超导磁流体潜艇(套用超导磁流体推进器的潜艇)
超导磁流体潜艇是套用了超导磁流体推进器的一种新型潜艇,推进系统和电池舱位于艇身两侧,通过磁力线产生磁力推动前进,具有结构简单、推力大、航速高、无噪声等优点。欧洲海军多个潜艇制造先进技术国家,初步开始运用的该动力科技技术。法国,德国海军在这个领域拥有很先进的发展能力。
名称超导磁流体潜艇
Superconducting magnetic fluid submarine
中国
潜艇
历史
把电磁用于船舶推进装置的设想,最早是由美国赖斯博士提出来的。
1966年,美国综合电机公司根据赖斯的研究,首次制成了电磁推进船的模型船“EMS—1”。但使用的铜质线圈磁场强度只达到150高斯,没有取得什么有用的资料。
1976年,日本的神户商船大学用超导体电磁材料装备船的推进系统,制成了超导体电磁推进船的模型船“SEMD—1”。船长仅1米,在海水中的磁场强度达到6000高斯。
1979年又制成一艘超导船的模型船“ST—500”,全长3.6米,重700千克,船底装备的超导体电磁线圈用铌钛合金制造,在海水中可产生2万高斯的强磁场。ST—500模型船在海里可以每秒1米的速度前进,完全没有振动和噪音。
1992年,日本研制出“大和一号”试验船。该船总长为30米,排水量为185吨,设计航速为8节,采用直流内磁式推进器,并在海上进行自航试验。
1996年,中科院开始超导磁流体推进技术的研究,研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进实验船,2000年获中科院科技进步二等奖。
2007年,据香港《文汇报》报道,中国海军展示了一个潜艇预期设计模型,该模型外观十分类似德国建造的214级潜艇。潜艇将采用磁流体喷水推进技术,而喷水推进技术在欧洲刚刚开始处于初期应用范围。欧洲国际海军潜艇联盟协会(NSL)对此表示,解放军的新型潜艇首次与欧洲先进潜艇技术,采用了同等类型的模式,预料全新潜艇,具有“难以被探测的能力”。
原理
由于海水是导电流体,给推进器管道中的海水施加一个磁场和一个与磁场正交的电场,管道中的海水就会受到一个与电场和磁场垂直的电磁力(洛沦兹力)的作用。当这个力的方向沿着船尾方向时,海水将向船尾方向运动,同时,海水的运动给船体一个反作用力,使船体向前运动。
动力系统
“超导磁流体推进”作为一个非常复杂的课题,它由几个部分构成:
A、蓄电池舱:作为备用能源,磁流体推进器仍须装备一定数量的蓄电池,该舱靠近艇的中部指挥舱下层空间。
B、核反应堆舱:要求输出功率高,安静性能好,持久力长的特点。使用热离子反应堆,它能转换电能,简化舱内结构,热离子反应堆不会产生高温、高压、而且节约材料和能源。
C、发电机舱:该舱设置在核反应堆舱之后。装2台给磁流体推进器供电的主发电机和2台供设备及照明用的辅助发电机;在机舱后部设有消音器、甲板下设燃料油、润滑油箱、冷却海水泵以及压载水舱。
D、操控舱与磁流体推进器舱:操控舱内主要装有液氦制冷装置,推进器的直接或备用操纵装置,测量仪表台、柜等。在磁流体推进器舱内,安装1台六连环直流螺旋型超导磁流体推进器。磁流体通道前后端分别设有海水吸人导流管和喷出导流管,吸人口呈卵圆形在艇体外壳上“开凿”,喷管出口则穿出艇尾壳体。它的运行原理是:在强大的电磁力作用下,海水旋转着向后高速运动,再经出口导流器变为平行水流后通过喷口向艇尾喷射,推动潜艇前进。由于6个螺旋型磁流体推进器相互之间是独立的,因此任意改变其中某几个推进器的推力大小,即可改变潜艇航行状态、实现左转、右转、上浮、下沉等运动姿态。
设计
根据网络上关于中国代号为“洛神”的超导电磁流体推进潜艇的描述,该潜艇设计如下:指挥台围壳采用矩形的双轴线结构,两侧及围壳、舵内壳采用最新的高强度塑钢,它的承受力比目前的潜艇钢高出三倍以上,从理论上说,最深深度可达800―1000米。当然这只是处于实验阶段。外壳敷设无缝绝缘吸声材料。
