MHD ? Propulsion sous-voûte ?

Octobre Rouge, connus de tous, existe en deux variantes, celle du livre et celle du film. D'une parle de propulsion hydrodynamique sous-voûte, l'autre parle de propulsion magnéto-hydrodynamique sous voûte (MHD donc).

I Petit Historique
La MHD a effectivement été étudiée par les soviétiques dans la fin des années 70 mais pas directement pour la propulsion des sous-marins. Ce sont plutôt pour la propulsion des torpilles que celà avait été envisagé avant qu'il ne se tourne vers un autre concept, l'hypercavitation.

le problème de la MHD intervient à plusieurs niveaux.

- Le rendement entre vitesse de propulsion / puissance électromagnétique à fournir / salinité de l'eau

La technologie des supraconducteurs, n'est toujours pas à l'heure actuelle maîtrisée à température ambiante, le rendement est loin de pouvoir permettre une propulsion à vitesse raisonnable (< 10 à noeuds) et les différences de salinité de l'eau dans l'océan rendent ce système de propulsion inconcevable à l'heure actuel avec la technologie dont on dispose, impensable donc dans les années 70, avec la technologie disponible à cette époque. Par ailleurs, la MHD provoque un effet secondaire indésirable. En effet, avec les technologies de détection des anomalies magnétique par satellite il est maintenant très facile de détecter avec une très grande précision les anomalies de champs. Hors la MHD par son fonctionnement fondamentale crée des anomalies locales du champs magnétique.

Suite à ces constats, c'est vers les pumpjet que les efforts ont été concentrés (d'ou ce que dit Tom Clancy au sujet de la propulsion de pompe sous voûte).

C'est le sous-marin C-99, un sous marin de classe 617 Whale (photo ci-dessous) qui a servi de bâtiment d'étude pour la propulsion par pumpjet ce qui par la suite donnera la Propulsion hydrodynamique sous voûte comme celle se trouvant sur les sous-marins de classe 877 Kilo.



Voici la voute de propulsion sur le plan du projet 877 Kilo, placée dans l'axe du sous-marins sous les barres de plongée arrière pour maximiser l'efficacité du changement d'immersion à faible vitesse. Les données actuelles donne cette propulsion une vitesse effective aux alentours de 5nds.




Tom Clancy, a simplement élargit le concept de propulsion sous-voûte à un projet 941, ce qui n'est fondamentalement pas idiot. La version film est par contre de la pure science-fiction !

II Appliqué au Modèle

N'attendez pas ici à trouver des équations et autres modèle de simulation complexe.
Je pars d'observation réelle et j'adapte...

Pourquoi un couplage de pompe dans chaque voûte ?

Simple car la force de poussée efficace additionnée de plusieurs pompes est plus importante que celle générée par une pompe de puissance équivalente aux pompes montés en parallèles.

Donc, le sous-marin sera pourvue de deux voûtes hydrodynamiques une à bâbord et une à tribord. Suite à une expérience concrète (le watercooling de mes PC), j'ai fait quelques observations intéressantes. J'avais acheté une pompe de 600L/H, j'ai donc câblé le circuit (waterbloc, radiateur passif et réservoir et un contrôle de débit). Dans les docs techniques de la pompe il est indiqué ; hauteur du jet d'eau 1.3m, honorable. Lors de la mise en eau du circuit j'ai constaté que le débit était d'une lenteur à faire frémir. La pompe patinait, elle n'arrivait pas à envoyer à débit élever (600L/H) le liquide de refroidissement. Ma première réaction fût : "Merde, je vais devoir acheter une pompe de 1000L/H pour augmenter la vitesse du fluide, il me faut une pompe plus puissante !". Vrai en théorie, malheureusement faux en pratique, ce n'est pas aussi simple que cela.

En faite, ce n'est pas la vitesse du fluide, mais le rendement de la pompe. Si elle patine c'est que la résistance du circuit est plus grande que sa capacité à expulser un flux. En la remplaçant par une unité plus grosse, je vais apporter un peu plus de couple certes mais j’avais aussi augmenté la consommation du système et pas forcément son efficacité.

Problème délicat que je résume par : plus de puissance = plus de consommation mais rien m'assure que je vais avoir + de pression donc un rendement supérieur

J'ai donc acheté une nouvelle pompe... de 600L/H que j'ai branchés en parallèle à la première :

Première constatation, la première pompe patinait moins, chauffait moins, donc consommait moins.
Deuxième constatation, le fluide avance maintenant de façon honorable. En mettant deux pompes en parallèle, j'ai augmenté le rendement globale !

Je peux donc dire à vue de nez que le rendement d'une pompe est comparable au rendement d'une alimentation à découpage.
Les alimentations bon marché ont un rendement qui oscille entre 75 à 85%. Si je prends une pompe seule son rendement est mauvais, j'en mets deux en parallèle sont rendement s'améliore. Si j'applique un rendement de 80% à ma pompe de 600L/H ça me fait 480L/H... certes mais c'est faux !

La pompe à une capacité de 600L/H... à vide !
La pompe à un jet de 1.5m... à vide !

Si je mets une seul pompe par voûte, je n'obtiendrai jamais un débit suffisant pour avancer les 20Kg environ du sous-marin !

Première réflexion : réduire la chemin que l'eau doit parcourir pour sortir de la voûte pour éviter de perdre trop de pression, donc placer les pompes à l'arrière du sous marin.
Deuxième réflexion : multiplier le nombre de pompes pour augmenter le rendement, je rejoins le postulat de Tom Clancy...

Hourra, j'ai réglé le problème !... non... hélas non !

Pourquoi ?

Tout d'abord, il y a une erreur dans mon raisonnement, en effet j'ai considéré le débit maximal de la pompe. Je peux donc dire : débit maximal=vitesse maximal. Mais que ce passe-t-il quand la vitesse est réduite de moitié ? Les pompes ponctionnent moitié moins d'eau dans les voûtes. Ce surplus va poser un problème...

Ensuite, le volume de la voûte doit pouvoir alimenter les pompes mais éviter d'augmenter la pression (par aspiration) avant les pompes sinon la tenue du sous marin risque d'en prendre un coup.

A ce stade de la réflexion, j'envisage deux actions. La première est de dire l'eau qui rentre : sort. Pas de stagnation. La deuxième est de percer la voûte avant les pompes pour permettre d'équilibrer la pression avant les pompes. Ça tombe bien, le sous marin comporte de nombreuse entrées sous la ligne de flottaison.



Autre point important :

La chenille, n'est pas une propulsion de surface, même si les entrées des voûtes se trouvent sous la ligne de flottaison, l'aspiration de l'eau risque de donner une assiette négative en surface, donc le faire piquer du nez voire même provoquer une plongée dynamique. De plus pour éviter d'endommager les moteurs, les voûtes doivent être complètement immergées

En Conclusion :

La propulsion sous-voûte nécessite la mise en place d'une mécanique complexe; faisable en théorie, elle nécessite une importante réflexion et une échelle importante pour pouvoir être implantée, avec un risque d'avoir une usine à gaz au finale peu efficace. Il existe des turbine à eau pour les racers qui peuvent être utilisées.