在核潛艇安裝劃時(shí)代的磁流體推進(jìn)器方面，美國(guó)海軍希望進(jìn)一步擴(kuò)大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

目前，康涅狄格州格羅頓的通用動(dòng)力電船公司正在接受美國(guó)海軍“弗吉尼亞”級(jí)攻擊核潛艇“蒙大拿”號(hào)的改造，該潛艇將安裝磁流體推進(jìn)器。報(bào)道稱，這種“歷史上最安靜的推進(jìn)系統(tǒng)”將美國(guó)核潛艇的噪聲水平降低到不可預(yù)測(cè)的水平，“進(jìn)一步擴(kuò)大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)”。

美國(guó)“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇準(zhǔn)備下水，目前采用泵噴助推器。

劃時(shí)代的推進(jìn)技術(shù)

船舶助推器是將主機(jī)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為船舶前進(jìn)動(dòng)力的重要設(shè)備?？茖W(xué)界一直非常重視提高船舶助推器的效率，尤其是潛艇助推器。大多數(shù)現(xiàn)代船舶使用螺旋槳助推器。隨著時(shí)代的發(fā)展，包括磁流體推廣技術(shù)在內(nèi)的一些新的推廣方式應(yīng)運(yùn)而生。

磁流體推廣技術(shù)是將海水作為導(dǎo)電體(海水中有很多酸鹽)，通過在船上穿過海水的通道中構(gòu)建磁場(chǎng)，對(duì)導(dǎo)電性海水產(chǎn)生磁場(chǎng)力，使海水在通道內(nèi)高速流向船只部分，其反沖力推動(dòng)船只運(yùn)動(dòng)。根據(jù)磁場(chǎng)的不同產(chǎn)生方式，磁流體推進(jìn)設(shè)備可分為交流磁場(chǎng)和DC磁場(chǎng)。DC磁場(chǎng)采用DC磁體，交流磁場(chǎng)采用交流磁體。當(dāng)前對(duì)交流磁場(chǎng)推動(dòng)方式的研究仍處于原理性討論和模擬試驗(yàn)階段，直流磁場(chǎng)推動(dòng)方式更容易取得進(jìn)展。

早在1961年，美國(guó)賴斯就獲得了電磁推進(jìn)專利，這是美國(guó)第一個(gè)探索電磁推進(jìn)的國(guó)家。一九六八年，美國(guó)加州大學(xué)開發(fā)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)池中成功地進(jìn)行了航行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：使用普通線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁通量過小，為了形成足夠的推力，線圈或磁鐵的重量非常大。所以電磁推進(jìn)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生高磁場(chǎng)密度，而且這種高磁場(chǎng)密度是無法從普通線圈獲得的。

從那以后，對(duì)磁流體動(dòng)力裝置的體積減小，提高功率以達(dá)到產(chǎn)品化領(lǐng)域的研究進(jìn)展緩慢。在70年代，超導(dǎo)研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)為磁流體動(dòng)力帶來了新的發(fā)展前景。當(dāng)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，電流就會(huì)在線圈內(nèi)循環(huán)，沒有消耗，轉(zhuǎn)化效率高，幾乎可以形成恒定的強(qiáng)磁場(chǎng)。自20世紀(jì)90年代以來，美國(guó)加強(qiáng)了超導(dǎo)磁流體推廣的研究，美軍在這方面投入巨資，旨在在潛艇上推廣超導(dǎo)磁流體。

在1992年，日本也成功地對(duì)世界上第一艘磁流體推進(jìn)試驗(yàn)船“大和1號(hào)”進(jìn)行了試驗(yàn)，該試驗(yàn)船長(zhǎng)30米，寬18米，滿載排水185噸，磁流體推進(jìn)器的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為4特斯拉，轉(zhuǎn)換效率約為30%，船速約為6.6節(jié)。后來有消息稱，由于“大和1號(hào)”的推進(jìn)效率和速度不盡如人意，日本造船振興財(cái)團(tuán)開始準(zhǔn)備開發(fā)“大和2號(hào)”，目標(biāo)是以20節(jié)船速為目標(biāo)，推進(jìn)效率比“大和1號(hào)”提高5%-10%，高溫超導(dǎo)磁體在液氮溫度下工作。

日本“大和1”號(hào)試驗(yàn)船選用磁流體推進(jìn)器。

靜音潛艇的重要方向

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局報(bào)道中提到的磁流體推進(jìn)項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）直到2023年才首次向外界披露主導(dǎo)開發(fā)。據(jù)報(bào)道，潛艇艇安裝了助推器進(jìn)水管，類似于魚雷發(fā)射管，但尺寸較大，與潛射彈道導(dǎo)彈直徑相當(dāng)。假如“蒙大拿”號(hào)進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)成功，未來新建的“弗吉尼亞”級(jí)別和未來的SSN（X）這種設(shè)備將用于攻擊核潛艇?？深A(yù)見的是，如果這個(gè)項(xiàng)目成功，將對(duì)美國(guó)水下戰(zhàn)力的提高具有重要意義。

