美國新一代潛艇推進系統進展飛快,連高超聲速導彈都追不上

穿過大海來摸魚 2024-04-10 02:15:33

據海軍新聞網4月1日報道,美國海軍首次在弗吉尼亞級潛艇上安裝了一種新型推進裝置——磁流體動力驅動器(MHD)。這有望使潛艇幾乎無法被發現。

在經典電影《追捕紅色十月》中,蘇聯大型台風級潛艇經過改裝磁流體動力變得悄無聲息。磁流體動力驅動是一種僅使用沒有運動部件的電場和磁場來推進物體的方法,用磁流體動力加速導電推進劑(液體或氣體),流體被引導到後方,物體向前加速。由于幾乎沒有運動部件,因此比現有的推進系統安靜得多。

磁流體動力的研究始于1937年哈特曼對水銀(導電流體)在磁場中的流動的研究,磁流體又稱磁液或鐵流體,由大量的磁性微納米顆粒懸浮在水中或油中形成,是一種對磁場敏感的、可流動的、固液相混的膠狀液體。磁流體常常以Fe、Ni、Co等作爲磁性顆粒;以水、有機溶劑、油等作爲基液;並通過油酸等作爲活性劑,阻止磁性顆粒聚成一團。

磁流體內的顆粒尺寸非常小,只有3-15納米,所以在沒有外加磁場的情況下,受布朗運動的影響,它們始終能夠保持懸浮而不聚沉。但只要磁場一出現,這些磁納米顆粒就會拖拽著周圍的液體,使它們向磁性強的一端移動,同時長出許多指向磁場方向的“尖刺”。由于具有液體的流動性和固體磁性材料的磁性,磁流體呈現出許多特殊的磁、光、電現象。這些現象在光調制、光開關、光隔離的傳感器等領域有著重要的作用。利用磁流體特性的磁流體分選法也在固體廢物的處理和利用中起著重要作用。

利用磁流體的特性發電發電效率還有望進一步提高到60%以上,而現在的普通的火力發電燃燒燃料釋放的能量中只有20%變成了電能,這一對比夠誘人了吧!據理論計算磁流體推進器(Magnetohydrodynamic Drive,MHD)其航速可達150節,而這是任何機械轉動類推進器不可能實現的。

對于潛艇來說,磁流體動力還有一個最大地優勢——安靜!磁流體推進器依靠電力驅動,完全沒有活動部件,從根本上消除了因機械轉動而産生的振動和噪音,比泵噴推進器的效果更好,因此也被視爲“理想的潛艇推進系統”。

自1960年代以來,學術界、商業界和軍事研究人員一直在嘗試實現一種新型的水下推進技術,該技術不涉及移動部件,沒有螺旋槳、沒有驅動軸、沒有密封件,只有磁鐵和電流,可以無聲地推動艦船和潛艇。

盡管磁流體動力前景光明,但是該技術幾十年以來一直被兩個問題困擾,第一個挑戰是無法産生足夠強大的磁場來驅動高效泵。第二個是缺乏能夠承受磁場、電流和鹽水相互作用引起的腐蝕、水解和侵蝕的電極材料。

爲了應對材料挑戰,DARPA推出了水下磁流體動力泵原理(Principles of Undersea Magnetohydrodynamic Pumps,PUMP)項目,該項目旨在創造適用于具有重要軍事意義的MHD驅動器的新型電極材料。該項目將組裝和驗證多物理場建模和仿真工具,包括用于小規模尺寸MHD設計的流體動力學、電化學和磁學。該項目的目標是確定電極材料系統並制作大規模尺寸的MHD驅動器原型。

