超导磁流体船舶推进技术

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 06:02:32
超导电磁推进

船舶推进装置的革命:第一艘用超导电磁推进取代传统螺旋桨推进器的超导电磁推进船

  螺旋桨曾被人们认为是船舶航行必然使用的推进装置,但随着现代船舶科技的发展,未来的巨型船舶将可能取消螺旋桨这一推进装置,而改用超导电磁推进装置来推动船快速航行在海上。

  把电磁用于船舶推进装置的设想,最早是由美国赖斯博士提出来的。采用电磁推进的船舶,由于没有螺旋桨等运动部件,因而毫无振动的感觉,可在海上静静地航行。由于海水的电阻大,所以必须达到20万高斯的磁场强度,船体才能获得必要的推力。目前一般使用的铁芯电磁铁仅能达到2万高斯的磁场强度,可是用超导体电磁铁装备船舶的推进系统,就能获得强大的磁场和必要的推力。

  1966年,美国综合电机公司根据赖斯的研究,首次制成了电磁推进船的模型船“EMS—1”。但使用的铜质线圈磁场强度只达到150高斯,没有取得什么有用的资料。

  1976年,日本的神户商船大学用超导体电磁材料装备船的推进系统,制成了超导体电磁推进船的模型船“SEMD—1”。船长仅1米,在海水中的磁场强度达到6000高斯。1979年又制成一艘超导船的模型船“ST—500”,全长3.6米,重700千克,船底装备的超导体电磁线圈用铌钛合金制造,在海水中可产生2万高斯的强磁场。ST—500模型船在海里可以每秒1米的速度前进,完全没有振动和噪音。

  最近,世界上第一艘以超导磁体作为行驶动力的新型超导电磁双体推进船在日本建成。这艘命名为“大和1号”的实验船长30米,宽18米,高8米,自重280吨,排水量185吨,航速每小时15千米。双体船的推进系统装有电磁铁,装在该船浮筒的水筒前部。海水流入水筒,带电的电极便在水中产生电流。这些磁铁产生的磁场同这一电流相互作用,产生的电磁力把水从水筒的末端作为高速水流喷出。增加磁场强度的方法是用超导电磁铁,放在液氦里冷却。两台柴油发动机为这些磁铁提供电力。

  但目前要达到20万高斯的强度,必须寻求更有效的超导体。此外,须改善通电电板板,使磁场屏蔽材料轻量化等一系列难题仍有待克服。

  (998页图)日本率先开发研制了世界上第一艘超导电磁推进船。这是日本将要建造的双体超导电磁推进船的想象图

  日本制造的世界上第一艘超导船“大和”号,它的船身为铝合金材料制造
超导电磁流体推进

超导电磁流体推进是把电能直接转换成流体动能,以喷射推进取代传统螺旋桨推进的新技术,它具有低噪音和安全性等特点,在特殊船舶推进应用中具有重大价值。我所从1996年开始从事超导磁流体推进技术的研究,研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进实验船,2000年获中科院科技进步二等奖。建成了用于磁流体推进器水动力学研究的海水循环试验装置和用于试验船综合性能研究的航试水池。目前,正在进行超导电磁流体推进技术的实用化研究。
磁流体推进技术

当代潜艇的四大王牌技术



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叶军南  

  海湾战争后,拥有潜艇的国家(地区)已增至45个。面对日趋激烈的水下较量,西方各国为了保持并扩大其传统的潜艇优势,纷纷加大了对新一代潜艇的研制力度。相对和平的国际环境和发达的科学技术,为这些面向21世纪的新型潜艇的研制提供了充分论证和精雕细琢所需要的时间与技术保障。目前,一系列具有革命性质的潜艇新技术已随着新一代潜艇的下水而进入了实用阶段,成为西方列强争夺21世纪潜艇优势的技术王牌。
一、 闭式循环发动机技术

  闭式循环发动机是一种能够大幅度提高常规潜艇水下活动能力的新型动力装置,它的出现,一举克服了目前常规潜艇每天必须1~2次上浮至通气管或水面航行状态为蓄电池充电的致命弱点,大大提高了常规潜艇的水下续航能力和安全性,从而为常规潜艇的使用和发展拓展了广阔的空间。

