技术派｜美军希望核潜艇非常安静，研究为潜艇配磁流体推进器。

在核潜艇安装划时代的磁流体推进器方面，美国海军希望进一步扩大其在水下领域的优势。

目前，康涅狄格州格罗顿的通用动力电船公司正在接受美国海军“弗吉尼亚”级攻击核潜艇“蒙大拿”号的改造，该潜艇将安装磁流体推进器。报道称，这种“历史上最安静的推进系统”将美国核潜艇的噪声水平降低到不可预测的水平，“进一步扩大其在水下领域的优势”。

美国“弗吉尼亚”级核潜艇准备下水，目前采用泵喷助推器。

划时代的推进技术

船舶助推器是将主机产生的能量转化为船舶前进动力的重要设备。科学界一直非常重视提高船舶助推器的效率，尤其是潜艇助推器。大多数现代船舶使用螺旋桨助推器。随着时代的发展，包括磁流体推广技术在内的一些新的推广方式应运而生。

磁流体推广技术是将海水作为导电体(海水中有很多酸盐)，通过在船上穿过海水的通道中构建磁场，对导电性海水产生磁场力，使海水在通道内高速流向船只部分，其反冲力推动船只运动。根据磁场的不同产生方式，磁流体推进设备可分为交流磁场和DC磁场。DC磁场采用DC磁体，交流磁场采用交流磁体。当前对交流磁场推动方式的研究仍处于原理性讨论和模拟试验阶段，直流磁场推动方式更容易取得进展。

早在1961年，美国赖斯就获得了电磁推进专利，这是美国第一个探索电磁推进的国家。一九六八年，美国加州大学开发了世界上第一艘模型试验船FMS-1，并在圣芭芭拉城的试验池中成功地进行了航行试验。试验结果表明：使用普通线圈产生磁场的磁通量过小，为了形成足够的推力，线圈或磁铁的重量非常大。所以电磁推进的关键在于产生高磁场密度，而且这种高磁场密度是无法从普通线圈获得的。

从那以后，对磁流体动力装置的体积减小，提高功率以达到产品化领域的研究进展缓慢。在70年代，超导研究取得了长足的进步，高温超导材料的出现为磁流体动力带来了新的发展前景。当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，电流就会在线圈内循环，没有消耗，转化效率高，几乎可以形成恒定的强磁场。自20世纪90年代以来，美国加强了超导磁流体推广的研究，美军在这方面投入巨资，旨在在潜艇上推广超导磁流体。

在1992年，日本也成功地对世界上第一艘磁流体推进试验船“大和1号”进行了试验，该试验船长30米，宽18米，满载排水185吨，磁流体推进器的磁场强度约为4特斯拉，转换效率约为30%，船速约为6.6节。后来有消息称，由于“大和1号”的推进效率和速度不尽如人意，日本造船振兴财团开始准备开发“大和2号”，目标是以20节船速为目标，推进效率比“大和1号”提高5%-10%，高温超导磁体在液氮温度下工作。

日本“大和1”号试验船选用磁流体推进器。

静音潜艇的重要方向

美国国防高级研究计划局报道中提到的磁流体推进项目由美国国防高级研究计划局（DARPA）直到2023年才首次向外界披露主导开发。据报道，潜艇艇安装了助推器进水管，类似于鱼雷发射管，但尺寸较大，与潜射弹道导弹直径相当。假如“蒙大拿”号进行的相关实验成功，未来新建的“弗吉尼亚”级别和未来的SSN（X）这种设备将用于攻击核潜艇。可预见的是，如果这个项目成功，将对美国水下战力的提高具有重要意义。

与传统的推进方式相比，磁流体推进设备具有明显的优势。第一，磁流体推进可以大大提高潜艇的安静性，这也是开发超导磁流体推进装置的主要原因。机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声是潜艇噪声的主要来源。由于螺旋桨的取消，螺旋桨的噪音消失了。没有推轴和减速齿轮，机械噪声会大大降低，这将革命性地突破潜艇的安静技术。降低噪声，提高安静性，不仅可以显著降低敌人被动声纳的效果，而且可以提高我们声纳的探测距离，提高舰船的战斗能力。与此同时，撤销螺旋桨不仅消除了螺旋桨的噪音，而且改善了潜艇的尾流，可以减少敌尾流制导武器的作用距离。此外，由于无需在抗压外壳上打孔安装螺旋桨轴，因此提高了抗压外壳的稳定性，有助于提高潜艇的安全性。

其次，磁流体的推进使潜艇的布局更加灵活。由于螺旋桨、桨轴与动力源和减速齿轮之间的刚性连接不再需要，推进系统的部件可以放置在一个随意方便的位置，可以腾出更多珍贵的空间来增加有效载荷，或者在相同的有效载荷下减少潜艇体积。

此外，磁流体的推进有助于提高潜艇的机动性和生存能力。通过改变电极的电源极性，改变水流方向，可以获得相反的推力，潜艇可以在不克服助推器惯性的情况下退出航行。由于采用分割环形结构，当某些部位受损时，潜艇仍然可以继续航行。在紧急情况下，储存在磁铁系统中的能量也可以用作紧急驱动动力源，使潜艇获得5-8节的速度。

目前，美国海军水下力量的核心是“弗吉尼亚”级核潜艇。

然而，我们也应该看到，虽然美国媒体表示，磁流体推进器将使对手检测美国核潜艇的主要手段——被动声纳失效，“美国核潜艇将进一步扩大其在水下领域的优势”，但仍有许多副本需要实现磁流体推进器的真正产品化。

一方面，作为船舶整体的一部分，磁流体推进系统必须具有功率密度高、重量小、抗风浪、抗冲击、抗震、耐用、维护少的特点。同时，这也要求磁流体推进器不仅要有可接受的推进效率，还要安全可靠，不会产生很大的不良影响(如海洋环境污染)。

另一方面，当海水被施加电场时，负极会电解产生氢气，形成气泡，这是不可避免的。气泡的破裂和振荡会引起噪音，气泡会随着海水从喷嘴喷出而产生痕迹，影响船舶的航行秘密性。该研究发现，当电流强度不高时，气泡的半径一般不会超过10，因为噪声和航迹与气泡的数量和尺寸有关。μm，若在运动过程中再考虑气泡的粉碎，则半径不到10。μm，并且减少产量，这样超小型气泡和气泡引起的噪音对船舶航行秘密性的负面影响几乎可以忽略不计。但是随着电流强度的提高，气泡的危害也会相应地显现出来。因此，就提高船舶航行的秘密性而言，应使用较小的电流强度，但这会导致磁场力和推力下降。为了解决这个问题，只能提高磁场，所以最好使用高场超导磁体作为助推器。

在高场超导磁体的应用中，漏磁将成为另一个需要重点关注的问题。漏磁的危害不仅影响船内仪表的正常工作，还会吸引海水中的铁磁物质，从而缩小通道面积，增加流动阻力，从而降低助推器的推力和质量。另外，漏磁物散布在船体外，也容易被敌人探测设备发现，从而影响潜艇的出航秘密。所以磁流体推进系统需要做好屏蔽工作，但是屏蔽会大大增加推进系统的重量，其中矛盾需要合理衡量。无论如何，美军在推进磁流体技术方面的进步仍然值得研究。

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