中国未来潜艇或将达到音速

这得益于气泡和液体润滑剂
南华早报

未来的潜艇可能会以一个超快的气泡进入美国,在水下航行。中国哈尔滨工业大学的研究人员开发了一种新的潜艇“超空泡”概念,即水下飞行器在自身周围形成一个空气囊。在这个气泡内部,潜艇可以以更快的速度航行,而不会受到水的摩擦阻力而减慢速度。理论上,使用火箭发动机的超空泡飞行器可以在这个气泡内以接近音速的速度航行。

虽然在液体中为潜艇形成空气空腔的确切科学原理很复杂,但这种现象在简单的大学恶作剧中很容易观察到。将两个装满啤酒的啤酒瓶碰撞在一起,会压缩底部瓶子里的啤酒,导致其迅速释放出气泡并溢出。对于潜艇来说,气泡来自一个从头部特殊喷嘴喷出的气体,但飞行器必须达到高速——从而压缩其前方的空气——才能使超空泡生效。一旦它在空气泡内高速行驶,转向就会变得困难,因为飞行器的行为几乎像一枚导弹。

哈尔滨研究人员的概念可能有助于潜艇达到能够发生超空泡的速度。首先,飞行器会在自身表面释放一层特殊的液体膜,在超空泡生效前减少阻力。然后,为了操纵飞行器,驾驶员会改变液体膜补充的量和位置,从而产生摩擦力不同和更大的区域,使飞行器转向。(设计的更精细细节以及工作原理已被军方保密。)

膜转向是超空泡技术的一项突破,但哈尔滨复杂流热传递实验室的科学家们承认,仅凭这一点还不足以制造出超高速潜艇。这样的飞行器仍然需要一种能在水下工作的火箭发动机,并且这种发动机必须足够持久,能够完成跨太平洋的航行。

超空泡本身并不新鲜。几十年前,多个国家的军事研究人员就开始研究这个想法了。20世纪60年代,俄罗斯开始研制Shkval超空泡“水下火箭”,其最大射程约为四英里。美国从1997年开始研制超空泡鱼雷,DARPA于2006年宣布了一项开发超空泡微型潜艇的计划。所有这些项目都面临航程和转向的问题,但哈尔滨工业大学的液体膜可能是让潜艇像火箭一样在水下飞行的突破性技术。幸运的是,超音速潜艇的表现会比高超音速导弹的尝试要好。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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