  闭式循环发动机的工作原理是以惰性气体为工作流体,而以艇内储存的纯氧为助燃剂,将二者按比例混合压缩后送入发动机,发动机工作后排出的废气先输送至吸收器,在吸收器中二氧化碳被海水充分溶解吸收,而其他气体则经闭合回路重新送回发动机,再与氧气混合压缩供新的燃烧循环使用。对惰性气体的巧妙利用,使闭式循环发动机摆脱了对环境空气的依赖,并使整个发动机系统的工作效率超过了利用环境空气所能达到的极限。

  1995年2月2日,瑞典海军采用闭式循环发动机的“哥得兰”号潜艇正式服役,标志着该项技术已正式步入实用阶段。目前,两台120千瓦的闭式循环发动机,用于2000吨级的潜艇,可使水下续航时间长达17天以上,即使保持最大巡航速度也可续航7天以上,比目前的常规潜艇提高了20~30倍。

  目前,意大利、荷兰、日本等国都已准备在其新一代潜艇中引进这项技术。

二、 减振浮筏技术

  减振浮筏技术是一种可以全面降低潜艇艇机械噪声的高新技术,美国海军秘密研制该项技术时间长达20余年,终于在90年代初取得了突破性的成果,从而开辟了潜艇降噪的新途径。

  所谓减振浮筏,就是把潜艇内以主机为首的可能产生噪音的绝大多数设备安置在一个象筏形的基座上,这个筏形基座一般由减振橡胶或双弹性材料制成,筏形基座与潜艇的艇体也不再是刚性连接,而是采用了柔性性连接方式。与主机相连的各种管道和电缆等均采用波纹管或缓动件,桨轴与主机之间则采用弹性联轴节,再加上主机外壳履盖的隔音层,主机及其他设备的工作噪音的绝大部分就不会再通过基座传到潜艇艇体上,从而潜艇向它周围的海水辐射出去的噪音大幅度地降低。

  据称,采用减振浮筏技术可使潜艇的机械噪声降低20~30分贝。美军最新型的“海狼”级攻击型核潜艇及英国的“特拉法尔加”级攻击潜艇,都采用了减振浮筏技术。

三、 磁流体推进技术

  磁流体推进技术是90年代达到实用化的潜艇驱动技术,它与泵喷射推进同为非螺旋桨驱动方式,但它的设计概念比泵喷身推进更为超前,它不仅消除了传统的螺旋桨噪声,同时还可以抑制潜艇机械噪声和流体动力噪声的产生,可以说,磁流体推进技术是20世纪最先进的船舶驱动技术。

  磁流体推进器是将电能转换成脉动磁场,而脉动磁场在管道内产生行波,海水在管道前面被吸入,于是由电磁感生的行波向后推斥海水,从而产生推力。该推进器无空泡,因而不产生空泡噪声,加之不采用通常的机械部件和减速齿轮,因而也不产生机械噪声。不仅如此,这种推进器还因推力集中,水的紊流较小,从而减弱了磁通量的变化,可以避免被敌方磁探仪探测跟踪。

  前几年问世的俄罗斯DⅣ级和O级潜艇据说都采用的是磁流体推进器。

四、 潜空导弹技术

  潜空导弹技术是本世纪末潜艇武备中最重要的革命性技术,它首次使潜艇具备了主动攻击空中反潜平台的作战能力扭转了潜艇面对空中反潜威胁被动挨打的局面,大大提高了潜艇的生存能力。

  对潜空导弹技术的研究始于60年代末,直到1996年法国和德国联合研制的“独眼巨人”系统的列装,这项技术才正式进入实用领域。“独眼巨人” 潜空武器系统的作战过程大致下如:

  首先由艇上的声纳设备根据反潜飞机叶片发出的声响或根据投放的吊放声纳、吊放声纳浮标和鱼雷的入水音响测出目标的大致方位(或仰角),按以上方位即可由鱼雷发射管射出装有导弹的运载器,运载器先在水下按设定的程序轨道以15米/秒的速度航行上升,大约距发射位置1千米处飞出水面。

