1990年 ， 日 本 三 菱 重 工 建 造 的 一 艘 30米 长 ， 排 水 量 仅 有 150吨 的 小 船 在 神 户 船 厂 举 行 了 隆 重 的 下 水 仪 式 。 这 艘 名 为 “ 大 和 1号 ” 的 小 船 是 世 界 上 第 一 艘 利 用 超 导 磁 流 体 动 力 推 进 装 置 的 水 面 试 验 船 。 它 的 设 计 、 建 造 和 试 验 情 况 一 直 受 到 各 国 海 军 、 船 舶 科 研 人 员 和 船 舶 工 业 界 的 密 切 关 注 。 原 因 是 这 种 动 力 装 置 一 旦 用 于 潜 艇 ， 将 会 对 未 来 潜 艇 的 设 计 和 作 战 产 生 极 其 巨 大 的 影 响 。

基 本 原 理

磁 流 体 推 进 装 置 的 工 作 原 理 简 单 地 说 就 是 利 用 电 磁 线 圈 作 用 于 海 水 形 成 喷 射 推 进 。 当 海 水 流 过 推 进 器 时 ， 被 正 负 电 极 所 电 离 。 而 强 有 力 的 磁 场 对 带 电 荷 的 海 水 产 生 洛 伦 兹 力 ， 使 海 水 加 速 从 导 管 尾 部 喷 出 ， 其 反 作 用 力 就 推 动 了 舰 艇 前 进 。 从 理 论 上 讲 ， 磁 流 体 推 进 装 置 可 以 做 到 寂 静 无 声 ， 这 对 致 力 于 提 高 隐 身 性 能 的 潜 艇 来 说 ， 无 疑 具 有 极 大 的 吸 引 力 。 根 据 产 生 磁 场 的 不 同 方 式 ， 可 以 把 磁 流 体 推 进 装 置 分 为 交 流 磁 场 方 式 和 直 流 磁 场 方 式 ， 直 流 磁 场 方 式 由 于 推 进 效 率 高 ， 受 到 人 们 的 青 睐 。 根 据 磁 场 范 围 的 不 同 又 可 分 为 在 船 外 形 成 磁 场 的 外 部 磁 场 方 式 和 在 船 内 管 道 中 形 成 磁 场 的 内 部 磁 场 方 式 。

发 展 历 程
美 国 是 最 早 开 展 电 磁 推 进 研 究 的 国 家 ， 早 在 1961年 ， 美 国 的 赖 斯 就 获 得 了 电 磁 推 进 的 专 利 。 1968年 ， 美 国 加 州 大 学 的 斯 图 尔 特 · 韦 意 博 士 制 成 了 双 圆 筒 形 的 常 规 磁 流 体 动 力 装 置 ， 还 研 制 了 世 界 上 第 一 艘 模 型 试 验 船 FMS-1， 并 在 圣 芭 芭 拉 城 的 试 验 水 池 中 成 功 地 进 行 了 航 行 试 验 。 试 验 结 果 表 明 ： 使 用 普 通 线 圈 产 生 磁 场 的 磁 通 量 太 小 ， 要 形 成 足 够 的 推 力 ， 线 圈 或 磁 铁 的 重 量 就 很 大 。 因 此 电 磁 推 进 的 关 键 在 于 产 生 高 磁 场 密 度 ， 而 这 种 高 磁 场 密 度 是 无 法 从 普 通 线 圈 获 得 的 。 此 后 在 缩 小 磁 流 体 动 力 系 统 体 积 ， 提 高 功 率 以 达 到 实 用 化 方 面 的 研 究 一 直 进 展 缓 慢 。 直 到 70年 代 ， 由 于 超 导 研 究 取 得 很 大 的 进 展 ， 较 高 温 超 导 材 料 的 出 现 才 给 磁 流 体 动 力 推 进 带 来 了 光 明 的 前 景 。 