美國(guó)海軍想率先為核潛艇安裝劃時(shí)代的磁流體推進(jìn)器，進(jìn)一步擴(kuò)大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

目前，美國(guó)海軍“弗吉尼亞”級(jí)攻擊核潛艇“蒙大拿”號(hào)正在康涅狄格州格羅頓的通用動(dòng)力電船公司接受改裝，該潛艇將會(huì)安裝磁流體推進(jìn)器。報(bào)道稱(chēng)，這種“史上最安靜的推進(jìn)系統(tǒng)”將讓美國(guó)核潛艇的噪聲水平降低到難以察覺(jué)的地步，“進(jìn)一步擴(kuò)大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)”。

準(zhǔn)備下水的美國(guó)“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇，該潛艇目前采用泵噴推進(jìn)器。

劃時(shí)代的推進(jìn)技術(shù)

船舶推進(jìn)器是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化把主機(jī)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為船舶前進(jìn)動(dòng)力的重要裝置，一直以來(lái)科學(xué)界都十分注重提高船舶推進(jìn)器尤其是潛艇推進(jìn)器的效能?，F(xiàn)代船舶大部分采用螺旋槳推進(jìn)器，隨著科技的發(fā)展，一些新的推進(jìn)方式也應(yīng)運(yùn)而生，其中就包括磁流體推進(jìn)技術(shù)。

磁流體推進(jìn)技術(shù)就是將海水作為導(dǎo)電體（海水中存在大量鹽類(lèi)），通過(guò)在艦艇上貫通海水的通道內(nèi)建立起磁場(chǎng)，對(duì)導(dǎo)電的海水產(chǎn)生電磁力，使海水在通道內(nèi)向艦艇艉部高速流動(dòng)，其反作用力推動(dòng)艦艇運(yùn)動(dòng)。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的不同方式，可以把磁流體推進(jìn)裝置分為交流磁場(chǎng)方式和直流磁場(chǎng)方式，直流磁場(chǎng)方式采用的是直流磁體,交流磁場(chǎng)方式采用的是交流磁體。目前交流磁場(chǎng)推進(jìn)方式的研究還處于原理性探討和模擬試驗(yàn)階段，更容易取得進(jìn)展的是直流磁場(chǎng)推進(jìn)方式。

美國(guó)是最早開(kāi)展電磁推進(jìn)研究的國(guó)家，早在1961年，美國(guó)的賴斯就獲得了電磁推進(jìn)的專(zhuān)利。1968年，美國(guó)加州大學(xué)研制了世界上第一艘模型試驗(yàn)船F(xiàn)MS-1，并在圣芭芭拉城的試驗(yàn)水池中成功地進(jìn)行了航行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:使用普通線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁通量太小，要形成足夠的推力，線圈或磁鐵的重量就很大。因此電磁推進(jìn)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生高磁場(chǎng)密度，而這種高磁場(chǎng)密度是無(wú)法從普通線圈獲得的。

此后在縮小磁流體動(dòng)力系統(tǒng)體積，提高功率以達(dá)到實(shí)用化方面的研究一直進(jìn)展緩慢。到了70年代，超導(dǎo)研究取得很大進(jìn)展，高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)才給磁流體動(dòng)力推進(jìn)帶來(lái)了新的發(fā)展前景。使用超導(dǎo)線圈作為磁流體動(dòng)力推進(jìn)裝置的電磁線圈時(shí)，只要保持超導(dǎo)狀態(tài)，線圈充電后，電流就在線圈中無(wú)損耗地循環(huán)流動(dòng)，轉(zhuǎn)化效率高，能夠形成幾乎是恒定的強(qiáng)磁場(chǎng)。從90年代開(kāi)始美國(guó)加強(qiáng)了超導(dǎo)磁流體推進(jìn)的研究工作，美軍在這方面投入巨資，目的是將超導(dǎo)磁流體推進(jìn)應(yīng)用于潛艇。

日本也很早就開(kāi)始了關(guān)于超導(dǎo)磁流體推進(jìn)技術(shù)的研究，并于1992年成功試驗(yàn)了世界上第一艘磁流體推進(jìn)試驗(yàn)船“大和1號(hào)”，這艘船長(zhǎng)30米、寬18米、滿載排水量185噸，使用的磁流體推進(jìn)器的磁場(chǎng)強(qiáng)度約4特斯拉，轉(zhuǎn)換效率約為30%，航速為6.6節(jié)。后來(lái)有消息稱(chēng)，由于“大和1號(hào)”的推進(jìn)效率和速度等方面不盡如人意，日本造船振興財(cái)團(tuán)又開(kāi)始籌劃研制“大和2號(hào)”，目標(biāo)是20節(jié)航速，推進(jìn)效率比“大和1號(hào)”提高5%-10%，使用液氮溫度下工作的高溫超導(dǎo)磁體。

采用磁流體推進(jìn)器的日本“大和1”號(hào)試驗(yàn)船。

靜音潛艇的重要方向

此次報(bào)道中提到的磁流體推進(jìn)項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）主導(dǎo)開(kāi)發(fā)，直到2023年才首次對(duì)外披露。報(bào)道稱(chēng)，推進(jìn)器的進(jìn)水口安裝在潛艇艇艏，類(lèi)似于魚(yú)雷發(fā)射管，但尺寸更大，與潛射彈道導(dǎo)彈的直徑相當(dāng)。如果“蒙大拿”號(hào)進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)取得成功，未來(lái)新建的“弗吉尼亞”級(jí)和未來(lái)的SSN（X）型攻擊核潛艇都將采用這種裝置?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，如果該項(xiàng)目取得成功，那么對(duì)美國(guó)水下戰(zhàn)力的提高將產(chǎn)生重大意義。