内部设置基本参照“弗吉尼亚”级滴水型攻击艇。试验艇内壁有武备舱、指挥舱、电池舱、发电机舱、操纵舱和磁流体推进器舱。另外装有一个球型声纳基阵,艏舱布置六具潜艇垂直发射筒,是作为战略武器的一部分。四具鱼雷发射管向两舷外偏与轴线成10°夹角,以增加发射扇面并有利于发射后的规避。
该艇可以发射鱼雷、反舰导弹、潜对空导弹、水雷之外,还可以操作无人小型潜艇(可遥控回收)进行侦察、反潜艇、干扰敌舰通讯等作战功能。也可配备一艘六人的小型的可操作型潜艇,进行深入敌后,完成一些潜艇所无法完成的任务。
指挥舱:配备最新型光电桅杆使潜望镜发生了巨大变化,同时操作灵活,无须上浮便可取得作息处理和作战决策,舱内有大型显示屏、作战系统、操艇系统。主要包括;光电桅杆、电子战桅杆、数据高速传输桅杆及特种任务桅杆。
居住舱:为提高航行速率,增大自持力,设计宽敞、舒适的居住舱,共80个双层铺位,40个临时铺位。
蓄电池舱:作为备用能源,磁流体推进器仍须装备一定数量的蓄电池,该舱靠近艇的中部指挥舱下层空间。
核反应堆舱:要求输出功率高,安静性能好,持久力长的特点。考虑使用热离子反应堆,它能转换电能,简化舱内结构,热离子反应堆不会产生高温、高压、而且节约材料和能源。
发电机舱:该舱设置在核反应堆舱之后。装2台给磁流体推进器供电的主发电机和2台供设备及照明用的辅助发电机;在机舱后部设有消音器、甲板下设燃料油、润滑油箱、冷却海水泵以及压载水舱。
操控舱与磁流体推进器舱:操控舱内主要装有液氦制冷装置,推进器的直接或备用操纵装置,测量仪表台、柜等。在磁流体推进器舱内,安装1台六连环直流螺旋型超导磁流体推进器。磁流体通道前后端分别设有海水吸人导流管和喷出导流管,吸人口呈卵圆形在艇体外壳上“开凿”,喷管出口则穿出艇尾壳体。
特点
与传统机械转动类推进器(譬如螺旋桨、水泵喷水推进器等)相比较,磁流体推进器的不同点在于:前者使用机械动力作为推力而后者使用电磁力。正因为如此,磁流体推进器无须配备螺旋桨桨叶、齿轮传动机构和轴泵等,是一个完全静止的设备。一旦现代潜艇使用了这种推进器,便从根本上消除了因机械转动而产生的振动、噪音以及功率限制,而能在几乎绝对安静的状态下以极高的航速航行。
据理论计算其航速可达150节,而这是任何机械转动类推进器不可能实现的。这种全新的推进方式将使潜艇在战术、技术性能上发生质的飞跃。只要艇员的身体素质和艇内的生活用品允许,磁流体潜艇将拥有无限的续航力和自持力;只要艇体强度承受得住,又可在任意深度航行;更为重要的是,这种潜艇具有空前的的安静性和水下高速航行、高速机动能力,成为真正意义上的潜艇,只要目标在攻击范围之内,那么任何猎物都难逃脱“它”的手掌。
面临问题
潜艇在概念试验阶段还存在操纵性上有不安全因素,譬如高速航行时,会产生急剧增减航速或突然改变航向、深度,极易出现纵、横摇摆及埋首现象。而发生卡舵时,潜艇则会很快超深下沉。为了从根本上解决操纵性问题,打算将磁流体推进器与舵设备同时装设在潜艇上,当潜艇静止或低速航行时,采用喷水推力操纵,而高速航行时则将舵设备与推进器混合使用,可最大限度的消除舵设备的惯性作用,保持稳定运动。同时,自动化的操纵控制技术还将使操艇人员能够象驾驶飞机一样操纵潜艇。
研发现状
德国《海军科技》杂志指出,美德两国在超导磁流体潜艇技术上已超越英国和法国,占据世界领先地位。按照两国海军的计划,到2017年前后才能推出这种潜艇的实验型号。而中国该型潜艇的设计方案可能已通过专家评估,意味着很快将进入实际研发制造阶段,预计3年4年内也可研发成功。届时,中国将与美国和德国一样,拥有全球最先进的非核动力潜艇。
参考资料1.超导磁流体潜艇·JRS直播