使 用 超 导 线 圈 作 为 磁 流 体 动 力 推 进 装 置 的 电 磁 线 圈 时 ， 只 要 保 持 超 导 状 态 ， 线 圈 充 电 后 ， 电 流 就 在 线 圈 中 无 损 耗 地 循 环 流 动 ， 转 化 效 率 高 ， 能 够 形 成 几 乎 是 恒 定 的 强 磁 场 。 超 导 磁 流 体 推 进 系 统 是 一 项 极 具 研 究 价 值 而 又 高 风 险 的 高 科 技 项 目 。 目 前 ， 从 事 这 方 面 研 究 的 只 有 少 数 先 进 国 家 ， 居 领 先 地 位 的 是 日 本 。 70年 代 超 导 技 术 的 研 究 刚 刚 开 始 走 上 实 用 化 的 道 路 ， 日 本 神 户 商 船 大 学 和 日 本 川 崎 重 工 技 术 研 究 室 就 于 1976年 建 造 了 电 磁 推 进 船 模 SE MD－ 1， 船 模 上 装 有 小 型 超 导 线 圈 。 船 模 试 验 证 明 了 超 导 强 磁 场 在 电 磁 推 进 中 的 有 效 性 。 1979年 日 本 又 建 造 了 试 验 性 超 导 电 磁 推 进 船 模 ST-500， 通 过 船 模 试 验 积 累 了 大 量 的 试 验 数 据 。 1985年 6月 ， 日 本 造 船 振 兴 财 团 成 立 了 “ 超 导 电 磁 推 进 船 开 发 研 究 委 员 会 ” ， 由 日 本 造 船 工 业 基 金 会 资 助 4 000万 美 元 ， 着 手 建 造 世 界 上 第 一 艘 超 导 试 验 船 “ 大 和 1号 ” 。 1990年 该 船 下 水 并 进 行 了 海 试 ， 其 磁 通 量 为 4斯 特 拉 ， 航 速 为 8节 。 由 于 “ 大 和 1号 ” 的 推 进 效 率 和 速 度 等 方 面 还 不 尽 如 人 意 ， 日 本 造 船 振 兴 财 团 已 着 手 研 制 “ 大 和 2号 ” ， 目 标 是 20节 航 速 ， 推 进 效 率 比 “ 大 和 1号 ” 提 高 5%～ 10%， 使 用 液 氮 温 度 下 工 作 的 高 温 超 导 磁 体 。 另 外 在 1990年 ， 日 本 运 输 相 田 耕 平 原 宣 布 政 府 拨 款 430万 美 元 开 发 一 种 用 于 集 装 箱 船 的 超 导 磁 流 体 动 力 装 置 。 日 本 的 神 户 商 船 大 学 还 和 芬 兰 的 维 西 亚 公 司 合 作 ， 以 德 国 排 水 量 为 1 070吨 的 “ 波 利 亚 捷 ” 号 科 学 研 究 破 冰 船 为 蓝 本 ， 研 究 ST-400B大 型 电 磁 推 进 破 冰 船 。 美 国 直 到 90年 代 才 开 始 加 强 超 导 磁 流 体 推 进 的 研 究 工 作 。 目 前 由 国 防 高 级 研 究 计 划 局 出 资 ， 阿 尔 贡 国 家 实 验 室 和 阿 维 科 研 究 室 正 在 研 究 一 个 复 合 式 磁 流 体 推 进 装 置 ， 目 的 是 在 一 个 遥 控 潜 水 器 上 进 行 磁 流 体 推 进 验 证 ， 研 究 在 海 上 真 实 环 境 中 磁 流 体 推 进 装 置 的 声 学 、 磁 场 特 征 和 产 生 氢 气 的 气 泡 现 象 。 除 此 ， 阿 尔 贡 国 家 实 验 室 还 在 对 一 个 磁 通 量 为 6斯 特 拉 的 超 导 线 圈 进 行 改 造 ， 该 线 圈 原 用 于 研 究 新 能 源 ， 重 达 172吨 。 俄 罗 斯 在 开 发 超 导 磁 流 体 推 进 装 置 方 面 也 已 经 工 作 多 年 。 国 外 有 很 多 资 料 认 为 俄 罗 斯 已 经 拥 有 了 这 项 尖 端 技 术 。