相比于傳統(tǒng)推進(jìn)方式，磁流體推進(jìn)裝置優(yōu)勢(shì)十分明顯。首先磁流體推進(jìn)可極大地提高潛艇的安靜性，而這也是研制超導(dǎo)磁流體推進(jìn)裝置的最主要的原因。潛艇的噪聲來(lái)源主要有機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲。由于取消了螺旋槳，螺旋槳噪聲不復(fù)存在，沒(méi)有了推進(jìn)軸和減速齒輪，機(jī)械噪聲將得到極大地降低，這將使?jié)撏У陌察o性技術(shù)出現(xiàn)革命性的突破。降低噪聲，提高安靜性不僅能顯著降低敵被動(dòng)聲吶的作用，還可提高己方聲吶的探測(cè)距離，增強(qiáng)艦艇的戰(zhàn)斗力。同時(shí)取消螺旋槳不僅消除了螺旋槳噪聲，還改善了潛艇的尾流，能降低敵尾流制導(dǎo)武器的作用距離。再加上由于不需要在耐壓殼體上開(kāi)孔安裝螺旋槳軸，因此提高了耐壓殼體的穩(wěn)定性，有助提升潛艇的安全性。

其次，磁流體推進(jìn)讓潛艇的布置有較大的靈活性。由于不再需要螺旋槳、槳軸與動(dòng)力源、減速齒輪之間的剛性連接，推進(jìn)系統(tǒng)的部件可以放在任意方便的位置，可以騰出更多寶貴空間來(lái)提高有效載荷，或在相同的有效載荷下，縮小潛艇的體積。

另外磁流體推進(jìn)有利于提高潛艇的機(jī)動(dòng)性和生存能力。改變電極電源的極性,使水流方向改變,就可以獲得相反的推力，無(wú)需克服推進(jìn)器的慣性，就可使?jié)撏У雇撕叫小Ｓ捎诓捎梅指钍江h(huán)形結(jié)構(gòu)，當(dāng)某一部分受損,仍可使?jié)撏Ю^續(xù)航行。緊急情況下，還可利用貯存在磁鐵系統(tǒng)中的能量作應(yīng)急推進(jìn)動(dòng)力源，使?jié)撏Й@得5-8節(jié)的航速。

“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇是目前美國(guó)海軍水下力量的核心。

不過(guò)也應(yīng)該看到的是，雖然美媒稱(chēng)磁流體推進(jìn)器將使對(duì)手探測(cè)美國(guó)核潛艇的主要手段——被動(dòng)聲吶失效，“美國(guó)核潛艇將進(jìn)一步擴(kuò)大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)”，但磁流體推進(jìn)器要做到真正的實(shí)用化還是有不少關(guān)卡要過(guò)。

一方面磁流體推進(jìn)系統(tǒng)作為艦船整體的一部分，必須具有功率密度高、重量小、耐風(fēng)浪、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐用和極少需要維修的特點(diǎn)。同時(shí)這還要求磁流體推進(jìn)器不但要具有可接受的推進(jìn)效率，還要穩(wěn)定可靠且不會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響（如海洋環(huán)境污染）。

另一方面，海水在被施加電場(chǎng)時(shí)將會(huì)在陰極發(fā)生電解產(chǎn)生氫氣形成氣泡，這是無(wú)法避免的，氣泡的破裂和振蕩會(huì)引起噪聲，而氣泡隨海水從噴口噴出又會(huì)產(chǎn)生痕跡，影響到船舶的航行隱蔽性。噪聲和航跡與氣泡的數(shù)量及尺寸有關(guān)，研究表明，在電流密度不高的情況下，氣泡的半徑一般不會(huì)超過(guò)10微米，如果再考慮氣泡在運(yùn)動(dòng)中的破碎，則其半徑會(huì)小于10微米，并減少生成數(shù)量，這樣小尺寸的氣泡以及由氣泡引起的噪聲對(duì)船舶航行隱蔽性產(chǎn)生的負(fù)面影響幾乎可以忽略不計(jì)。但隨著電流密度的提高，氣泡的危害性又會(huì)相應(yīng)顯現(xiàn)出來(lái)。所以，就提高船舶航行的隱蔽性而言，應(yīng)采用較小的電流密度，但如此又會(huì)導(dǎo)致電磁力及推力下降，為了解決該問(wèn)題，只能提高磁場(chǎng)，所以推進(jìn)器最好采用高場(chǎng)超導(dǎo)磁體。

隨著高場(chǎng)超導(dǎo)磁體的應(yīng)用，漏磁就會(huì)成為需要重點(diǎn)關(guān)注的又一問(wèn)題。漏磁的危害性在于其不僅會(huì)影響船內(nèi)儀表的正常工作，還會(huì)吸引海水中的鐵磁物質(zhì)，由此可能導(dǎo)致通道面積縮小，流動(dòng)阻力增大，從而降低推進(jìn)器的推力和效率。此外，漏磁在船體外散布，還容易被敵方探測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)，從而影響潛艇的航行隱蔽性。因此磁流體推進(jìn)系統(tǒng)需要做好屏蔽工作，但屏蔽又會(huì)大大增加推進(jìn)系統(tǒng)的重量，其中的矛盾需要做出合理的權(quán)衡。不管如何，美軍在磁流體推進(jìn)技術(shù)方面的進(jìn)展還是值得跟蹤研究的。