潛艇隱身新希望超導(dǎo)磁流體推進(jìn)

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1、潛艇隱身新希望:超導(dǎo)磁流體推進(jìn)王華1990年，日本三菱重工建造的一艘30米長，排水量僅有150噸的小船在神戶船廠舉行了隆重的下水儀式。這艘名為“大和1號”的小船是世界上第一艘利用超導(dǎo)磁流體動(dòng)力推進(jìn)裝置的水面試驗(yàn)船。它的設(shè)計(jì)、建造和試驗(yàn)情況一直受到各國海軍、船舶科研人員和船舶工業(yè)界的密切關(guān)注。原因是這種動(dòng)力裝置一旦用于潛艇，將會(huì)對未來潛艇的設(shè)計(jì)和作戰(zhàn)產(chǎn)生極其巨大的影響?；驹泶帕黧w推進(jìn)裝置的工作原理簡單地說就是利用電磁線圈作用于海水形成噴射推進(jìn)。當(dāng)海水流過推進(jìn)器時(shí)，被正負(fù)電極所電離。而強(qiáng)有力的磁場對帶電荷的海水產(chǎn)生洛倫茲力，使海水加速從導(dǎo)管尾部噴出，其反作用力就推動(dòng)了艦艇

2、前進(jìn)。從理論上講，磁流體推進(jìn)裝置可以做到寂靜無聲，這對致力于提高隱身性能的潛艇來說，無疑具有極大的吸引力。根據(jù)產(chǎn)生磁場的不同方式，可以把磁流體推進(jìn)裝置分為交流磁場方式和直流磁場方式，直流磁場方式由于推進(jìn)效率高，受到人們的青睞。根據(jù)磁場范圍的不同又可分為在船外形成磁場的外部磁場方式和在船內(nèi)管道中形成磁場的內(nèi)部磁場方式。發(fā)展歷程美國是最早開展電磁推進(jìn)研究的國家，早在1961年，美國的賴斯就獲得了電磁推進(jìn)的專利。1968年，美國加州大學(xué)的斯圖爾特·韋意博士制成了雙圓筒形的常規(guī)磁流體動(dòng)力裝置，還研制了世界上第一艘模型試驗(yàn)船F(xiàn)MS-1，并在圣芭芭拉城的試驗(yàn)水池中成功地進(jìn)行了航行試驗(yàn)

3、。試驗(yàn)結(jié)果表明：使用普通線圈產(chǎn)生磁場的磁通量太小，要形成足夠的推力，線圈或磁鐵的重量就很大。因此電磁推進(jìn)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生高磁場密度，而這種高磁場密度是無法從普通線圈獲得的。此后在縮小磁流體動(dòng)力系統(tǒng)體積，提高功率以達(dá)到實(shí)用化方面的研究一直進(jìn)展緩慢。直到70年代，由于超導(dǎo)研究取得很大的進(jìn)展，較高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)才給磁流體動(dòng)力推進(jìn)帶來了光明的前景。使用超導(dǎo)線圈作為磁流體動(dòng)力推進(jìn)裝置的電磁線圈時(shí)，只要保持超導(dǎo)狀態(tài)，線圈充電后，電流就在線圈中無損耗地循環(huán)流動(dòng)，轉(zhuǎn)化效率高，能夠形成幾乎是恒定的強(qiáng)磁場。超導(dǎo)磁流體推進(jìn)系統(tǒng)是一項(xiàng)極具研究價(jià)值而又高風(fēng)險(xiǎn)的高科技項(xiàng)目。目前，從事這方面研究的只有