突 出 优 点
初 步 研 究 表 明 ， 与 目 前 的 柴 电 潜 艇 和 核 潜 艇 上 的 动 力 推 进 装 置 相 比 ， 使 用 超 导 磁 流 体 推 进 装 置 优 点 十 分 明 显 ， 主 要 有 以 下 几 点 ： (1)可 极 大 地 提 高 潜 艇 的 安 静 性 。 这 是 研 制 超 导 磁 流 体 推 进 装 置 的 最 主 要 的 原 因 。 潜 艇 上 的 噪 声 来 源 主 要 有 机 械 噪 声 、 螺 旋 桨 噪 声 和 水 动 力 噪 声 。 由 于 取 消 了 螺 旋 桨 ， 则 螺 旋 桨 噪 声 不 复 存 在 ， 没 有 了 推 进 轴 和 减 速 齿 轮 ， 机 械 噪 声 得 到 极 大 的 降 低 ， 这 使 潜 艇 的 安 静 性 将 出 现 革 命 性 的 突 破 。 降 低 噪 声 ， 提 高 安 静 性 不 仅 能 显 著 降 低 敌 被 动 声 纳 的 作 用 ， 而 且 可 极 大 提 高 己 方 声 纳 的 探 测 距 离 ， 增 强 舰 艇 的 战 斗 力 。 取 消 螺 旋 桨 不 仅 消 除 了 螺 旋 桨 噪 声 ， 还 改 善 了 潜 艇 的 尾 流 ， 能 降 低 敌 尾 流 制 导 武 器 的 作 用 距 离 。 由 于 不 需 要 在 耐 压 壳 体 上 开 孔 安 装 螺 旋 桨 轴 ， 因 此 提 高 了 耐 压 壳 体 的 稳 定 性 ， 增 加 了 潜 艇 的 安 全 性 。 (2)潜 艇 的 布 置 有 较 大 的 灵 活 性 。 由 于 不 再 需 要 螺 旋 桨 、 桨 轴 与 动 力 源 、 减 速 齿 轮 之 间 的 刚 性 连 接 ， 推 进 系 统 的 部 件 可 以 放 在 任 意 方 便 的 位 置 ， 可 以 腾 出 更 多 宝 贵 空 间 来 提 高 有 效 载 荷 ， 或 在 相 同 的 有 效 载 荷 下 ， 缩 小 潜 艇 的 体 积 ， 对 于 潜 艇 来 说 ， 这 也 是 极 受 欢 迎 的 。 (3)可 以 提 高 机 动 性 和 生 存 能 力 。 改 变 电 极 电 源 的 极 性 ， 使 水 流 方 向 改 变 ， 就 可 以 获 得 相 反 的 推 力 ， 无 需 克 服 推 进 器 的 惯 性 ， 就 可 使 潜 艇 倒 退 航 行 。 没 有 螺 旋 桨 的 阻 力 ， 电 磁 力 直 接 转 化 为 推 进 力 ， 推 进 效 率 可 达 90%。 由 于 采 用 分 割 式 环 形 结 构 ， 当 某 一 部 分 受 损 ， 仍 可 使 潜 艇 继 续 航 行 。 紧 急 情 况 下 ， 可 利 用 贮 存 在 磁 铁 系 统 中 的 能 量 作 应 急 推 进 动 力 源 ， 使 潜 艇 获 得 5～ 8节 的 航 速 。

关 键 的 技 术 问 题
