这一新技术由哈工大复合流动与热能转换实验室(Complex Flow and Heat Transfer Lab)的科学家带头研发。李凤臣,流体机械及工程研究所教授、博士生导师表示,他们团队的创新做法意味着他们可能创造快速水下航行所需的复杂的空气“泡”,他说:“我们为(这一技术的)潜力感到非常兴奋。”
当一个坚固的物体在水中运动时,微小的空气泡会形成一个能够包裹物体本身大部分的大气泡,这种现象被称作超空泡,在泡膜的包裹中,将大大提高物体在水中的运行速度。
相比空气,水产生更大的摩擦或者说“拖拽力”,这意味着常规潜艇可能永远也无法像天上的飞机一样快速。然而,在冷战期间(Cold War),苏联军方开发了超空泡技术,用以缓解水的阻力,名叫Shakval的苏联超空泡鱼类则能达到370公里/小时以上的速度 – 比起其它任何传统鱼类都要快得多。
对比美国海军的俄亥俄级核动力潜艇(Ohio-Class),这一最重要的战略武器每小时至多航行29英里(或46公里/小时),这种快速潜艇或许将会成为潜水兵械中的超级跑车。根据报道,数十年来,超空泡技术一直是美国、德国、伊朗和俄罗斯的兵工研究重点领域(主要是超空泡鱼雷),但目前为止它们还尚不能解决其中许多复杂的技术问题。
根据加州理工学院(California Institute of Technology)一份发表于2001年的报告,理论上讲,超空泡航行的船舶可以在水下超声速,或约5800公里/小时,浙江会把跨大西洋的水下巡航时间减少到不到1个小时 – 约100分钟。
然而,超空泡技术也面临着两大问题。
首先,如果不是不可能,也一定是非常困难的 – 即用诸如舵等常规机构引导航向,因为物体在气泡的内部而不会与水直接接触,北京理工大学流体力学实验实验室(Fluid Mechanics Laboratory of Beijing Institute of Technology)主任王国玉指出:“气泡的大小难以控制,而这样的船只也几乎无法控制。”如果以如此快的速度行驶在水中,那么鳍板和水平舵触碰到水后可能折断,因为水的密度更大一些;此外,浸没的船体需要创造超空泡发生的条件,至少要持续推进到62英里/小时(或100公里/小时)的时速以产生并维持气泡 – 这本身也会是一个挑战。
综以上结论,这一技术的应用一直被限制在无人器械上,比如鱼类,但几乎所有应用此类技术的鱼类都以直线发射,因为它们转向的能力有限。
目前有研究人员表示,他们将采用人造液膜的手段来解决这两个问题。李凤臣谈到他们的创新之处时说,一旦进入水中,船体会不断的“沐浴”特殊的液体在自身表面形成薄膜,虽然薄膜可能会被水流冲损,但在此期间它可能显著减少水作用在低速船体上的阻力。然后,当船体的速度达到75公里/小时或者更快时,将进入超空泡状态。此时船体表面的人造淋膜将会帮助精确操舵,因为这一技术能够为船体表面分配不同级别的摩擦力。
李凤臣说:“与矢量推进(Vector Propulsion)或发动机产生的推力等等其它任何方法不同,我们通过液体膜超空泡技术可以显著减少启动所面临的困难并使得巡航控制变得更容易,”但他还强调,在海底超音速航行变得可行之前,还有许多问题亟待解决。除了控制的问题,还准备开发一种强大的水下火箭发动机(Rocket Engine),这会使得武器的射程更远,有效射程将超过俄罗斯的空泡鱼雷(仅为11至15公里)。
李凤臣表示,超空泡技术并不仅限于军事用途,在将来,还有可能被民用水下运输或者游泳运动等所利用,他说如果泳衣在水中可以制造并保持许多微小气泡,便可以显著减少水的阻力,游泳者可以像在天空飞翔那样毫不费力的水中畅游。
尽管世界各地许多科学家都在从事着类似的科研项目,但最新的进展还并不为外界所知,因为这些内容被视为军事机密。王先生是中国造船暨机工程师学会(China Society of Naval Architects and Marine Engineers)水中武器委员会成员,他并不看好超空泡技术在中国的未来,但他说:“主要动力在于军方,因此大多数研究项目处于保密状态。”
如此,一语双关:我们“屏息”等待最新的消息。