  出水后运载器脱落,导弹助推器和发动机点火,导弹的红外自导头或电视摄像显示在控制台的监视屏上,图像操作员操纵导弹接近目标后,再发出指仿控制导弹跟踪目标并将其击毁。

  整个攻击过程均通过光纤控制导引,使该导弹系统具有很高的命中概率。

  该系统由法国宇航公司和德国NBB分司于1989年开始联合研制,意大利也参加了该项研究工作。

  1996年德国已在其206A级潜艇上装备了该系统,意大利也将其212级常规潜艇中采用这项技术。美国也将在其“福吉尼亚”级攻击型潜艇中引进 “独眼巨人”系统。

  走向21世纪的潜艇,由于其作用越来越突出,因此,世界各国都保持着潜艇发展的强劲势头。随着科学技术的进一步发展,新一代潜艇中的高技术含量也将进一步发展,从而促进潜艇部队由近岸防御兵力向远洋进攻兵力发展;由水面舰队辅助兵力向海军的一种主要突击兵力发展;由海军的战役战术兵力向海军的一种主要突击兵力发展;由海军的战役战术兵力向多军兵种协同作战兵力发展。
超导磁流体船舶推进技术
  超导磁流体船舶推进技术被视为21世纪的舰船推进技术。该技术的优势为:取消了传统的螺旋桨、轴系、减速齿轮机构,极大地降低了噪音;推进器的磁体、电极等都是相对静止的固定装置,不受旋转机械极限功率的限制,可制造超大功率的高速舰船,理论行驶速度可达100节;布局灵活,可充分利用舱室空间,操船简便、灵活,利用超导磁体内储存的大量能量作应急电源。超导电磁推进

船舶推进装置的革命:第一艘用超导电磁推进取代传统螺旋桨推进器的超导电磁推进船

  螺旋桨曾被人们认为是船舶航行必然使用的推进装置,但随着现代船舶科技的发展,未来的巨型船舶将可能取消螺旋桨这一推进装置,而改用超导电磁推进装置来推动船快速航行在海上。

  把电磁用于船舶推进装置的设想,最早是由美国赖斯博士提出来的。采用电磁推进的船舶,由于没有螺旋桨等运动部件,因而毫无振动的感觉,可在海上静静地航行。由于海水的电阻大,所以必须达到20万高斯的磁场强度,船体才能获得必要的推力。目前一般使用的铁芯电磁铁仅能达到2万高斯的磁场强度,可是用超导体电磁铁装备船舶的推进系统,就能获得强大的磁场和必要的推力。

  1966年,美国综合电机公司根据赖斯的研究,首次制成了电磁推进船的模型船“EMS—1”。但使用的铜质线圈磁场强度只达到150高斯,没有取得什么有用的资料。

  1976年,日本的神户商船大学用超导体电磁材料装备船的推进系统,制成了超导体电磁推进船的模型船“SEMD—1”。船长仅1米,在海水中的磁场强度达到6000高斯。1979年又制成一艘超导船的模型船“ST—500”,全长3.6米,重700千克,船底装备的超导体电磁线圈用铌钛合金制造,在海水中可产生2万高斯的强磁场。ST—500模型船在海里可以每秒1米的速度前进,完全没有振动和噪音。

  最近,世界上第一艘以超导磁体作为行驶动力的新型超导电磁双体推进船在日本建成。这艘命名为“大和1号”的实验船长30米,宽18米,高8米,自重280吨,排水量185吨,航速每小时15千米。双体船的推进系统装有电磁铁,装在该船浮筒的水筒前部。海水流入水筒,带电的电极便在水中产生电流。这些磁铁产生的磁场同这一电流相互作用,产生的电磁力把水从水筒的末端作为高速水流喷出。增加磁场强度的方法是用超导电磁铁,放在液氦里冷却。两台柴油发动机为这些磁铁提供电力。

