超空泡是一種奇特的物理現(xiàn)象，隨著水下物體運動速度的加快，其上所承受的水壓反而會減小，一旦水壓減小到一定程度時，與水下物體接觸的水就會汽化，形成空泡。通過一定的技術(shù)手段使“氣泡”把整個航行物包裹起來，形成一種“氣體外衣”，就可使物體始終航行在自己制造的超空泡內(nèi)部，從而最大限度地避免水的黏性阻力，實現(xiàn)高速航行。

超空泡 - 產(chǎn)生原因

潛艇、魚雷等水中兵器在水中跑不快是由于水的阻力作用，水的密度為空氣的800倍，所以，水阻力要比空氣阻力大800倍。這樣使得潛艇、魚雷等水中兵器在水中跑不快。但是，隨著魚雷等水下物體在水中運動速度的加快，其上所承受的水壓反而會減小，一旦水壓減小到一定程度時，與水下物體接觸的水就會汽化，形成空泡。[1]

如果利用一定的技術(shù)手段使“氣泡”把整個航行物包裹起來，形成一種“氣體外衣”，就可使物體始終航行在自己制造的超空泡內(nèi)部，從而最大限度地避免水的黏性阻力，實現(xiàn)高速航行。另外，超空泡現(xiàn)象不僅會使水的阻力大大降低，而且不會因氣泡爆裂而對水下物體表面產(chǎn)生沖擊。

超空泡 - 技術(shù)優(yōu)勢

超空泡是空泡的一種極端形式，空泡長度與物體的運動速度有關(guān)，物體能夠在自己產(chǎn)生的長氣泡內(nèi)部以最小的阻力高速前進。此后，美國海軍水下作戰(zhàn)中心發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，水中運動的物體的表面可實現(xiàn)“超空泡”。此時，水中物體運動的速度可達(dá)到50米/秒。如果采用合適的首部形狀，速度還可提高，甚至超過音速。他們設(shè)計了超空泡螺旋槳。超空泡螺旋槳的葉片表面完全被氣化的水分子所覆蓋，推進效率大大提高，葉片表面也不會受剝蝕。

“超空泡現(xiàn)象”的發(fā)現(xiàn)是一個重要發(fā)現(xiàn)。此后，美國海軍水下作戰(zhàn)中心對“超空泡現(xiàn)象”進行了試驗，發(fā)現(xiàn)在一定條件下，水中運動物體表面可實現(xiàn)“超空泡”，此時水中運動物體的速度可達(dá)到每秒50米，要是采用合適的首部形狀，速度還可提高，甚至超過音速。[1]

超空泡 - 技術(shù)應(yīng)用

“超空泡現(xiàn)象”的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，誕生了一代新概念武器—“超空泡武器”。世界上一些國家的科研人員在研究“超空泡”，進行“超空泡武器”試驗，出現(xiàn)了一批“超空泡武器”。

潛載高速魚雷

在20世紀(jì)90年代，俄羅斯科技人員研制成“暴風(fēng)”魚雷。這是一種潛載高速魚雷，它是前蘇聯(lián)海軍在歷經(jīng)10多年的秘密研究與發(fā)展之后，才得到成功的一種“超空泡武器”，于1997年裝備俄羅斯?jié)撏Р筷牎＿@是最早出現(xiàn)的“超空泡武器”。

超空泡炮彈

超空泡炮彈是一種即將采購的直升機載武器，利用它們可以消滅水面和近水面水雷。這種平頭炮彈是利用一種改型速射炮發(fā)射的，它被設(shè)計得能夠在空氣和水中平穩(wěn)航行，并且具有先進的目標(biāo)定位能力。超空泡炮彈技術(shù)下一步將發(fā)展利用自適應(yīng)高速水下彈藥(AHSUM，即超空泡“動能”炮彈)的全水下火炮系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝備在潛艇、水面艦或拖曳式反水雷器的水下船體內(nèi)，有流線型炮塔，通過聲納指揮。就像美國海軍通過雷達(dá)指揮的“密集陣”近程速射武器系統(tǒng)保護水面艦艇免遭反艦導(dǎo)彈攻擊一樣， AHSUM為艦艇可以構(gòu)筑起水下防線。

“幽靈”號艦船

2011年8月10日，美國朱麗葉艦船系統(tǒng)公司正式公開了之前被美海軍專利局保密管理的“幽靈”號艦船，并發(fā)布了“幽靈”號的照片，這是迄今為止世界上第一艘對外公布的采用超空泡原理設(shè)計的艦船。該艇采用超空泡技術(shù)，可在水面上高速航行——最高速可達(dá)97千米/小時，具備雷達(dá)波隱身性能，并可攜載魚雷。

