[论文解读] How internal waves could lead to wreck American and Indonesian submarines?

Yury Stepanyants|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2021

Marine and environmental studies被引用 5

一句话总结

本文提出，大振幅内波可能对1963年美国核动力潜艇长尾鲨号（Thresher）和1968年苏尔科号（Scorpion）以及2021年印度尼西亚柴油动力潜艇南伽拉号（Nanggala）的沉没起到了作用。通过水动力学建模和波参数重构，作者认为这些非线性内波可能引发极端海洋应力，导致潜航器结构失效或失控。

ABSTRACT

The article reflects the author's point of view on the disasters that occurred with American atomic submarines Thresher and Scorpion in 1960th and Indonesian diesel submarine Nanggala-420 in April 2021. A possible role of giant internal waves in such tragic events is discussed. Parameters of large-amplitude internal solitary waves, their shapes and speeds of propagation are presented. The author's reconstruction of the disasters is given.

研究动机与目标

• 调查大振幅内孤立波在未查明原因的美国和印度尼西亚潜艇沉没事件中可能发挥的作用。
• 利用海洋学数据和波动力学，重建事件发生时的物理条件。
• 评估内波是否能产生足以破坏潜艇完整性的水动力载荷或稳定性影响。
• 为常规原因无法解释的潜艇损失提供地球物理层面的解释。
• 强调在分层海洋环境中，内波作为潜艇运作中被低估的危险因素。

提出的方法

• 分析长尾鲨号、苏尔科号和南伽拉号事件的历史数据及已发表报告。
• 应用大振幅内孤立波的理论模型，包括其形状、振幅和传播速度。
• 使用非线性波理论（如Korteweg–de Vries方程）估算沉没区域的波特征。
• 根据现有的海床地形和海洋学数据，重构海洋层结剖面，评估波的生成潜力。
• 评估由波诱导的水流和压强梯度对潜航器产生的机械应力。
• 将重构的波参数与观测到的潜艇故障模式及运行数据进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 大振幅内孤立波是否可能对美国核动力潜艇长尾鲨号和苏尔科号的沉没产生影响？
• RQ2 在长尾鲨号和苏尔科号沉没地点附近，与环境条件一致的波参数（振幅、速度、形状）是什么？
• RQ3 内波诱导的水流和压强变化在多大程度上可能使潜航潜艇失稳或受损？
• RQ4 2021年南伽拉号-420沉没事件周围的物理条件与早期美国潜艇损失相比，内波活动有何异同？
• RQ5 有哪些证据支持内波是这些潜艇灾难的促成因素这一假设？

主要发现

• 作者重构认为，长尾鲨号和苏尔科号沉没区域可能存在振幅超过100米的内孤立波。
• 这些大振幅波的波速估计为5–7 m/s，与分层海洋层中非线性波理论一致。
• 重构的波动力学表明，此类波可能产生强烈的水平水流和压强梯度，足以在潜航器上引发结构应力。
• 南伽拉号-420事件发生在以强内波活动著称的区域，支持了波参与的假设。
• 本文指出，尽管内波可能导致灾难性失效，但潜艇安全规程中仍缺乏对内波危害的正式承认。
• 分析表明，内波可能是这三起潜艇损失中一个合理但此前被忽视的因素，尤其在无明确机械或导航原因的情况下。