基本介紹
- 中文名：超空泡
- 外文名：supercavity
- 領域：科學
- 性質：物理現象
- 主要問題：控制運動方向困難等
- 作用：減小阻力，增大了艦艇的航速
現象,套用,魚雷,炮彈,美國艦艇,法、德潛艇,中國潛艇,反潛方式,套用前景,
現象
超空泡是一種物理現象，當物體在水中的運動速度超過185千米/小時後，其尾部就會形成奇異的大型水蒸氣溝，將物體與水接觸的部分包住，物體接觸的介質就由水變成了水蒸氣，由於空氣密度只有水的1/800，因而就能大幅減少物體所受阻力，物體表面會形成大型空氣泡，這就是“超空泡化現象”。這一原理的最先運用者是前蘇聯的研究人員，其製造的魚雷水下速度可達傳統魚雷的3倍多。
超空泡化現象
超空泡化現象超空泡現象很長時間一直是令造船工程師們頭痛的事，因為超空泡現象經常會在高速旋轉的螺旋槳葉片表面產生而使螺旋槳高速“空轉”從而損壞螺旋槳葉片。超空泡潛艇的主要問題一是控制運動方向困難，二是氣泡長時間的產生。
德國正在研究開發的超空泡魚雷用變換頭部來控制運動方向，但是潛艇不太可能變換頭部。然而美國人宣稱已經解決控制運動方向和長時間產生氣泡這兩個問題，估計美國的潛艇是用調節氣泡噴頭的方法來操縱潛艇的航行方向。納粹德國在二戰時製造的Henschel HS-293和HS294空對艦飛彈魚雷在高速入水時已經開始利用超空泡現象來延長飛彈魚雷在水中的攻擊射程。
HS294 空對艦飛彈魚雷
HS294 空對艦飛彈魚雷套用
魚雷
前蘇聯海軍很早在七十年代就發展了火箭推進的“風雪”超空泡代號為BA－Ⅲ的“暴風”超高速魚雷，航速已達到370公里/小時（約200節），其氣泡一是利用超高速自行產生，二是把魚雷發動機的尾氣引到前面放出。另據有關報導，美國也推出了一項 發展超空泡武器全面計畫；法國對超空泡技術一直有強烈興趣，已經從俄羅斯采 購了幾枚“風雪”魚雷進行評估，並正在實施“空泡協調行動”計畫，進行一種機載反水雷超空泡彈的試驗；德國與美國海軍研究部門合作，就新型空泡發生器設計和魚雷自導系統建模開展一項聯合計畫，還完成了一種超空泡魚雷樣機，不久將預期進行試驗。
BA-Ⅲ的“暴風”超高速魚雷
BA-Ⅲ的“暴風”超高速魚雷俄羅斯的“風雪”火箭動力魚雷已名震天下，是已知的超空泡武器，前蘇聯海軍在歷經10多年的秘密研究與發展之後，於1997年裝備部隊。“風雪”魚雷由位於烏克蘭流體力學研究所研製，長8.23米，重2697公斤，殼體由尾部至頭部逐漸變細，頭部裝有戰鬥部，尾部中心為大孔徑固體火箭發動機噴管，周圍有 8個小型圓柱形啟動火箭，它們將“風雪”加速至超空泡速度，然後主發動機開始工作。在尾部還有1個制導導線線軸，當魚雷在水中運行時釋放出導線，該導線被 用來控制魚雷的運動及戰鬥部的引爆。
稱為“炸彈之王”的BLU－82或稱為“炸彈之母”的MOAB等鑽地彈，均採用流線型彈體，鑽地時如同木板上釘釘子。美國新研製的新型“超級”鑽地彈，就是運用了超空泡技術，它的鑽地深度將比GBU－28鑽地彈鑽地深度高出9倍以上。
炮彈
超空泡炮彈是一種即將採購的直升機載武器，利用它們可以消滅水面和近水面水雷。這種平頭炮彈是利用一種改型速射炮發射的，它被設計得能夠在空氣和水中平穩航行，並且具有先進的目標定位能力。美國海軍正在考慮部署一種裝備 於水面艦甲板的R AMICS近程武器系統，用於消滅致命的尾波自導魚雷。超空泡 炮彈技術下一步將發展利用自適應高速水下彈藥（AHSUM，即超空泡“動能”炮彈 ）的全水下火炮系統。該系統裝備在潛艇、水面艦或拖曳式反水雷器的水下船體 內，有流線型炮塔，通過聲納指揮。就像美國海軍通過雷達指揮的“密集陣”近 程速射武器系統保護水面艦艇免遭反艦飛彈攻擊一樣， A HSUM為艦艇可以構築起水下防線。