  但目前要达到20万高斯的强度,必须寻求更有效的超导体。此外,须改善通电电板板,使磁场屏蔽材料轻量化等一系列难题仍有待克服。

  (998页图)日本率先开发研制了世界上第一艘超导电磁推进船。这是日本将要建造的双体超导电磁推进船的想象图

  日本制造的世界上第一艘超导船“大和”号,它的船身为铝合金材料制造
超导电磁流体推进

超导电磁流体推进是把电能直接转换成流体动能,以喷射推进取代传统螺旋桨推进的新技术,它具有低噪音和安全性等特点,在特殊船舶推进应用中具有重大价值。我所从1996年开始从事超导磁流体推进技术的研究,研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进实验船,2000年获中科院科技进步二等奖。建成了用于磁流体推进器水动力学研究的海水循环试验装置和用于试验船综合性能研究的航试水池。目前,正在进行超导电磁流体推进技术的实用化研究。
磁流体推进技术

当代潜艇的四大王牌技术



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叶军南  

  海湾战争后,拥有潜艇的国家(地区)已增至45个。面对日趋激烈的水下较量,西方各国为了保持并扩大其传统的潜艇优势,纷纷加大了对新一代潜艇的研制力度。相对和平的国际环境和发达的科学技术,为这些面向21世纪的新型潜艇的研制提供了充分论证和精雕细琢所需要的时间与技术保障。目前,一系列具有革命性质的潜艇新技术已随着新一代潜艇的下水而进入了实用阶段,成为西方列强争夺21世纪潜艇优势的技术王牌。
一、 闭式循环发动机技术

  闭式循环发动机是一种能够大幅度提高常规潜艇水下活动能力的新型动力装置,它的出现,一举克服了目前常规潜艇每天必须1~2次上浮至通气管或水面航行状态为蓄电池充电的致命弱点,大大提高了常规潜艇的水下续航能力和安全性,从而为常规潜艇的使用和发展拓展了广阔的空间。

  闭式循环发动机的工作原理是以惰性气体为工作流体,而以艇内储存的纯氧为助燃剂,将二者按比例混合压缩后送入发动机,发动机工作后排出的废气先输送至吸收器,在吸收器中二氧化碳被海水充分溶解吸收,而其他气体则经闭合回路重新送回发动机,再与氧气混合压缩供新的燃烧循环使用。对惰性气体的巧妙利用,使闭式循环发动机摆脱了对环境空气的依赖,并使整个发动机系统的工作效率超过了利用环境空气所能达到的极限。

  1995年2月2日,瑞典海军采用闭式循环发动机的“哥得兰”号潜艇正式服役,标志着该项技术已正式步入实用阶段。目前,两台120千瓦的闭式循环发动机,用于2000吨级的潜艇,可使水下续航时间长达17天以上,即使保持最大巡航速度也可续航7天以上,比目前的常规潜艇提高了20~30倍。

  目前,意大利、荷兰、日本等国都已准备在其新一代潜艇中引进这项技术。

二、 减振浮筏技术

  减振浮筏技术是一种可以全面降低潜艇艇机械噪声的高新技术,美国海军秘密研制该项技术时间长达20余年,终于在90年代初取得了突破性的成果,从而开辟了潜艇降噪的新途径。

  所谓减振浮筏,就是把潜艇内以主机为首的可能产生噪音的绝大多数设备安置在一个象筏形的基座上,这个筏形基座一般由减振橡胶或双弹性材料制成,筏形基座与潜艇的艇体也不再是刚性连接,而是采用了柔性性连接方式。与主机相连的各种管道和电缆等均采用波纹管或缓动件,桨轴与主机之间则采用弹性联轴节,再加上主机外壳履盖的隔音层,主机及其他设备的工作噪音的绝大部分就不会再通过基座传到潜艇艇体上,从而潜艇向它周围的海水辐射出去的噪音大幅度地降低。

