潜艇隐身新希望超导磁流体推进

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1、潜艇隐身新希望:超导磁流体推进王华1990年，日本三菱重工建造的一艘30米长，排水量仅有150吨的小船在神户船厂举行了隆重的下水仪式。这艘名为“大和1号”的小船是世界上第一艘利用超导磁流体动力推进装置的水面试验船。它的设计、建造和试验情况一直受到各国海军、船舶科研人员和船舶工业界的密切关注。原因是这种动力装置一旦用于潜艇，将会对未来潜艇的设计和作战产生极其巨大的影响。基本原理磁流体推进装置的工作原理简单地说就是利用电磁线圈作用于海水形成喷射推进。当海水流过推进器时，被正负电极所电离。而强有力的磁场对带电荷的海水产生洛伦兹力，使海水加速从导管尾部喷出，其反作用力就推动了舰艇

2、前进。从理论上讲，磁流体推进装置可以做到寂静无声，这对致力于提高隐身性能的潜艇来说，无疑具有极大的吸引力。根据产生磁场的不同方式，可以把磁流体推进装置分为交流磁场方式和直流磁场方式，直流磁场方式由于推进效率高，受到人们的青睐。根据磁场范围的不同又可分为在船外形成磁场的外部磁场方式和在船内管道中形成磁场的内部磁场方式。发展历程美国是最早开展电磁推进研究的国家，早在1961年，美国的赖斯就获得了电磁推进的专利。1968年，美国加州大学的斯图尔特·韦意博士制成了双圆筒形的常规磁流体动力装置，还研制了世界上第一艘模型试验船FMS-1，并在圣芭芭拉城的试验水池中成功地进行了航行试验

3、。试验结果表明：使用普通线圈产生磁场的磁通量太小，要形成足够的推力，线圈或磁铁的重量就很大。因此电磁推进的关键在于产生高磁场密度，而这种高磁场密度是无法从普通线圈获得的。此后在缩小磁流体动力系统体积，提高功率以达到实用化方面的研究一直进展缓慢。直到70年代，由于超导研究取得很大的进展，较高温超导材料的出现才给磁流体动力推进带来了光明的前景。使用超导线圈作为磁流体动力推进装置的电磁线圈时，只要保持超导状态，线圈充电后，电流就在线圈中无损耗地循环流动，转化效率高，能够形成几乎是恒定的强磁场。超导磁流体推进系统是一项极具研究价值而又高风险的高科技项目。目前，从事这方面研究的只有

4、少数先进国家，居领先地位的是日本。70年代超导技术的研究刚刚开始走上实用化的道路，日本神户商船大学和日本川崎重工技术研究室就于1976年建造了电磁推进船模SEMD－1，船模上装有小型超导线圈。船模试验证明了超导强磁场在电磁推进中的有效性。1979年日本又建造了试验性超导电磁推进船模ST-500，通过船模试验积累了大量的试验数据。1985年6月，日本造船振兴财团成立了“超导电磁推进船开发研究委员会”，由日本造船工业基金会资助4000万美元，着手建造世界上第一艘超导试验船“大和1号”。1990年该船下水并进行了海试，其磁通量为4斯特拉，航速为8节。由于“大和1号”的推进效率和

5、速度等方面还不尽如人意，日本造船振兴财团已着手研制“大和2号”，目标是20节航速，推进效率比“大和1号”提高5%～10%，使用液氮温度下工作的高温超导磁体。另外在1990年，日本运输相田耕平原宣布政府拨款430万美元开发一种用于集装箱船的超导磁流体动力装置。日本的神户商船大学还和芬兰的维西亚公司合作，以德国排水量为1070吨的“波利亚捷”号科学研究破冰船为蓝本，研究ST-400B大型电磁推进破冰船。美国直到90年代才开始加强超导磁流体推进的研究工作。目前由国防高级研究计划局出资，阿尔贡国家实验室和阿维科研究室正在研究一个复合式磁流体推进装置，目的是在一个遥控潜水器上进行磁

6、流体推进验证，研究在海上真实环境中磁流体推进装置的声学、磁场特征和产生氢气的气泡现象。除此，阿尔贡国家实验室还在对一个磁通量为6斯特拉的超导线圈进行改造，该线圈原用于研究新能源，重达172吨。俄罗斯在开发超导磁流体推进装置方面也已经工作多年。国外有很多资料认为俄罗斯已经拥有了这项尖端技术。突出优点初步研究表明，与目前的柴电潜艇和核潜艇上的动力推进装置相比，使用超导磁流体推进装置优点十分明显，主要有以下几点：(1)可极大地提高潜艇的安静性。这是研制超导磁流体推进装置的最主要的原因。潜艇上的噪声来源主要有机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。由于取消了螺旋桨，则螺旋桨噪声不复存在

7、，没有了推进轴和减速齿轮，机械噪声得到极大的降低，这使潜艇的安静性将出现革命性的突破。降低噪声，提高安静性不仅能显著降低敌被动声纳的作用，而且可极大提高己方声纳的探测距离，增强舰艇的战斗力。取消螺旋桨不仅消除了螺旋桨噪声，还改善了潜艇的尾流，能降低敌尾流制导武器的作用距离。由于不需要在耐压壳体上开孔安装螺旋桨轴，因此提高了耐压壳体的稳定性，增加了潜艇的安全性。(2)潜艇的布置有较大的灵活性。由于不再需要螺旋桨、桨轴与动力源、减速齿轮之间的刚性连接，推进系统的部件可以放在任意方便的位置，可以腾出更多宝贵空间来提高有效载荷，或在相