4、少數(shù)先進(jìn)國家，居領(lǐng)先地位的是日本。70年代超導(dǎo)技術(shù)的研究剛剛開始走上實(shí)用化的道路，日本神戶商船大學(xué)和日本川崎重工技術(shù)研究室就于1976年建造了電磁推進(jìn)船模SEMD－1，船模上裝有小型超導(dǎo)線圈。船模試驗(yàn)證明了超導(dǎo)強(qiáng)磁場在電磁推進(jìn)中的有效性。1979年日本又建造了試驗(yàn)性超導(dǎo)電磁推進(jìn)船模ST-500，通過船模試驗(yàn)積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。1985年6月，日本造船振興財(cái)團(tuán)成立了“超導(dǎo)電磁推進(jìn)船開發(fā)研究委員會(huì)”，由日本造船工業(yè)基金會(huì)資助4000萬美元，著手建造世界上第一艘超導(dǎo)試驗(yàn)船“大和1號”。1990年該船下水并進(jìn)行了海試，其磁通量為4斯特拉，航速為8節(jié)。由于“大和1號”的推進(jìn)效率和

5、速度等方面還不盡如人意，日本造船振興財(cái)團(tuán)已著手研制“大和2號”，目標(biāo)是20節(jié)航速，推進(jìn)效率比“大和1號”提高5%～10%，使用液氮溫度下工作的高溫超導(dǎo)磁體。另外在1990年，日本運(yùn)輸相田耕平原宣布政府撥款430萬美元開發(fā)一種用于集裝箱船的超導(dǎo)磁流體動(dòng)力裝置。日本的神戶商船大學(xué)還和芬蘭的維西亞公司合作，以德國排水量為1070噸的“波利亞捷”號科學(xué)研究破冰船為藍(lán)本，研究ST-400B大型電磁推進(jìn)破冰船。美國直到90年代才開始加強(qiáng)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)的研究工作。目前由國防高級研究計(jì)劃局出資，阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室和阿維科研究室正在研究一個(gè)復(fù)合式磁流體推進(jìn)裝置，目的是在一個(gè)遙控潛水器上進(jìn)行磁

6、流體推進(jìn)驗(yàn)證，研究在海上真實(shí)環(huán)境中磁流體推進(jìn)裝置的聲學(xué)、磁場特征和產(chǎn)生氫氣的氣泡現(xiàn)象。除此，阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室還在對一個(gè)磁通量為6斯特拉的超導(dǎo)線圈進(jìn)行改造，該線圈原用于研究新能源，重達(dá)172噸。俄羅斯在開發(fā)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)裝置方面也已經(jīng)工作多年。國外有很多資料認(rèn)為俄羅斯已經(jīng)擁有了這項(xiàng)尖端技術(shù)。突出優(yōu)點(diǎn)初步研究表明，與目前的柴電潛艇和核潛艇上的動(dòng)力推進(jìn)裝置相比，使用超導(dǎo)磁流體推進(jìn)裝置優(yōu)點(diǎn)十分明顯，主要有以下幾點(diǎn)：(1)可極大地提高潛艇的安靜性。這是研制超導(dǎo)磁流體推進(jìn)裝置的最主要的原因。潛艇上的噪聲來源主要有機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲。由于取消了螺旋槳，則螺旋槳噪聲不復(fù)存在

7、，沒有了推進(jìn)軸和減速齒輪，機(jī)械噪聲得到極大的降低，這使?jié)撏У陌察o性將出現(xiàn)革命性的突破。降低噪聲，提高安靜性不僅能顯著降低敵被動(dòng)聲納的作用，而且可極大提高己方聲納的探測距離，增強(qiáng)艦艇的戰(zhàn)斗力。取消螺旋槳不僅消除了螺旋槳噪聲，還改善了潛艇的尾流，能降低敵尾流制導(dǎo)武器的作用距離。由于不需要在耐壓殼體上開孔安裝螺旋槳軸，因此提高了耐壓殼體的穩(wěn)定性，增加了潛艇的安全性。(2)潛艇的布置有較大的靈活性。由于不再需要螺旋槳、槳軸與動(dòng)力源、減速齒輪之間的剛性連接，推進(jìn)系統(tǒng)的部件可以放在任意方便的位置，可以騰出更多寶貴空間來提高有效載荷，或在相