美国朱丽叶舰船系统公司8月10日首次对外公布了为美海军研制的“幽灵”号舰船的消息与照片,这是迄今为止世界上第一艘对外公布的采用“超空泡”原理设计的舰船。它的外形有点类似巨型蝙蝠,船体前部由几块驾驶舱玻璃和折板错落有致地组合拼接,船头有一个微翘的 “大鸭嘴”,两舷折叠护板斜插搭于海面。

  从技术层面上讲,“超空泡”舰船首先需要在船体水下部分形成“空泡”,从而大幅减小水的阻力;其次,由于“超空泡”舰船需要搭载人员,航行时的上下俯仰与转弯时的稳定性和安全性就显得非常重要,需要重点研究解决。

  奇特的“超空泡”现象

  说来挺有意思,最初水下武器或水下作战平台,如鱼雷、潜艇等,都曾遇到过“空泡”问题,且均产生过负面效应。

   随着这些水下物体在水中运动速度的加快,其上所承受的水压反而会减小,一旦水压减小到一定程度时,与水下物体接触的水就会汽化,形成空泡。这些空泡不但 会改变水的流动形态,而且会降低螺旋桨或喷水推进器的推进效率。更严重的是,空泡还会发生爆裂,产生强烈冲击;如果长期作用,还会使接触面出现凹坑,并产 生严重剥蚀,大大缩短使用寿命。但是,随着速度进一步提高,当水中航行物的运动速度超过50米/秒时,航行物体表面就会出现“超空泡”现象,即在其后部形 成水蒸气泡。

  海水密度约是空气的900倍,海水阻力也比空气阻力大900倍,而在“超空泡”中航行的物体所受阻力只有水中的九百分之一。如 果利用一定的技术手段使“气泡”把整个航行物包裹起来,形成一种“气体外衣”,就可使物体始终航行在自己制造的“超空泡”内部,从而最大限度地避免水的黏 性阻力,实现高速航行。另外,“超空泡”现象不仅会使水的阻力大大降低,而且不会因气泡爆裂而对水下物体表面产生冲击。

  美国海军曾经为舰艇设计了一种超空泡螺旋桨;这种超空泡螺旋桨的叶片表面完全被汽化的水分子所覆盖,推进效率大大提高,叶片的寿命也大大延长。

  海军强国青睐新武器

  由于“超空泡”现象发生在水中,各种“超空泡”武器通常由一些海军强国率先研制,目前比较成功的“超空泡”武器项目是鱼雷、炮弹和水下火炮系统。

   前苏联海军很早就研制出代号“风雪”的超空泡鱼雷,并于1997年装备部队。该型鱼雷长8.23米,重2.697吨。鱼雷头部安装有空泡发生器(圆形或 椭圆形盘状),向前倾斜形成一个“攻角”,以产生支持雷体前部的升力;空泡发生器后面是几个环状通气管,它能将火箭排气注入空穴气泡,使气泡涨大。鱼雷航 行时,首先由平盘式空泡发生器产生局部空穴,然后由通气管向局部空穴注入气体,使之膨胀成“超空泡”。它的最大航速达到370千米/小时(约200节)。 这种鱼雷的尾部装有1个制导导线线轴,当鱼雷发射入水运行时导线释出,通过该导线可以控制鱼雷的运动轨迹或进行引爆。

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