美國海軍想率先為核潛艇安裝劃時代的磁流體推進器，進一步擴大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢。

目前，美國海軍“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇“蒙大拿”號正在康涅狄格州格羅頓的通用動力電船公司接受改裝，該潛艇將會安裝磁流體推進器。報道稱，這種“史上最安靜的推進系統(tǒng)”將讓美國核潛艇的噪聲水平降低到難以察覺的地步，“進一步擴大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢”。

準備下水的美國“弗吉尼亞”級核潛艇，該潛艇目前采用泵噴推進器。

劃時代的推進技術(shù)

船舶推進器是進行能量轉(zhuǎn)化把主機產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為船舶前進動力的重要裝置，一直以來科學(xué)界都十分注重提高船舶推進器尤其是潛艇推進器的效能。現(xiàn)代船舶大部分采用螺旋槳推進器，隨著科技的發(fā)展，一些新的推進方式也應(yīng)運而生，其中就包括磁流體推進技術(shù)。

磁流體推進技術(shù)就是將海水作為導(dǎo)電體（海水中存在大量鹽類），通過在艦艇上貫通海水的通道內(nèi)建立起磁場，對導(dǎo)電的海水產(chǎn)生電磁力，使海水在通道內(nèi)向艦艇艉部高速流動，其反作用力推動艦艇運動。根據(jù)產(chǎn)生磁場的不同方式，可以把磁流體推進裝置分為交流磁場方式和直流磁場方式，直流磁場方式采用的是直流磁體,交流磁場方式采用的是交流磁體。目前交流磁場推進方式的研究還處于原理性探討和模擬試驗階段，更容易取得進展的是直流磁場推進方式。

美國是最早開展電磁推進研究的國家，早在1961年，美國的賴斯就獲得了電磁推進的專利。1968年，美國加州大學(xué)研制了世界上第一艘模型試驗船F(xiàn)MS-1，并在圣芭芭拉城的試驗水池中成功地進行了航行試驗。試驗結(jié)果表明:使用普通線圈產(chǎn)生磁場的磁通量太小，要形成足夠的推力，線圈或磁鐵的重量就很大。因此電磁推進的關(guān)鍵在于產(chǎn)生高磁場密度，而這種高磁場密度是無法從普通線圈獲得的。

此后在縮小磁流體動力系統(tǒng)體積，提高功率以達到實用化方面的研究一直進展緩慢。到了70年代，超導(dǎo)研究取得很大進展，高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)才給磁流體動力推進帶來了新的發(fā)展前景。使用超導(dǎo)線圈作為磁流體動力推進裝置的電磁線圈時，只要保持超導(dǎo)狀態(tài)，線圈充電后，電流就在線圈中無損耗地循環(huán)流動，轉(zhuǎn)化效率高，能夠形成幾乎是恒定的強磁場。從90年代開始美國加強了超導(dǎo)磁流體推進的研究工作，美軍在這方面投入巨資，目的是將超導(dǎo)磁流體推進應(yīng)用于潛艇。

日本也很早就開始了關(guān)于超導(dǎo)磁流體推進技術(shù)的研究，并于1992年成功試驗了世界上第一艘磁流體推進試驗船“大和1號”，這艘船長30米、寬18米、滿載排水量185噸，使用的磁流體推進器的磁場強度約4特斯拉，轉(zhuǎn)換效率約為30%，航速為6.6節(jié)。后來有消息稱，由于“大和1號”的推進效率和速度等方面不盡如人意，日本造船振興財團又開始籌劃研制“大和2號”，目標是20節(jié)航速，推進效率比“大和1號”提高5%-10%，使用液氮溫度下工作的高溫超導(dǎo)磁體。

采用磁流體推進器的日本“大和1”號試驗船。

靜音潛艇的重要方向

此次報道中提到的磁流體推進項目由美國國防高級研究計劃局（DARPA）主導(dǎo)開發(fā)，直到2023年才首次對外披露。報道稱，推進器的進水口安裝在潛艇艇艏，類似于魚雷發(fā)射管，但尺寸更大，與潛射彈道導(dǎo)彈的直徑相當。如果“蒙大拿”號進行的相關(guān)試驗取得成功，未來新建的“弗吉尼亞”級和未來的SSN（X）型攻擊核潛艇都將采用這種裝置。可以預(yù)見的是，如果該項目取得成功，那么對美國水下戰(zhàn)力的提高將產(chǎn)生重大意義。