其他

另外還有超空泡潛艇，超空泡快艇，超空泡反水雷射彈，超空泡鉆地炸彈。

超空泡 - 技術(shù)難點

實現(xiàn)超空泡武器最重要之處是必須有先進的控制系統(tǒng)和先進的推進系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)

先進的控制系統(tǒng)“風(fēng)雪”魚雷曾被認(rèn)為是不怎么精確的武器，因為它只能直航，但是未來的超空泡裝置是可以設(shè)計成在水中機動航行的。這可以通過利用諸如尾翼之類的穿穴控制面和推力矢量系統(tǒng)(發(fā)動機排氣的定向噴嘴)進行控制。但是在轉(zhuǎn)彎航行時必須小心，以使魚雷保持在氣穴之內(nèi)。研究人員還考慮，通過同時在兩個平面內(nèi)移動或轉(zhuǎn)動頭部空泡發(fā)生器來實現(xiàn)偏航和俯仰機動，以及利用鴨式翼進行控制。如果控制面能夠正確的協(xié)調(diào)，超空泡航行器就可能是高度靈巧的。

當(dāng)超空泡系統(tǒng)在低密度氣泡內(nèi)進行無支援運行時，后部常常撞擊氣穴內(nèi)墻，而從正常的水下航行過渡到超空泡狀態(tài)和再返回成原態(tài)，可以通過對部分氣穴進行人工通氣來實現(xiàn)，通過改變速度來保持和擴大氣穴。將氣體注入氣泡使之?dāng)U大并保持運動狀態(tài)，然后慢慢地減小其尺度以降低其速度，從而可以很容易地實現(xiàn)水下武器控制。

推進系統(tǒng)

先進的推進系統(tǒng)大多數(shù)現(xiàn)有的和預(yù)期的自主式超空泡航行器還必須依靠火箭發(fā)動機產(chǎn)生所需的推力。但是常規(guī)火箭必然伴生某些嚴(yán)重的缺陷：航程有限和當(dāng)深度增加時推力隨著壓力的增加而下降。前者應(yīng)以一種高能量密度動力裝置技術(shù)來解決;后者可利用專門的超空泡推進螺旋槳技術(shù)來加以防止。

達(dá)到超空泡速度需要很大的能量，為實現(xiàn)火箭的最大航程必須燃燒有最大比推力的高密度燃料。在對多種動力裝置進行比較之后，俄羅斯專家的結(jié)論是：“ 只有燃燒金屬燃料(鋁、錳或鋰)，并利用海水作為氧化劑與燃燒生成物的冷卻劑的高效燃?xì)廨啓C或噴氣推進系統(tǒng)，才是推進超空泡航行器實現(xiàn)最高速度的最佳途徑。據(jù)悉，賓夕法尼亞大學(xué)應(yīng)用研究實驗室正在運行一種燃燒鋁的“水沖壓” 系統(tǒng)，它是海軍水面艦艇的一種輔助動力裝置。超空泡推進螺旋槳技術(shù)試驗表明，與火箭相比較，螺旋槳葉提供的潛在推力要高20%。

超空泡 - 技術(shù)前景

世界各國對超空泡研究的內(nèi)容都很廣泛。超空泡武器能夠用于對付水雷、自導(dǎo)魚雷、小型船舶、高速反艦導(dǎo)彈，甚至低空飛行的飛機和直升機，預(yù)計利用超空泡技術(shù)，還可能研制出小型超高速水面艦艇、能使整個航母戰(zhàn)斗群失效的水下核導(dǎo)彈、以及用于潛艇戰(zhàn)的中程無制導(dǎo)摧毀性武器，因此專家認(rèn)為，這些超空泡系統(tǒng)可能會大大改變海上作戰(zhàn)模式。

在某些海軍專家的描述中，大型隱身潛艇之間“貓抓老鼠”的對抗有點像空戰(zhàn)，小型、近程的“水下戰(zhàn)斗機”從巨大的“水下航母”起飛，彼此利用高速“ 水下子彈”進行射擊;而超空泡武器更可能是對抗導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的“撒手锏”— ——安裝核彈頭的遠(yuǎn)程多級超空泡魚雷和導(dǎo)彈，能夠在海洋水下快速航行數(shù)十海里接近目標(biāo)，而空基或天基的任何防御手段對它們都無可奈何。