魚雷發動機的尾氣引到前面放出
魚雷發動機的尾氣引到前面放出美國艦艇
美國超空泡艦船“幽靈”號前不久，美國朱麗葉艦船系統公司正式公開了之前被美海軍專利局保密管理的“幽靈”號艦船，並發布了“幽靈”號的照片，這是迄今為止世界上第一艘對外公布的採用超空泡原理設計的艦船。它的外形有點類似巨型蝙蝠，船體前部由幾塊駕駛艙玻璃和折板錯落有致地組合拼接，船頭有一個微翹的“大鴨嘴”，兩舷摺疊護板斜插搭于海面。
美國超空泡艦船“幽靈”號
美國超空泡艦船“幽靈”號朱麗葉艦船系統公司的設計者表示，該艇採用超空泡技術，可在水面上高速航行——最高速可達97千米/小時，具備雷達波隱身性能，並可攜載魚雷。美國高調公布“幽靈”號，使利用超空泡技術製造的武器再度引起人們的關注。
美國試驗潛艇“水下快車”
美國試驗潛艇“水下快車”美國試驗潛艇“水下快車”朱麗葉艦船系統公司公開的“幽靈”號在設計時就巧妙結合了飛機和船艇的相關特性，使其在艇體表面和水之間產生一個氣體空腔，從而使船艇在航行時產生的摩擦阻力比在水中小900倍。“幽靈”號技術在有人\無人駕駛、水面\水下航行器方面都可以推廣套用，其快速機動性和隱身性與常規艦艇相比，具有無可比擬的優勢，如果投入使用，可以大幅減少海軍對近海戰鬥艦的需求，釋放大量的驅逐艦、巡洋艦資源。
法、德潛艇
擁有潛艇製造先進技術的法國和德國正開發一種新潛艇，將採用“噴水磁流體”動力，使潛艇推進器的噪音降為零，聲吶無法探測到其蹤影。磁流體推進器將會引發反潛革命。
所謂的“磁流體推進器”就是在貫通海水的通道內建一個磁場，這個磁場能對導電的海水產生電磁力作用，使之在通道內運動，若運動方向指向船艉，則反作用力便會推動船舶前進。
據理論計算，採用磁流體推進器的新潛艇航速可達150節，這是任何機械轉動類推進器不可能實現的，現役的絕大多數魚雷都會對其失去作用。現役水下速度最快 44節的是俄羅斯“神父”級潛艇，水面速度最快27節的是美國“海神”號潛艇；普通魚雷的速度為40～60英里/小時(34～52節)，對付它們也綽綽有餘，但對於航速達150節的新潛艇則是望塵莫及。
只有採用超空泡技術的魚雷，才能對付這種用磁流體噴水推進的最新潛艇。只有俄羅斯裝備有“狂風”號超空泡魚雷。最新的“狂風”II航速達到了450英里/小時(391節)，航程96公里。
2006年4月2日，伊朗在波斯灣海域舉行大規模軍演時，發射一枚名為“鯨”(波斯語“胡特”)的高速魚雷。該魚雷從一艘水面艦艇上發射，入水後以極快的速度(100米/秒)成功擊沉一艘靶艦。從該魚雷的外形、速度、發射尾焰和氣泡軌跡來看，也採用了超空泡技術。大量增加，一定程度彌補了龍搏數量上的不足。
中國潛艇
1、 外型：當初分別參照了俄羅斯K級（“基洛”877-636）型艇，以及美國的“維吉尼亞”級核潛艇，還有法國“紅寶石”核潛艇作為新艦風洞模型。然而這些在以前的動力裝置下，被喻為世界頂尖的水滴型設計的外型，在以超導磁流體作為動力的風洞實驗中，其鈍型的艦首在高速行駛下會與海水形成一個酷似音障的水障，因此大大影響了航速。於是，凝聚著中國的設計人員的智慧和力量的魚形外型出現，並近乎完美的通過了風洞試驗。其首部與尾部各有一對升降舵，在使用中，首升降舵主要用於產生正、負升力，改變或穩定航行深度；而尾升降舵用於產生縱傾或保持已有的縱傾角。兩側及圍殼、舵內殼採用最新的高強度塑鋼，它的承受力比潛艇鋼高出三倍以上，下潛最深深度可達800―1000米。而船體則包裹著一層由特殊材料製成的彈性“皮”稱為“無回聲蒙皮”，這種皮使艇殼對於聲納波幾乎無反射.
