現象的產生
潛艇、魚雷等水中兵器在水中跑不快是由於水的阻力作用。水的密度為空氣的800倍,所以,水的阻力要比空氣阻力大800倍。
在水體中運動的物體,其速度快時所承受的水壓力會減小。當水壓力減小到與水蒸氣壓力相等時,水就會氣化成空泡。空泡的產生不但會改變水的流動形態,降低螺旋槳、水泵、噴水推進器的推進效率,還會降低航速。同時,空泡在氣壓高的地方會爆裂,產生強烈衝擊。空泡的長期作用還會使金屬表面出現凹坑,金屬體受剝蝕,影響其使用壽命。
20世紀60年代,蘇聯科學家發現,運動物體的速度提高到一定程度時,物體表面會被一層氣泡所包圍,即產生“超空泡現象”。此時,水的阻力會大大降低,氣泡也不會因為爆裂而對運動物體表面產生衝擊。
超空泡就是空泡的一種極端存在形式。空泡長度與物體的運動速度有關,物體能夠在自己產生的長氣泡內部以最小的阻力高速前進。此後,美國海軍水下作戰中心發現,在一定條件下,水中運動的物體的表面可實現“超空泡”。此時,水中物體運動的速度可達到50米/秒。如果採用合適的首部形狀,速度還可提高,甚至超過音速。他們設計了超空泡螺旋槳。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。
軍事套用
超空泡現象的發現和套用,於是就誕生了一代新概念武器——超空泡武器。
“暴風”魚雷是一種潛載高速魚雷,是蘇聯海軍研製成功的一種超空泡武器。
“暴風”魚雷頭部裝有空泡發生器。空泡發生器產生局部氣泡,然後由通氣管向局部氣泡注入氣體,使之膨脹成為超空泡。“暴風”魚雷長8.23米,直徑533毫米,質量2600千克,航速200節,航程15000米,最大潛入深度4