與傳統(tǒng)的推進(jìn)方式相比，磁流體推進(jìn)設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì)。第一，磁流體推進(jìn)可以大大提高潛艇的安靜性，這也是開發(fā)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)裝置的主要原因。機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲是潛艇噪聲的主要來源。由于螺旋槳的取消，螺旋槳的噪音消失了。沒有推軸和減速齒輪，機(jī)械噪聲會(huì)大大降低，這將革命性地突破潛艇的安靜技術(shù)。降低噪聲，提高安靜性，不僅可以顯著降低敵人被動(dòng)聲納的效果，而且可以提高我們聲納的探測(cè)距離，提高艦船的戰(zhàn)斗能力。與此同時(shí)，撤銷螺旋槳不僅消除了螺旋槳的噪音，而且改善了潛艇的尾流，可以減少敵尾流制導(dǎo)武器的作用距離。此外，由于無需在抗壓外殼上打孔安裝螺旋槳軸，因此提高了抗壓外殼的穩(wěn)定性，有助于提高潛艇的安全性。

其次，磁流體的推進(jìn)使?jié)撏У牟季指屿`活。由于螺旋槳、槳軸與動(dòng)力源和減速齒輪之間的剛性連接不再需要，推進(jìn)系統(tǒng)的部件可以放置在一個(gè)隨意方便的位置，可以騰出更多珍貴的空間來增加有效載荷，或者在相同的有效載荷下減少潛艇體積。

此外，磁流體的推進(jìn)有助于提高潛艇的機(jī)動(dòng)性和生存能力。通過改變電極的電源極性，改變水流方向，可以獲得相反的推力，潛艇可以在不克服助推器慣性的情況下退出航行。由于采用分割環(huán)形結(jié)構(gòu)，當(dāng)某些部位受損時(shí)，潛艇仍然可以繼續(xù)航行。在緊急情況下，儲(chǔ)存在磁鐵系統(tǒng)中的能量也可以用作緊急驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，使?jié)撏Й@得5-8節(jié)的速度。

目前，美國(guó)海軍水下力量的核心是“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇。

然而，我們也應(yīng)該看到，雖然美國(guó)媒體表示，磁流體推進(jìn)器將使對(duì)手檢測(cè)美國(guó)核潛艇的主要手段——被動(dòng)聲納失效，“美國(guó)核潛艇將進(jìn)一步擴(kuò)大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)”，但仍有許多副本需要實(shí)現(xiàn)磁流體推進(jìn)器的真正產(chǎn)品化。

一方面，作為船舶整體的一部分，磁流體推進(jìn)系統(tǒng)必須具有功率密度高、重量小、抗風(fēng)浪、抗沖擊、抗震、耐用、維護(hù)少的特點(diǎn)。同時(shí)，這也要求磁流體推進(jìn)器不僅要有可接受的推進(jìn)效率，還要安全可靠，不會(huì)產(chǎn)生很大的不良影響(如海洋環(huán)境污染)。

另一方面，當(dāng)海水被施加電場(chǎng)時(shí)，負(fù)極會(huì)電解產(chǎn)生氫氣，形成氣泡，這是不可避免的。氣泡的破裂和振蕩會(huì)引起噪音，氣泡會(huì)隨著海水從噴嘴噴出而產(chǎn)生痕跡，影響船舶的航行秘密性。該研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流強(qiáng)度不高時(shí)，氣泡的半徑一般不會(huì)超過10，因?yàn)樵肼暫秃桔E與氣泡的數(shù)量和尺寸有關(guān)。μm，若在運(yùn)動(dòng)過程中再考慮氣泡的粉碎，則半徑不到10。μm，并且減少產(chǎn)量，這樣超小型氣泡和氣泡引起的噪音對(duì)船舶航行秘密性的負(fù)面影響幾乎可以忽略不計(jì)。但是隨著電流強(qiáng)度的提高，氣泡的危害也會(huì)相應(yīng)地顯現(xiàn)出來。因此，就提高船舶航行的秘密性而言，應(yīng)使用較小的電流強(qiáng)度，但這會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)力和推力下降。為了解決這個(gè)問題，只能提高磁場(chǎng)，所以最好使用高場(chǎng)超導(dǎo)磁體作為助推器。

在高場(chǎng)超導(dǎo)磁體的應(yīng)用中，漏磁將成為另一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。漏磁的危害不僅影響船內(nèi)儀表的正常工作，還會(huì)吸引海水中的鐵磁物質(zhì)，從而縮小通道面積，增加流動(dòng)阻力，從而降低助推器的推力和質(zhì)量。另外，漏磁物散布在船體外，也容易被敵人探測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)，從而影響潛艇的出航秘密。所以磁流體推進(jìn)系統(tǒng)需要做好屏蔽工作，但是屏蔽會(huì)大大增加推進(jìn)系統(tǒng)的重量，其中矛盾需要合理衡量。無論如何，美軍在推進(jìn)磁流體技術(shù)方面的進(jìn)步仍然值得研究。

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