Sir Barnes Wallis was een geniale ingenieur die een heel speciale bom ontwierp tijdens de Tweede Wereldoorlog. Het idee was dat het over water zou stuiteren en Duitse dammen langs het Ruhrgebied zou vernietigen, wat enorme overstromingen en schade aan water en hydro-elektriciteitsvoorziening zou veroorzaken.
Mede dankzij de film The Dam Busters uit 1955 is het verhaal achter Operatie Chastise, dat op 16 en 17 mei in 1943 plaatsvond, een bekend oorlogstijdverhaal geworden. Maar de werkelijke werkberekeningen van Wallis gingen verloren (passend misschien, bij een overstroming in de jaren zestig). Dus wat weten we over de complexe wetenschap achter de stuiterende bommen?
We weten dat de Duitsers hun dammen als een potentieel doelwit voor hun vijanden beschouwden en torpedonetten voor de structuren plaatsten om hen te beschermen. En om een dam kapot te maken, besefte Wallis dat het niet zou lukken om hem met veel kleine bommen te doorspuiten. Het zou het verschil zijn tussen een handvol zand tegen een raam gooien en dan hetzelfde doen met een steen.
Wallis dacht dat om ernstige schade aan te richten, een enkele bom van vier ton tot op de diepte van de dammuur tot op een diepte van ongeveer 30 voet onder water moest worden ontstoken. Destijds was de nauwkeurigheid van bombardementen op grote hoogte niet goed genoeg om zo'n bom op doel af te schieten. Het idee om het over het water naar de dam te laten stuiteren, was geïnspireerd.
In vroege experimenten werden een paar dingen duidelijk. Eerst moest de bom stuiteren - met backspin. Net als dat een delicate backspin dropshot in tennis, waardoor de bal net over het net zweeft.
Wallis kwam tot de conclusie dat een bom met backspin zou worden opgeheven door wat bekend staat als het Magnus-effect dat de neerwaartse aantrekkingskracht van de zwaartekracht tegengaat en ervoor zorgt dat het zachtjes op het wateroppervlak slaat. Als de bom het water te hard raakt, zou het voortijdig ontploffen, waardoor het vliegtuig boven, maar geen schade aan de dam zou worden veroorzaakt.
Spin betekende daarom dat de bommen op een beheersbare hoogte konden worden afgeleverd. Vliegen op 60 voet was al gevaarlijk laag, maar zonder backspin zouden de Lancaster-bommenwerpers nog lager en sneller moeten hebben gevlogen.
In de eerste experimenten van Wallis werkte hij met knikkers en golfballen en het was duidelijk dat zijn bom bolvormig zou zijn. Maar omdat het gemakkelijker was om cilindrische bommen te maken, werd een bolvormige houten behuizing aan de cilinders vastgemaakt om ze rond te maken.
Echter, wanneer op ware grootte opgeschaald, zou de behuizing van de sferische bommen uiteenvallen bij impact op het water. Het duurde niet lang om vast te stellen dat de bolvormige behuizing onnodig was en dat de kale cilinder net zo effectief zou stuiteren.
Spindoctor
In tegenstelling tot een bol stuiteren cilinders echter alleen als ze recht stuiteren. Dit is de tweede goede reden om de bom te laten draaien, omdat spin de as van de cilinder horizontaal houdt zodat deze het water recht raakt. Net als voor de draaiende planeet aarde, stabiliseert het gyroscopische effect van de draaiende cilinder de spinas.
Wallis vond nog een ander belangrijk voordeel van backspin. De bom kon niet zomaar tegen de damwand botsen op 240 km / u, omdat het voortijdig zou ontploffen en geen significante schade zou aanrichten. Dus zorgde hij ervoor dat de bom net voor de dam landde - maar omdat hij nog steeds draaide, boog hij zachtjes naar de dammuur. Tegen de tijd dat het de vereiste diepte bereikte, was het recht tegen de dam aan waar het maximale schade zou veroorzaken.
Ten slotte moest Wallis weten hoeveel explosief hij moest gebruiken. Hij deed kleinschalige tests op modellen en werkte vervolgens uit hoe hij de hoeveelheid explosieven kon opschalen om een dam van 120 voet hoog aan te pakken en idealiter zijn bommen met 40 ton explosieven zou hebben geladen. In het geval (er is maar zoveel dat een vliegtuig kan vervoeren) kon hij slechts vier ton gebruiken, dus naast de donkere omstandigheden, lage hoogte en vijandelijk vuur, was precisie de sleutel.
(Voor ons eigen stuiterende bomexperiment in 2011 ontdekten we dat 50 gram explosief een dam van 4 voet volledig zou slopen, dus onze versie van 30 voet zou 160 kilogram nodig hebben. We gebruikten 180 kilogram voor de zekerheid ... en het was helemaal kapot. )
Na proeven op water in Dorset en Kent vond de daadwerkelijke inval plaats in de vroege uren van 17 mei 1943, waarbij 19 Lancaster-bommenwerpers uit RAF Scampton in Lincolnshire vlogen. Na een vlucht van drie uur zette het eerste vliegtuig zich op de Möhne-dam, vliegend op 240 mph en op die gevaarlijk lage hoogte van 60 voet.
De bom werd ongeveer een halve mijl voor de dam losgelaten, vijf of zes keer gestuiterd en vlak voor de muur gezonken. Op de vereiste diepte van 30 voet veroorzaakte de druk van water de explosie direct naast de damwand. In totaal moesten vijf vliegtuigen hun bommen laten vallen voordat de eerste dam werd doorbroken.
De inval was gevaarlijk, veel levens gingen verloren en het effect ervan op het verloop van de oorlog wordt nog steeds besproken. Een ding waarover we het zeker eens zijn, 75 jaar later, is dat Wallis terecht wordt herinnerd als een geniale ingenieur.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Hugh Hunt, lezer in Engineering Dynamics and Vibration, Universiteit van Cambridge