2、 動力：“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*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，簡化艙內結構，熱離子反應堆不會產生高溫、高壓、而且節約材料和能源。C、發電機艙：該艙設定在核反應堆艙之後。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、甲板下設燃料油、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：操控艙內主要裝有液氦製冷裝置，推進器的直接或備用操縱裝置，測量儀表台、櫃等。在磁流體推進器艙內，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別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，海水旋轉著向後高速運動，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。由於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態、實現左轉、右轉、上浮、下沉等運動姿態。
美國200節超空泡試驗潛艇
美國200節超空泡試驗潛艇3、航速：由於該新形潛艇使用了獨特的推進原理和極高的能量利用率使得其具有更好的動力性能，按照理論推算，超高速超導潛艇的航速可達150節以上，但由於技術屬於初步掌握，“洛神”在正常海況下的下潛航速為60海里/小時。但，隨著該艇定型，高速超導的技術通過實踐套用會變得更加成熟，在未來的三年里，其最大航速有望達到70海里/小時
4、艦載武器：在99工程逐漸定型時，以高速超導小形化作為動力的（龍搏）魚雷計畫也已成熟，但由於在將高速超導最小化的過程中所遇到的技術問題。導致龍搏最後定型上艦的體積遠比預想中的要大得多。因此每艘洛神只最多只能攜帶兩枚龍搏魚雷(其發射方式與子母潛艇較為相似)。然而這並沒有影響到洛神的火力係數。因為動力系統體積的減小使得潛艇所載常規彈藥數量
反潛方式
探潛設備以聲學儀器為主。聲吶被譽為水下“千里眼”“順風耳”。二戰期間，英國的“沃克”號驅逐艦就是利用聲吶測出德“U－99”號潛艇方位，將其擊沉海底。
採用磁流體噴水推進技術的新潛艇幾乎靜音，聲吶將失去作用，只能用非聲學探測技術。非聲學探測設備主要有雷達、磁導探測儀、紅外探測儀、廢氣探測儀等。雷達主要是靠電磁波的反射來發現潛艇的；磁導探測儀是靠潛艇水下運動時，引起地磁場的變化來發現它；紅外探測儀僅靠潛艇在水下航行時，使周圍水層產生微弱的溫差來探測它；廢氣探測儀則專門利用潛艇排出的廢氣來發現它。此外，還可利用脈衝雷射束對海水掃描，來發現潛艇的雷射探測儀；利用無線電定向儀發現正在進行無線電通信的潛艇，以及用核輻射探測儀專門搜尋核潛艇等。
套用前景
隨著相關技術的不斷進步，超空泡將呈現出更加廣闊的套用前景：它能夠用於對付水雷、自導魚雷、小型船舶、高速反艦飛彈，甚至低空飛行的飛機和直升機，以及套用於小型超高速水面艦艇、能使整個航母戰鬥群失效的水下核飛彈、以及用於潛艇戰的中程無制導摧毀性武器。因此有專家認為，這些超空泡系統可能會大大改變海上作戰模式。
在某些海軍專家的描述中，大型隱身潛艇之間的對抗已經有點像空戰，小型、近程的“水下戰鬥機”從巨大的“水下航母”起飛，彼此利用高速“水下子彈”進行射擊；而超空泡武器更可能是對抗飛彈防禦系統的“撒手鐧”——安裝核彈頭的遠程多級超空泡魚雷和飛彈，能夠在海洋水下快速航行數十海里接近目標，而空基或天基的任何防禦手段對它們都無可奈何。
朱麗葉艦船系統公司公開的“幽靈”號在設計時就巧妙結合了飛機和船艇的相關特性，使其在艇體表面和水之間產生一個氣體空腔，從而使船艇在航行時產生的摩擦阻力比在水中小900倍。“幽靈”號技術在有人\無人駕駛、水面\水下航行器方面都可以推廣套用，其快速機動性和隱身性與常規艦艇相比，具有無可比擬的優勢，如果投入使用，可以大幅減少海軍對近海戰鬥艦的需求，釋放大量的驅逐艦、巡洋艦資源。
當然，由於超空泡尚屬於新技術，超空泡武器尚屬於新概念武器，繼續研發過程中需要克服的技術難點還有很多，如巨大的動能需求、有效靈活控制航行器，等等，特別是目前的相關研究和試驗，只是在魚雷和小艇等小型航行物上進行，如何能使超空泡長時間、全尺寸地包罩住大型艦艇，將是另一個更大的、有待攻克的難題。
