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中国超音速潜航器技术获突破,跨越太平洋仅需2小时

据《南华早报》报道,中国日前在制造超音速潜水艇方面出现技术突破,如果该技术研究成功,理论上能让潜水艇或者鱼雷在水底实现最高达5800公里每小时(5马赫)的超音速巡航,这也意味着,搭载这一技术的水下航行器从上海到旧金山只需要不到两个小时的旅行时间。然而,这一技术的广泛推广还面临着诸如发动机技术等一系列难题。

“超空泡”潜航器通过制造一个类似空气薄膜,极大减少在水中的阻力

报道称,这项技术由哈尔滨工业大学复合流动与热能转换实验室的一个研究小组牵头进行研究,该项目的研究员、哈工大流体机械及工程研究所教授李凤臣表示,这项最新的研究成果解决了水下航行器“超空泡”状态航行的几大难题,“超空泡”是水下快速航行的必要条件。“这一项目的潜力令人激动。”李凤臣表示。

据澎湃新闻(www.thepaper.cn)了解,由于水的阻力远大于空气,这也意味着在常规条件下潜航器的速度不可能快过飞行器,但如果能制造一个“空泡”,用空气将潜航器与水阻隔开来,那理论上潜航器的航行速度便会大大提高。当物体与液体相对高速运动时,物体表面的液体会因低压产生汽化现象,形成包含水汽的薄层,这就是“空泡”,当空泡长度等于或大于运动物体长度时,便产生了“超空泡”。根据“超空泡”原理,前苏联曾在冷战时期研制出时速可达每小时370公里“暴风”级鱼雷,几乎改变了现代海战的形态。

加州理工学院在2001年的一份报告中指出,从理论上来讲,超空泡潜航器可以达到5马赫,亦即时速5800公里,这一报告还透露,此前美国海军便成功发射了到达这一速度的“超空泡”子弹。然而,航行器在水中至少达到100公里每小时的初速度才能产生超空泡,同时,在超空泡潜航器高速巡航的过程中,由于被包裹在气体里面,传统如舵等导向手段便失效了。由此,长期以来,超空泡理论此前仅仅运用在鱼雷、无人潜航器等领域。由于难以转向,鱼雷只能以直线前进,也让这种鱼雷的防御变得愈发简单。

由此,上述两大问题一直成为超空泡理论发展的重大阻碍。

李凤臣表示,哈工大的这一小组已经发现能够解决上述两大问题的全新方法。根据他的介绍,该小组的航行器在低速航行时,其遍布周身的小孔不断发射一种液体,构成一个遍布全身的薄膜,这减少了在低速航行时水的摩擦阻力。当速度超过75公里每小时时,潜航器便进入了“超空泡”状态,这时,这些经过精密的控制小孔继续发射这种液体薄膜,通过水产生不同程度的阻力,实现对潜航器方向的控制。

李凤臣表示,“我们的这一方式不同于以往任何一种方式,通过将液体薄膜技术与超空泡技术相结合,可以极大地降低发射难度,也让方向操控变得更加简单。”
但他也承认,建设一个真正意义上的超音速水下航行器还有很长的路要走。首先便需要更加强大与节能的引擎。苏联“暴风”级鱼雷的航程只有11公里到15公里,便足以看出这一技术的短板。

李凤臣指出,随着“超空泡”的推广,不单在军用领域有很大的前景,同时在民用水下航行,甚至游泳等活动中都有运用空间。“如果游泳衣能够在水下制造一些小的‘空泡’,将极大减低水的阻力,游泳可能就像在空中滑行一样不需要消耗任何力气。”

目前,俄罗斯、德国、伊朗与美国都在发展类似的超空泡技术。北京理工大学流体力学实验实验室主任王国玉对《南华早报》表示,由于全球相关领域的研究已经出现长达数十年的瓶颈,“空泡的大小很难控制,航行器基本上也难以控制方向,”他表示,如果处于超空泡状态超速航行的潜航器偶然失去了空泡的保护,就算钢铁制成的浆也会因水的巨大压力瞬间击断。(方晓/澎湃新闻网)