但 目 前 ， 磁 流 体 推 进 系 统 还 存 在 很 多 关 键 的 技 术 问 题 ： (1)电 极 会 使 水 电 解 产 生 氢 气 泡 ， 虽 然 很 快 就 溶 解 ， 但 会 产 生 轻 微 的 气 泡 航 迹 ， 气 泡 的 破 裂 也 是 一 种 噪 声 源 。 美 国 阿 维 科 实 验 室 正 在 研 究 不 产 生 气 体 的 电 极 、 搜 集 气 泡 、 研 究 采 用 原 理 上 不 引 起 海 水 电 解 的 交 流 磁 场 推 进 方 式 等 解 决 办 法 。 (2)根 据 要 求 ， 潜 艇 推 进 系 统 必 须 操 作 可 靠 ， 使 用 寿 命 长 ， 在 两 个 大 修 期 间 无 需 大 的 修 理 ， 连 续 工 作 寿 命 应 大 于 5年 。 但 磁 流 体 推 进 系 统 的 电 极 ， 持 续 暴 露 于 海 水 中 ， 腐 蚀 问 题 特 别 突 出 。 (3)磁 流 体 推 进 系 统 工 作 需 要 强 磁 场 ， 这 个 磁 场 应 当 屏 蔽 起 来 ， 防 止 敌 方 反 潜 巡 逻 机 磁 探 仪 的 探 测 。 但 屏 蔽 会 大 大 增 加 推 进 系 统 的 重 量 。 日 本 正 研 究 采 用 超 导 电 膜 覆 盖 超 导 线 圈 ， 利 用 超 导 体 不 通 过 任 何 磁 场 的 性 质 即 反 磁 性 来 屏 蔽 。 (4)超 导 磁 铁 的 体 积 很 大 ， 约 占 整 个 系 统 的 80%， 要 求 必 须 坚 固 可 靠 ， 适 合 潜 艇 作 战 环 境 ， 线 圈 、 低 温 系 统 、 连 结 管 道 必 须 有 很 强 的 战 斗 生 命 力 ， 这 在 工 程 设 计 和 建 造 上 有 很 多 复 杂 的 技 术 问 题 。 超 导 线 圈 的 固 定 也 是 个 问 题 。 线 圈 由 超 导 材 料 制 成 ， 在 温 度 降 低 时 要 求 每 个 部 件 均 匀 同 步 地 收 缩 。 形 成 超 导 电 磁 场 后 ， 应 绝 对 避 免 线 圈 的 移 动 。 线 圈 的 移 动 会 产 生 热 量 ， 导 致 温 度 上 升 ， 破 坏 超 导 ， 积 累 在 线 圈 中 的 热 量 会 释 放 出 来 ， 发 生 爆 炸 。 (5)系 统 效 率 有 待 提 高 。 由 于 海 水 加 热 、 电 解 等 引 起 的 能 量 损 耗 还 很 高 ， 使 得 目 前 磁 流 体 推 进 系 统 的 总 效 率 只 有 5％ 左 右 。 提 高 系 统 效 率 的 方 法 之 一 是 提 高 磁 铁 的 磁 通 量 。 “ 大 和 1号 ” 的 磁 通 量 为 4斯 特 拉 ， 航 速 8节 ， 工 作 效 率 低 于 4％ 。 据 计 算 ， 如 磁 通 量 增 加 到 8斯 特 拉 ， 系 统 的 效 率 可 提 高 到 30％ ， 航 速 提 高 到 16节 。 另 一 途 径 是 研 究 可 注 入 水 中 提 高 电 离 度 的 化 学 物 质 ， 水 的 电 离 度 越 深 ， 喷 出 的 水 流 越 强 ， 推 力 也 越 大 。 超 导 磁 流 体 推 进 系 统 将 使 潜 艇 完 全 摆 脱 传 统 的 螺 旋 桨 推 进 ， 从 根 本 上 改 变 潜 艇 推 进 的 概 念 。 它 将 带 来 潜 艇 的 一 次 新 的 革 命 ， 为 21世 纪 潜 艇 的 隐 身 性 作 出 重 大 贡 献 。 虽 然 目 前 超 导 磁 流 体 推 进 技 术 只 是 刚 刚 起 步 ， 要 真 正 应 用 于 潜 艇 还 有 很 长 的 路 要 走 ， 但 随 着 高 温 超 导 技 术 和 新 材 料 技 术 的 不 断 发 展 ， 它 将 不 断 地 得 到 成 熟 与 完 善 。