超導磁體的磁流體推進器實物

解決磁流體推進器效率低的關鍵措施,就是提高推進器的磁通密度,産生更強的磁場。超導磁體能夠産生更強磁場的主要原因是因爲制作磁體的線圈材料是完全導電的,在線圈通電勵磁後,電流毫無衰減地在其閉合的回路內流動,並獲得穩定的“永久磁場”。由于磁場中沒有磁飽和的限制,加之線圈沒有電阻,也就不存在通過強大電流時産生的焦耳熱損耗。因此,線圈的電流密度理論上可以做的極大,磁場就可以得到極強。

目前磁流體動力最成功的例子是1992年“Yamato-1”號,1992年,日本研制出世界上第一艘正式的全尺寸磁流體推進試驗船“大和一號”,它采用由液氦冷卻超導體驅動的磁流體動力驅動器(MHDD) ,第一次試驗就實現了 15 公裏/小時(8節)的速度行駛。在磁場爲2T時船速達到5.3節,效率約爲30%,使磁流體推進器步入“新時代”。(注:文中“T”爲特斯拉,1節=1.852公裏/小時)

DARPA國防科學辦公室PUMP項目經理Susan Swithenbank曾經表示“在過去的幾年裏,核聚變工業在稀土氧化鋇銅(REBCO)磁體方面取得了進展,這些磁體可以産生高達20特斯拉的大規模磁場,可能在磁流體動力驅動中産生90%的效率,這是值得追求的。既然高磁場産生的玻璃天花板已經被打破,PUMP旨在實現突破以解決電極材料的挑戰。”這也就意味著老美很可能解決了磁流體的材料問題。

據他的介紹PUMP將采用不同的方法來減少水解和侵蝕的影響。電流、磁場和鹽水相互作用時的一個主要問題是電極表面上氣泡的形成。氣泡會降低效率,並可能使電極表面塌陷和腐蝕。

“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇“蒙大拿”號

美帝在這個項目上的動作是很快的,和其他拖沓的海軍項目完全不是一個紀元,去年五月首次被披露,經過立項招標後,不到一年就拿核潛艇開膛破肚進行驗證,這效率讓其他單位看了汗顔!

作爲美利堅“三位一體”重要基石的潛艇力量可以說優先級甚至還在航母前面,美國爲核潛艇配備磁流體推進器,是五角大樓追求水下艦隊絕對技術優勢的典型標志,美國在冷戰末期研制的“海狼”級攻擊核潛艇意圖在大洋深處對抗當時蘇聯現有與未來核潛艇,爲此不惜代價地強化其水下性能,堆砌了當時所有的減噪措施,爲了容納噪音等級更低的自然循環壓水反應堆,還將其艇體直徑增加到13米,最終“海狼”級的整體性能遠超前一代“洛杉矶”級攻擊核潛艇,尤其是前者的噪音水平僅有90-100分貝,號稱“以25節航行時産生的噪音比停靠在碼頭的‘洛杉矶’級還要低”。

海狼級康涅狄格號

兄弟們,還記得鷹醬那艘在南海撞頭的核潛艇不,網傳失聯是否真實

海浪級核潛艇南海碰撞殷鑒不遠,日本兩艘軍艦又在自家門口相撞

但是狂拽酷炫吊炸天的“海狼”只建造了三艘,隨著紅色帝國的轟然倒塌,美海軍在“由海向陸”思想的引領下果斷就吞金巨獸拉下了馬,整了個“經濟適用型”,即性能較差但更便宜、偏重瀕海多用途作戰的的弗吉尼亞級核潛艇,​爲了節省建造費用,後者的艇體直徑減少到11米,排水量降低到7700噸,遠小于“海狼”級的9100噸,其反潛作戰的主要性能指標也都多有倒退。在整體設計上,弗吉尼亞級更傾向于對地攻擊和特種作戰,大國海戰嘛,反正老美海軍前二十年都在摸魚,也不差這一個!

