超導磁流體潛艇

超導磁流體潛艇

套用超導磁流體推進器的潛艇
超導磁流體潛艇是套用了超導磁流體推進器的一種新型潛艇,推進系統和電池艙位于艇身兩側,通過磁力線産生磁力推動前進,具有結構簡單、推力大、航速高、無噪聲等優點。[1]歐洲海軍多個潛艇制造先進技術國家,初步開始運用的該動力科技技術。法國,德國海軍在這個領域擁有很先進的發展能力。
    中文名: 外文名: 别名: 名稱:超導磁流體潛艇 英文名:Superconducting magnetic fluid submarine 國家:中國 類型:潛艇

曆史

把電磁用于船舶推進裝置的設想,最早是由美國賴斯博士提出來的。

1966年,美國綜合電機公司根據賴斯的研究,首次制成了電磁推進船的模型船“EMS—1”。但使用的銅質線圈磁場強度隻達到150高斯,沒有取得什麼有用的資料。

1976年,日本的神戶商船大學用超導體電磁材料裝備船的推進系統,制成了超導體電磁推進船的模型船“SEMD—1”。船長僅1米,在海水中的磁場強度達到6000高斯。

1979年又制成一艘超導船的模型船“ST—500”,全長3.6米,重700千克,船底裝備的超導體電磁線圈用铌钛合金制造,在海水中可産生2萬高斯的強磁場。ST—500模型船在海裡可以每秒1米的速度前進,完全沒有振動和噪音。

1992年,日本研制出“大和一号”試驗船。該船總長為30米,排水量為185噸,設計航速為8節,采用直流内磁式推進器,并在海上進行自航試驗。

1996年,中科院開始超導磁流體推進技術的研究,研制成功世界上第一艘超導螺旋式電磁流體推進實驗船,2000年獲中科院科技進步二等獎。

2007年,據香港《文彙報》報道,中國海軍展示了一個潛艇預期設計模型,該模型外觀十分類似德國建造的214級潛艇。潛艇将采用磁流體噴水推進技術,而噴水推進技術在歐洲剛剛開始處于初期應用範圍。歐洲國際海軍潛艇聯盟協會(NSL)對此表示,解放軍的新型潛艇首次與歐洲先進潛艇技術,采用了同等類型的模式,預料全新潛艇,具有“難以被探測的能力”。

原理

由于海水是導電流體,給推進器管道中的海水施加一個磁場和一個與磁場正交的電場,管道中的海水就會受到一個與電場和磁場垂直的電磁力(洛淪茲力)的作用。當這個力的方向沿着船尾方向時,海水将向船尾方向運動,同時,海水的運動給船體一個反作用力,使船體向前運動。

動力系統

“超導磁流體推進”作為一個非常複雜的課題,它由幾個部分構成:

A、蓄電池艙:作為備用能源,磁流體推進器仍須裝備一定數量的蓄電池,該艙靠近艇的中部指揮艙下層空間。

B、核反應堆艙:要求輸出功率高,安靜性能好,持久力長的特點。使用熱離子反應堆,它能轉換電能,簡化艙内結構,熱離子反應堆不會産生高溫、高壓、而且節約材料和能源。

C、發電機艙:該艙設置在核反應堆艙之後。裝2台給磁流體推進器供電的主發電機和2台供設備及照明用的輔助發電機;在機艙後部設有消音器、甲闆下設燃料油、潤滑油箱、冷卻海水泵以及壓載水艙。

D、操控艙與磁流體推進器艙:操控艙内主要裝有液氦制冷裝置,推進器的直接或備用操縱裝置,測量儀表台、櫃等。在磁流體推進器艙内,安裝1台六連環直流螺旋型超導磁流體推進器。磁流體通道前後端分别設有海水吸人導流管和噴出導流管,吸人口呈卵圓形在艇體外殼上“開鑿”,噴管出口則穿出艇尾殼體。它的運行原理是:在強大的電磁力作用下,海水旋轉着向後高速運動,再經出口導流器變為平行水流後通過噴口向艇尾噴射,推動潛艇前進。由于6個螺旋型磁流體推進器相互之間是獨立的,因此任意改變其中某幾個推進器的推力大小,即可改變潛艇航行狀态、實現左轉、右轉、上浮、下沉等運動姿态。

設計

根據網絡上關于中國代号為“洛神”的超導電磁流體推進潛艇的描述,該潛艇設計如下:指揮台圍殼采用矩形的雙軸線結構,兩側及圍殼、舵内殼采用最新的高強度塑鋼,它的承受力比目前的潛艇鋼高出三倍以上,從理論上說,最深深度可達800―1000米。當然這隻是處于實驗階段。外殼敷設無縫絕緣吸聲材料。

