Durchbrechen der Schallmauer unter Wasser

Der Grund dafür, dass die Schallgeschwindigkeit eine wohldefinierte Größe ist, liegt darin, dass für kleine Störungen die Gleichungen, die die Fluiddynamik bestimmen , linearisiert werden können . In dieser linearisierten Form läuft die Lösung auf einen einfachen Wellenansatz mit linearem Dispersionsverhältnis, dh konstanter Geschwindigkeit hinaus .
Das sind die Schallwellen.

Zufällig hält diese lineare Lösung in Luft sogar ziemlich großen Störungen ziemlich gut stand. Nur wenn sich etwas schneller als Schallgeschwindigkeit bewegt, kann der lineare Wellenmodus offensichtlich nicht mehr zum Abtransport von Energie verwendet werden, daher wird jede Störung (die unvermeidlich ist, wenn sich etwas durch die Luft bewegt) „eingefangen“. Die Pertubation wird immer stärker, bis die Dynamik vollständig nichtlinear ist und Sie eine Stoßwelle erhalten .
Aus diesem Grund ist die Schallmauer eine so entscheidende Grenze für Flugzeuge.

In inkompressiblen Flüssigkeiten wie Wasser funktioniert dies nicht unbedingt auf die gleiche Weise. Im Wasser ist die Dynamik tendenziell viel heftiger, sogar weit unter der Schallgeschwindigkeit. Insbesondere kommt es leicht zu Kavitationsblasen . Wie bereits von Acid Jazz gesagt , ermöglicht dies eine ziemlich bemerkenswerte Art der Unterwasserbewegung, die völlig anders ist als alles, was man in der Luft bekommt.

tl;dr , die Schallmauer ist unter Wasser nicht wirklich relevant, weil seltsame Effekte auftauchen, bevor Sie ihr jemals nahe kommen.

Relevant wäre aber immer noch, ob es gelingt, die Druckstörungen auch nahe der Schallgeschwindigkeit klein genug zu halten. Eigentlich ist dies für jede Überschallbewegung unter Wasser relevant, wenn man es in einem ausreichend großen Maßstab betrachtet. Beispielsweise verursacht ein Asteroideneinschlag im Ozean zweifellos einen Schallkegel, der dem von Überschallflugzeugen erzeugten ziemlich ähnlich ist.

Die Schallgeschwindigkeit in Wasser bei 20 Grad Celsius beträgt 1482 m/s (2881 Knoten), nur zum Vergleich mit den derzeit behaupteten erreichbaren Geschwindigkeiten.

Kleine verwandte Tatsache: Die Pistolengarnele kann sonolumineszierende Kavitationsblasen erzeugen, die bis zu 5.000 K (4.700 °C) erreichen und bis zu 218 Dezibel laut sind und die Schallmauer im Wasser durchbrechen. Sagt Wikipedia

YouTube-Video von Pistolengarnelen in Aktion

Wasser, sagen wir mal bei Meerestemperaturen, ist ziemlich inkompressibel, also ist es eine große Herausforderung. Das sich bewegende Objekt würde sich im Wesentlichen durch eine Dampfwolke bewegen, anstatt das Wasser direkt zu berühren.

Bei der Gestaltung des Profils und der Form des Objekts müssten Sie die effizienteste Methode zur Umwandlung von flüssigem Wasser in Dampf in Betracht ziehen.

Wenn Sie es tun könnten (vergleichbar mit dem Bewegen durch einen Block aus massivem Eichenholz oder etwas noch Dichterem), würde das Wasser an der Vorderkante des sich bewegenden Objekts durch Kochen zu Dampf werden. Wenn sich die Dampfblase ausdehnt, beginnt sich das Objekt durch den durch den expandierenden Dampf erzeugten Hohlraum zu bewegen.

Das sich bewegende Objekt wird dann von der an seiner Vorderkante erzeugten Dampfblase umgeben, da es sich schneller durch die expandierende Blase bewegt, als das umgebende Wasser den Dampf kühlen und in einen flüssigen Zustand zurückversetzen kann. Dadurch kann sich das sich bewegende Objekt tatsächlich durch Dampf und nicht durch flüssiges Wasser bewegen.

Siehe Carls Kommentar unten zu möglichen Problemen beim Erreichen dieses Effekts.

Aus Wikipedia: Superkavitation

Für den Superkavitations-Torpedo bleiben mehrere Herausforderungen, einschließlich der Art und Weise, wie er unter Wasser gesteuert wird. Wassertunneltests haben bereits bewiesen, dass Geschwindigkeit erreicht werden kann: 1997 testete die Marine ein superkavitierendes Projektil (Abbildung oben), das eine Geschwindigkeit von 5.082 Fuß pro Sekunde erreichte und damit das erste Unterwasserprojektil wurde, das Mach 1 übertraf.

Mach 1 Torpedo

Seltsamerweise kann Superkavitation helfen, die Höchstgeschwindigkeit zu erhöhen. Laut dem nicht unbedingt korrekten PopSci hat die Marine Mach 1 erreicht:

superkavitierender Torpedo . Ein Link in Wikipedia behauptet, die Deutschen hätten 800 km/h erreicht.

Außer dem sowjetischen Shkval kann ich keine Updates zu solchen Torpedos finden, also sind die Navy-Programme entweder tiefschwarz geworden oder sie haben aufgegeben.