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万花飞落

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空泡打造船幽灵  

2013-05-29 19:56:26|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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时速200千米的潜艇?
目前,世界上最快的潜艇——美国海军潜艇,速度也就是时速55千米,然而美国还不满足,正打算打造一艘时速达200多千米的潜艇!这个速度超过了一般小轿车的速度!想想这么快的潜艇在水下穿梭,那真是幽灵一般,水对于它来说,好像就如空气一般是无形的。
但水不可能是无形的,下过水池的人都知道,在地面上可以快速跑动,到了水中,前进一步都很难,因为水就像水墙一般阻碍物体的运动,地面上的短跑运动员到了水中,一秒钟跑一米都不容易。难怪水中的物体运动起来都是慢镜头的。
其实哪个国家都希望自己的潜艇更快,但无奈快不了,目前55千米的时速已经是极限了吧?如今想制造比最快潜艇快4倍速度的潜艇?谈何容易,只是一种雄心壮志吧?

水流的奇妙空泡现象
不管是空气还是水,这些流动的物质被科学家叫做“流体”,流体的流动表现很有意思。例如快速流动的空气流经过时,空气流的周围就会出现真空,这就是为什么大风经过时,容易把屋顶给掀了,火车快速经过时,产生的气流会对附近的人有一种吸引力,所以人要站在大约1米的安全线之外等车,否则就会被气流拖入而进入车轮下。
水的流动也是会让周围产生真空,如果水中的物体,例如一个小球速度由小变大的时候,它经过时,带动水流的流动,产生的真空也越来越大,当达到一定的高速度后,小球后面的水流产生的真空比3%个大气压还小的时候,25℃下的水就会快速蒸发,变成蒸汽,其实就是25℃的水在3%大气压下的真空中沸腾了,从而产生大量的水蒸汽,这些水蒸汽就会包围在小球的周围,形成一层气层包围着小球,除了小球最前端的“鼻子尖”接触水之外,其他部位都与气体接触,避免了水的强大摩擦,于是这时的小球快速在水中穿行反而变得省力了,要想再继续增大速度,也不需要很费力,这时的小球就像是在空气中飞行一样,对于小球来说,水真的像是不存在了。流体专家把这叫做水的“空泡”现象,其实这种现象经常出现,例如快速转动的涡轮抽水机或轮船的螺旋桨周围就会产生很多气泡,快速流动的水流在水管直角拐弯的地方也会出现气泡。

用空泡打造潜艇幽灵
水的空泡现象给相关专家很大的启示,其他物体,包括鱼雷、潜水艇在水中的运动也同样会遇到类似小球的情况。这让制造鱼雷和潜艇的专家都很高兴,这意味着,鱼雷或潜艇如果速度超过一定速度后,所需要的能量反而会大大减少,之后再给潜艇加速就很容易了。
于是,自从1960年开始,苏联就在进行“暴风”计划,研制超高速鱼雷和水下火箭,到1972年,研制成功的鱼雷速度达到了传统鱼雷的5倍!2004年,德国研制成功的空泡鱼雷达到了时速400千米!
根据前人的研究经验,美国看到了空泡现象的潜力,于是2005年开始,美国的“水下快线”计划开始,目标是利用空泡现象研制超高速空泡潜艇,潜艇速度至少要达到100节以上,也就是大约200千米的时速,美国海军想用这种潜艇来快速运输紧急用品或人员。2009年的时候,一个1/4大小的模型开始进行测试,并进行技术上和工程上的调试,计划在紧锣密鼓地进行着,相信不久,一艘大约30米长的水下潜艇幽灵就会出现。

诱人的船幽灵
其实,研制船幽灵的人很多,前不久,美国新罕布什尔州的一家公司对外宣布了刚刚研制成功的船幽灵,不过这艘船幽灵不是完全在水下穿行,它看上去像是一艘普通舰船,但它还有水下的部分,水下的部分是两个鱼雷形状的发动机并排排列,尖端对着前进的方向。船舱或船体就是架在这两个“鱼雷”上的,整个船看上去像一只巨大的蜘蛛。架船体的支架角度可以调整,能够在大浪淘天的时候,把船体架高一点。
把这蜘蛛样子的船放入海洋中,两个发动机和架子都在水下,而船体却在水面上。行驶的时候,开始就要让发动机达到最快的速度,因为鱼雷发动机速度必须超过一定速度才会导致水中产生空泡,之后飞驰起来就轻松,且节省燃油了。鱼雷发动机和支架表面采用的能够吸附气体的材料覆盖,当水产生大量水蒸气的时候,气体就会附着在发动机和支架表面,形成一层气层,同时发动机喷出的气体也可以补充到空泡中,于是鱼雷发动机那真是鱼贯而行,带动上面的船体以180千米/小时的速度快速飞驰。
这真是一种新概念的飞艇。当然现实中也有完全飘在水面飞驰的飞艇,但这样的飞艇一般都很小,飞驰起来颠簸非常厉害,耗费的能量还很多,因为它需要一定的上托的力把自己托在水面上。但空泡船幽灵却可以造得很大,装军火弹药都可以,同时它不需要能量来提供浮力,靠的是水的浮力,速度却是飞艇般的速度!
看来,空泡现象打造的形形色色的船幽灵将不断上演,人们借助空泡现象既节省了能源,又大大提高了速度,流体的性质真是奇妙啊。

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