内部設置基本參照“弗吉尼亞”級滴水型攻擊艇。試驗艇内壁有武備艙、指揮艙、電池艙、發電機艙、操縱艙和磁流體推進器艙。另外裝有一個球型聲納基陣,艏艙布置六具潛艇垂直發射筒,是作為戰略武器的一部分。四具魚雷發射管向兩舷外偏與軸線成10°夾角,以增加發射扇面并有利于發射後的規避。

該艇可以發射魚雷、反艦導彈、潛對空導彈、水雷之外,還可以操作無人小型潛艇(可遙控回收)進行偵察、反潛艇、幹擾敵艦通訊等作戰功能。也可配備一艘六人的小型的可操作型潛艇,進行深入敵後,完成一些潛艇所無法完成的任務。

指揮艙:配備最新型光電桅杆使潛望鏡發生了巨大變化,同時操作靈活,無須上浮便可取得作息處理和作戰決策,艙内有大型顯示屏、作戰系統、操艇系統。主要包括;光電桅杆、電子戰桅杆、數據高速傳輸桅杆及特種任務桅杆。

居住艙:為提高航行速率,增大自持力,設計寬敞、舒适的居住艙,共80個雙層鋪位,40個臨時鋪位。

蓄電池艙:作為備用能源,磁流體推進器仍須裝備一定數量的蓄電池,該艙靠近艇的中部指揮艙下層空間。

核反應堆艙:要求輸出功率高,安靜性能好,持久力長的特點。考慮使用熱離子反應堆,它能轉換電能,簡化艙内結構,熱離子反應堆不會産生高溫、高壓、而且節約材料和能源。

發電機艙:該艙設置在核反應堆艙之後。裝2台給磁流體推進器供電的主發電機和2台供設備及照明用的輔助發電機;在機艙後部設有消音器、甲闆下設燃料油、潤滑油箱、冷卻海水泵以及壓載水艙。 

操控艙與磁流體推進器艙:操控艙内主要裝有液氦制冷裝置,推進器的直接或備用操縱裝置,測量儀表台、櫃等。在磁流體推進器艙内,安裝1台六連環直流螺旋型超導磁流體推進器。磁流體通道前後端分别設有海水吸人導流管和噴出導流管,吸人口呈卵圓形在艇體外殼上“開鑿”,噴管出口則穿出艇尾殼體。

特點

與傳統機械轉動類推進器(譬如螺旋槳、水泵噴水推進器等)相比較,磁流體推進器的不同點在于:前者使用機械動力作為推力而後者使用電磁力。正因為如此,磁流體推進器無須配備螺旋槳槳葉、齒輪傳動機構和軸泵等,是一個完全靜止的設備。一旦現代潛艇使用了這種推進器,便從根本上消除了因機械轉動而産生的振動、噪音以及功率限制,而能在幾乎絕對安靜的狀态下以極高的航速航行。

據理論計算其航速可達150節,而這是任何機械轉動類推進器不可能實現的。這種全新的推進方式将使潛艇在戰術、技術性能上發生質的飛躍。隻要艇員的身體素質和艇内的生活用品允許,磁流體潛艇将擁有無限的續航力和自持力;隻要艇體強度承受得住,又可在任意深度航行;更為重要的是,這種潛艇具有空前的的安靜性和水下高速航行、高速機動能力,成為真正意義上的潛艇,隻要目标在攻擊範圍之内,那麼任何獵物都難逃脫“它”的手掌。

面臨問題

潛艇在概念試驗階段還存在操縱性上有不安全因素,譬如高速航行時,會産生急劇增減航速或突然改變航向、深度,極易出現縱、橫搖擺及埋首現象。而發生卡舵時,潛艇則會很快超深下沉。為了從根本上解決操縱性問題,打算将磁流體推進器與舵設備同時裝設在潛艇上,當潛艇靜止或低速航行時,采用噴水推力操縱,而高速航行時則将舵設備與推進器混合使用,可最大限度的消除舵設備的慣性作用,保持穩定運動。同時,自動化的操縱控制技術還将使操艇人員能夠象駕駛飛機一樣操縱潛艇。

研發現狀

德國《海軍科技》雜志指出,美德兩國在超導磁流體潛艇技術上已超越英國和法國,占據世界領先地位。按照兩國海軍的計劃,到2017年前後才能推出這種潛艇的實驗型号。而中國該型潛艇的設計方案可能已通過專家評估,意味着很快将進入實際研發制造階段,預計3年4年内也可研發成功。屆時,中國将與美國和德國一樣,擁有全球最先進的非核動力潛艇。

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