相比于傳統(tǒng)推進方式，磁流體推進裝置優(yōu)勢十分明顯。首先磁流體推進可極大地提高潛艇的安靜性，而這也是研制超導(dǎo)磁流體推進裝置的最主要的原因。潛艇的噪聲來源主要有機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲。由于取消了螺旋槳，螺旋槳噪聲不復(fù)存在，沒有了推進軸和減速齒輪，機械噪聲將得到極大地降低，這將使?jié)撏У陌察o性技術(shù)出現(xiàn)革命性的突破。降低噪聲，提高安靜性不僅能顯著降低敵被動聲吶的作用，還可提高己方聲吶的探測距離，增強艦艇的戰(zhàn)斗力。同時取消螺旋槳不僅消除了螺旋槳噪聲，還改善了潛艇的尾流，能降低敵尾流制導(dǎo)武器的作用距離。再加上由于不需要在耐壓殼體上開孔安裝螺旋槳軸，因此提高了耐壓殼體的穩(wěn)定性，有助提升潛艇的安全性。

其次，磁流體推進讓潛艇的布置有較大的靈活性。由于不再需要螺旋槳、槳軸與動力源、減速齒輪之間的剛性連接，推進系統(tǒng)的部件可以放在任意方便的位置，可以騰出更多寶貴空間來提高有效載荷，或在相同的有效載荷下，縮小潛艇的體積。

另外磁流體推進有利于提高潛艇的機動性和生存能力。改變電極電源的極性,使水流方向改變,就可以獲得相反的推力，無需克服推進器的慣性，就可使?jié)撏У雇撕叫小Ｓ捎诓捎梅指钍江h(huán)形結(jié)構(gòu)，當某一部分受損,仍可使?jié)撏Ю^續(xù)航行。緊急情況下，還可利用貯存在磁鐵系統(tǒng)中的能量作應(yīng)急推進動力源，使?jié)撏Й@得5-8節(jié)的航速。

“弗吉尼亞”級核潛艇是目前美國海軍水下力量的核心。

不過也應(yīng)該看到的是，雖然美媒稱磁流體推進器將使對手探測美國核潛艇的主要手段——被動聲吶失效，“美國核潛艇將進一步擴大其在水下領(lǐng)域的優(yōu)勢”，但磁流體推進器要做到真正的實用化還是有不少關(guān)卡要過。

一方面磁流體推進系統(tǒng)作為艦船整體的一部分，必須具有功率密度高、重量小、耐風(fēng)浪、耐沖擊、耐振動、耐用和極少需要維修的特點。同時這還要求磁流體推進器不但要具有可接受的推進效率，還要穩(wěn)定可靠且不會產(chǎn)生較大的負面影響（如海洋環(huán)境污染）。

另一方面，海水在被施加電場時將會在陰極發(fā)生電解產(chǎn)生氫氣形成氣泡，這是無法避免的，氣泡的破裂和振蕩會引起噪聲，而氣泡隨海水從噴口噴出又會產(chǎn)生痕跡，影響到船舶的航行隱蔽性。噪聲和航跡與氣泡的數(shù)量及尺寸有關(guān)，研究表明，在電流密度不高的情況下，氣泡的半徑一般不會超過10微米，如果再考慮氣泡在運動中的破碎，則其半徑會小于10微米，并減少生成數(shù)量，這樣小尺寸的氣泡以及由氣泡引起的噪聲對船舶航行隱蔽性產(chǎn)生的負面影響幾乎可以忽略不計。但隨著電流密度的提高，氣泡的危害性又會相應(yīng)顯現(xiàn)出來。所以，就提高船舶航行的隱蔽性而言，應(yīng)采用較小的電流密度，但如此又會導(dǎo)致電磁力及推力下降，為了解決該問題，只能提高磁場，所以推進器最好采用高場超導(dǎo)磁體。

隨著高場超導(dǎo)磁體的應(yīng)用，漏磁就會成為需要重點關(guān)注的又一問題。漏磁的危害性在于其不僅會影響船內(nèi)儀表的正常工作，還會吸引海水中的鐵磁物質(zhì)，由此可能導(dǎo)致通道面積縮小，流動阻力增大，從而降低推進器的推力和效率。此外，漏磁在船體外散布，還容易被敵方探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)，從而影響潛艇的航行隱蔽性。因此磁流體推進系統(tǒng)需要做好屏蔽工作，但屏蔽又會大大增加推進系統(tǒng)的重量，其中的矛盾需要做出合理的權(quán)衡。不管如何，美軍在磁流體推進技術(shù)方面的進展還是值得跟蹤研究的。