrajo a colegas del Centro de Guerra Submarina Naval para que nos ayudaran a perseguirla, a pesar de que eran increíblemente escépticos", dijo Urzhumov, quien se encontraba entre los investigadores que trabajaron en el documento original de 2011 ".Desde entonces, hemos identificado un camino para materializar esta propuesta aparentemente imposible ".
El quid de la cuestión que se está abordando es que el agua es un líquido relativamente viscoso que, cuando se mueve, le gusta arrastrar su entorno durante el viaje a través de las fuerzas de cizalla. Un pez se siente mucho más pesado al ser arrastrado por el agua que al aire librepor toda el agua arrastrada con ella
Además de extraer esencialmente agua adicional, el arrastre también se puede aumentar por la forma en que el agua fluye alrededor de un objeto. Un objeto hidrodinámico con fluido que fluye suavemente a lo largo de su superficie crea mucho menos arrastre que un objeto en bloque que crea un desastre de flujos caóticos y turbulentos en sudespertar.
La solución a estos problemas es mover el agua fuera del camino. Al acelerar el agua alrededor del objeto para que coincida con su velocidad, se pueden evitar las fuerzas de corte y los flujos turbulentos.
"Hay muchas maneras de reducir la estela y el arrastre, como rodear un objeto con burbujas de baja fricción, que en realidad se hace con algunos torpedos navales", dijo Urzhumov. "Pero hay mucho que puedes hacer si solo estásaplicando fuerzas en la superficie. Esta idea de camuflaje abre una nueva dimensión para crear fuerzas alrededor de una embarcación u objeto submarino, lo cual es absolutamente necesario para lograr la cancelación total de la estela ".
Urzhumov originalmente imaginó una especie de marco en forma de truss que envolvía un objeto con estructuras delgadas y pequeñas bombas para acelerar su flujo a medida que pasaba. Pero a medida que pasaba el tiempo, decidió que un enfoque más práctico sería usar fuerzas "magnetohidrodinámicas".
Cuando una partícula cargada viaja a través de un campo electromagnético, el campo crea una fuerza sobre la partícula. Debido a que el agua del océano está repleta de iones como sodio, potasio y magnesio, hay muchas partículas cargadas que empujar. La idea no esPor loco que parezca, Japón construyó un prototipo de barco de pasajeros en 1991 llamado Yamato 1 utilizando estas fuerzas como un medio de propulsión, pero descubrió que el enfoque no era más eficiente que las hélices tradicionales.
En el nuevo documento, Urzhumov y su estudiante graduado, Dean Culver, utilizan simulaciones de dinámica de fluidos para mostrar cómo se puede lograr una capa de agua utilizando este enfoque. Al controlar la velocidad y la dirección del agua que rodea un objeto en movimiento, las simulaciones muestrandicho sistema puede hacer coincidir el movimiento del agua dentro de la capa con el del mar circundante.
Esto parecería que el agua dentro de la capa está completamente estancada en relación con el agua fuera de la capa, eliminando el arrastre y la estela. Por supuesto, las implementaciones prácticas no son perfectas, por lo que algo de arrastre y estela permanecería encualquier realización del dispositivo.
Si bien las simulaciones utilizaron un caparazón de ocultación de la mitad del ancho del objeto en sí, los cálculos muestran que, en teoría, el caparazón podría ser tan delgado como quisiera. Otro resultado importante fue que las fuerzas dentro del caparazón no tendrían que cambiar de direccióna medida que el objeto se aceleraba, solo necesitarían más poder.
"Ese es uno de los principales logros de este documento", dijo Urzhumov. "Si no tiene que ajustar la distribución de fuerzas, no necesita ningún interruptor electrónico u otro medio de control dinámico. Puede configurarla estructura con una configuración específica y simplemente aumenta la corriente a medida que el objeto se acelera "
Urzhumov dice que para que un barco o submarino real use un dispositivo de este tipo, necesitaría un reactor nuclear para alimentarlo, dados los enormes requisitos de energía para encubrir un objeto de ese tamaño. Sin embargo, eso no significa que unUna embarcación diesel más pequeña no podría alimentar un dispositivo de ocultación más pequeño para proteger las protuberancias potencialmente vulnerables de la detección.
Urzhumov también dice que sus teorías y cálculos tienen muchas aplicaciones potenciales fuera del océano. Diseños similares podrían usarse para crear un sistema distribuido de propulsión iónica para naves espaciales o para suprimir inestabilidades de plasma en prototipos para reactores de fusión termonuclear.
"Creo que estas ideas van a florecer en varios de estos campos", dijo Urzhumov. "Es un momento muy emocionante".
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Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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