Vergelijk een onderzeeër op een zonnig strand met een onderzeeër in de diepe, donkere oceaan en leg de bronnen van onderzeeërgeluid uit en de verschillende technieken om dit te verminderen. Benadruk het belang van het ontwikkelen van technologieën om onderzeeërs onopvallend te houden.
Mensen hebben plezier op een zonnig strand. De geluiden van rondrennende kinderen, kletsende volwassenen en een luidspreker die muziek afspeelt vullen de ruimte. De strandgangers genieten van de warme zomerzon, spelen een balletje in het zand of lezen een boek onder een parasol. Ver weg van hen, in het diepe, donkere water, zwemt een object roerloos. Hij schiet rond alsof hij iets zoekt, of hurkt stil alsof hij bang is dat er iets nadert. Het is een geest van de zee, een onderzeeër.
Een onderzeeër is letterlijk een militair vaartuig dat onder water kan reizen, zijn tanks met zeewater kan vullen om zijn gewicht aan te passen, en leeg kan lopen en opgeblazen kan worden terwijl het duikt en opstijgt. Onderzeeërs worden gebruikt om onder water te reizen om vijanden te verkennen en doelen aan te vallen, en werden voor het eerst gebruikt in gevechten tijdens de Amerikaanse Onafhankelijkheidsoorlog in de 1700e eeuw, en zijn snel geëvolueerd door twee wereldoorlogen om hun huidige staat te bereiken.
Het belangrijkste kenmerk dat een onderzeeër nodig heeft om zijn rol te vervullen is stealth, oftewel het vermogen om onopgemerkt te blijven door vijandelijke schepen. In de diepten van de oceaan, waar objecten niet visueel kunnen worden beoordeeld, vertrouwen onderzeeërs op geluidsgolven om hun omgeving te detecteren, en elk geluid dat door een onderzeeër wordt gegenereerd, is onmiddellijk zichtbaar voor nabijgelegen vijandelijke schepen. Daarom zijn er, als reactie op de ontwikkeling van geluidsdetectietechnologie, sonar genoemd, technologieën ontwikkeld om ruis te verminderen, maar er zijn veel bronnen van ruis, en zelfs met moderne technologie is het nog steeds een uitdaging om ruis volledig te elimineren.
Er zijn vier belangrijke geluidsbronnen in onderzeeërs: mechanisch geluid, compartimentgeluid, hydrodynamisch geluid en propellergeluid. Dit kan gemakkelijk worden begrepen door een bewegende onderzeeër voor te stellen. Om de onderzeeër te laten bewegen, moeten er veel machines werken, die mechanisch geluid genereren, en de bemanning die in de onderzeeër woont, genereert onvermijdelijk ook geluid, wat compartimentgeluid is. Terwijl de onderzeeër door het water beweegt, creëert het water rond de romp hydrodynamisch geluid als gevolg van de onregelmatige beweging van het water, en de propellers die draaien om vooruit te komen, dragen ook bij aan geluid.
Maar de belangrijkste geluidsbron is het draaien van de propellers. De boot wordt voortgestuwd door de reactie van de propeller die met hoge snelheid het stilstaande water voortstuwt. Hierdoor ontstaat er een lege ruimte tussen het water en de propeller, en het drukverschil zorgt ervoor dat de in het water opgeloste lucht als bellen verschijnt. Dit fenomeen wordt cavitatie genoemd en is te zien in alledaagse koolzuurhoudende dranken. Wanneer het deksel wordt geopend, zorgt het drukverschil tussen de binnen- en buitenkant van het blik ervoor dat de koolzuurhoudende drank en de lege ruimte binnenin belletjes vrijgeven. Wanneer deze bellen weer onder druk worden gezet, barsten ze en maken ze geluid, dat luid genoeg is om door vijanden in de buurt te worden opgemerkt. Wanneer een propeller draait, neemt ook de frequentie van de werveling eromheen toe, en wanneer de frequentie van de werveling gelijk is aan de natuurlijke frequentie van de propeller, nemen de trillingen en het geluid toe, en dit wordt 'zingen' genoemd. Alle objecten hebben hun eigen natuurlijke frequentie en zenden overeenkomstig geluid uit, en dit is te danken aan het resonantieprincipe, dat de energie verhoogt wanneer van buitenaf een kracht met dezelfde frequentie wordt uitgeoefend. Als zodanig genereren propellers veel geluid, maar ze zijn noodzakelijk voor de werking, dus het verminderen van het geluid dat door hun werking wordt veroorzaakt, is een belangrijk probleem.
Er worden verschillende technologieën ontwikkeld om dit probleem op te lossen. De eerste manier om propellergeluid te elimineren is door de propeller te verwijderen en in plaats daarvan een waterstraal te installeren. Een waterstraal is een voortstuwingsapparaat dat water aanzuigt uit een inlaat aan de onderkant van de boot en de boot naar voren duwt door water uit een afvoer aan de achterkant van de boot te laten ontsnappen. Dit is effectief in het verminderen van geluid omdat er geen cavitatie is door het ontbreken van propellers, maar het is nog steeds inefficiënt voor grote schepen en duurder dan voortstuwing. De tweede is het veranderen van de vorm van de propeller. Het meest voorkomende voorbeeld dat op schepen wordt gebruikt, is een propeller met een hoge scheefstand. Het idee is om de vorm van de bladen te veranderen terwijl het water door de propeller stroomt, om trillingen en geluid te onderdrukken. U moet er echter op letten dat u de messen niet te veel verwisselt, omdat dit geluid kan veroorzaken. Een andere optie is het toepassen van een prairiesysteem op de propeller. Dit is een techniek waarbij kleine gaatjes in de propellerbladen worden geboord en er lucht doorheen wordt geblazen om een luchtfilm te creëren, die als een soort muur fungeert en voorkomt dat het geluid dat rond de bladen wordt gegenereerd zich onder water verspreidt. We ontwikkelen en passen ook de Anti-Singing Edge-methode toe, waarbij de punt van de vleugel wordt afgesneden en ander materiaal wordt bevestigd om de geluidsproductie te onderdrukken en het zangfenomeen te verminderen.
Naast geluidsreductie zijn er ook andere technologieën nodig om de stealth van de onderzeeër te behouden. Zo kan het oppervlak van de onderzeeër worden bekleed met speciale geluidsabsorberende materialen om te voorkomen dat geluidsgolven worden gereflecteerd. Het is ook belangrijk om de buitenkant van de onderzeeër zo te ontwerpen dat deze een laag radarreflecterend gebied heeft, zodat deze minder wordt blootgesteld aan radardetectie.
De stille oorlog tussen landen die gebruik maken van onderzeeërs gaat vandaag de dag nog steeds door. De Amerikaanse marine heeft onlangs een robotonderzeeër in gebruik genomen om onderzeeërs van Russische makelij te vangen die in de territoriale wateren van de VS opereren, en Rusland haast zich om een nieuwe generatie onderzeeërs te bouwen die zijn uitgerust met de nieuwste technologie die ze vrijwel stil zal maken. Deze onderzeeërs zijn voortdurend op zoek naar elkaar en houden elkaar in de gaten, en hun belang blijft groeien. En de technologie voor ruisonderdrukking zal zich blijven ontwikkelen totdat ze volledig stil zijn.