宏大的造艦計劃,尴尬的海軍現狀,美海軍要進行新一輪擴張

進入新時期,海軍還想摸魚擺爛明顯不可能,在此背景下,美國海軍還在加速研制新一代攻擊核潛艇。《海軍新聞》介紹稱,SSN(X)型攻擊核潛艇的設計思路將回到爭奪大洋控制權,恢複“海狼”級攻擊核潛艇的13米大直徑艇體,突出高航速、大潛深、低噪音和多武器載荷的特點,並將配備高超音速導彈。預計這種攻擊核潛艇將在21世紀30年代中期開始服役。

美國高超聲速武器項目轉變風向,piao到挂壁的主管送出致命一擊

按照這個時間表,老美下一代潛艇工程必須在近幾年內解決新一代推進系統和高超聲速導彈兩個“痛點”,推進系統已經上了板,那麽高超呢?

美海軍于2019年就啓動了CPS計劃-常規快速打擊系統,美國海軍戰略系統項目主任約翰尼·沃爾夫中將最近在國會接受質詢時透露,美國海軍計劃在印第安納州克萊恩的海軍水面作戰中心專門爲潛射高超音速導彈建造配套的測試設施。該設施旨在推進高超音速導彈的水下試驗,“這是將高超音速導彈集成到下一代核潛艇中的重要一步”。

現在海軍和陸軍的高超項目是綁在一起的,兩家通力合作整出了一個“暗鷹”項目,按照美軍的計劃,“暗鷹”本應在2023年完成試射,進而快速部署到位,可相關日程表一推再推,全面實彈發射實驗始終沒能進行。而且這款高超音速導彈的單價竟然達到了4100萬美元,比美國海軍的三叉戟IID5潛射核導彈的單價還要高出1000萬美元。2023年美國曾前後計劃三次進行導彈試射,但試射每次都在開始之前被取消,美國陸軍則拒絕對此事做出正面回應。美媒在去年12月發布了報道,稱暗鷹系統發射裝置存在明顯問題,美國用了一年時間都沒解決這個問題,近幾天才宣布將進行新的測試,所以暗鷹到底什麽時候才能夠形成戰鬥力,美國自己也不清楚。

暗鷹

美軍現有的高超音速導彈就沒有一個進展順利的,唯一成功試射過的AGM-183A空射高超音速導彈也已經下馬了。美國國會研究服務處(CRS)最近的一份報告稱,“陸軍正在與海軍密切合作開發LRHW(遠程高超聲速武器)”。“LRHW由通用高超聲速滑翔體(C-HGB)和海軍34.5英寸助推器組成。”美國預計在2025年左右,把高超音速導彈部署在朱姆沃爾特級驅逐艦上。在2030年後,要把高超音速導彈直接列裝在弗吉尼亞級核潛艇平台上。

超靜音的核潛艇搭配高超聲速導彈,看起來簡直就是絕配,但是目前陸上試驗都沒搞定,上海上平台鬼知道要等到什麽時候去,有專家分析,美國在高超項目上接連吃癟可能是因爲其無法把控彈體在高速飛行中造成的高溫燒蝕和黑障狀態下的信號控制問題,現在終于想起來建一個實驗場地,趕不趕得上潛艇的進度就看哪個部門更拉胯了,按照美帝的傳統,窮啥不能窮潛艇,航母工期都能拖到天荒地老,但水下殺手很少跳票,所以老美的新潛艇繼續裝一段時間的“戰斧”討活估計是大概率的事!

0 阅读:1070
评论列表
  • 2024-04-10 15:37

    真能吹

  • 2024-04-10 20:50

    文科生真敢寫!

  • 2024-04-10 15:12

    鷹醬負責畫餅,兔子負責實現,鷹醬謝謝啊[笑著哭][笑著哭][笑著哭][笑著哭][笑著哭]

  • 2024-04-10 16:14

    老美說胡話了

  • 2024-04-11 11:46

    關鍵是150節它是來上火星的嗎,吹得天花亂墜,舔狗1個

穿過大海來摸魚

簡介:分享有趣的東西,開心一下