  据称,采用减振浮筏技术可使潜艇的机械噪声降低20~30分贝。美军最新型的“海狼”级攻击型核潜艇及英国的“特拉法尔加”级攻击潜艇,都采用了减振浮筏技术。

三、 磁流体推进技术

  磁流体推进技术是90年代达到实用化的潜艇驱动技术,它与泵喷射推进同为非螺旋桨驱动方式,但它的设计概念比泵喷身推进更为超前,它不仅消除了传统的螺旋桨噪声,同时还可以抑制潜艇机械噪声和流体动力噪声的产生,可以说,磁流体推进技术是20世纪最先进的船舶驱动技术。

  磁流体推进器是将电能转换成脉动磁场,而脉动磁场在管道内产生行波,海水在管道前面被吸入,于是由电磁感生的行波向后推斥海水,从而产生推力。该推进器无空泡,因而不产生空泡噪声,加之不采用通常的机械部件和减速齿轮,因而也不产生机械噪声。不仅如此,这种推进器还因推力集中,水的紊流较小,从而减弱了磁通量的变化,可以避免被敌方磁探仪探测跟踪。

  前几年问世的俄罗斯DⅣ级和O级潜艇据说都采用的是磁流体推进器。

四、 潜空导弹技术

  潜空导弹技术是本世纪末潜艇武备中最重要的革命性技术,它首次使潜艇具备了主动攻击空中反潜平台的作战能力扭转了潜艇面对空中反潜威胁被动挨打的局面,大大提高了潜艇的生存能力。

  对潜空导弹技术的研究始于60年代末,直到1996年法国和德国联合研制的“独眼巨人”系统的列装,这项技术才正式进入实用领域。“独眼巨人” 潜空武器系统的作战过程大致下如:

  首先由艇上的声纳设备根据反潜飞机叶片发出的声响或根据投放的吊放声纳、吊放声纳浮标和鱼雷的入水音响测出目标的大致方位(或仰角),按以上方位即可由鱼雷发射管射出装有导弹的运载器,运载器先在水下按设定的程序轨道以15米/秒的速度航行上升,大约距发射位置1千米处飞出水面。

  出水后运载器脱落,导弹助推器和发动机点火,导弹的红外自导头或电视摄像显示在控制台的监视屏上,图像操作员操纵导弹接近目标后,再发出指仿控制导弹跟踪目标并将其击毁。

  整个攻击过程均通过光纤控制导引,使该导弹系统具有很高的命中概率。

  该系统由法国宇航公司和德国NBB分司于1989年开始联合研制,意大利也参加了该项研究工作。

  1996年德国已在其206A级潜艇上装备了该系统,意大利也将其212级常规潜艇中采用这项技术。美国也将在其“福吉尼亚”级攻击型潜艇中引进 “独眼巨人”系统。

  走向21世纪的潜艇,由于其作用越来越突出,因此,世界各国都保持着潜艇发展的强劲势头。随着科学技术的进一步发展,新一代潜艇中的高技术含量也将进一步发展,从而促进潜艇部队由近岸防御兵力向远洋进攻兵力发展;由水面舰队辅助兵力向海军的一种主要突击兵力发展;由海军的战役战术兵力向海军的一种主要突击兵力发展;由海军的战役战术兵力向多军兵种协同作战兵力发展。
超导磁流体船舶推进技术
  超导磁流体船舶推进技术被视为21世纪的舰船推进技术。该技术的优势为:取消了传统的螺旋桨、轴系、减速齿轮机构,极大地降低了噪音;推进器的磁体、电极等都是相对静止的固定装置,不受旋转机械极限功率的限制,可制造超大功率的高速舰船,理论行驶速度可达100节;布局灵活,可充分利用舱室空间,操船简便、灵活,利用超导磁体内储存的大量能量作应急电源。
楼主的签名档强啊
大和号问世差不多有十年了,始终没有新的消息
要实用化,还需要几十年,快则30年,慢则可能要40年。那时潜艇的低速行驶噪音,应该可以低于海洋背景噪音。
而金属、符合、纳米等材料技术的进步,应该可以使潜艇的潜身达到1000米以上。
配备装备冲压发动机,具有隐身、超高速、智能制导等特性的远程反舰导弹,将使海战样式发生变化。
还有个磁单级推进更玄。