超空泡(supercavitation[1])是水下高速运动时产生的一种物理现象。当物体在水下运动时,随着物体速度的增加,液体内部局部压力不断降低,如果物体速度增大到某一点,液体内部局部压力就低于饱和蒸汽压,此时,液体或固体与液体的交界面上会形成蒸汽或气体的气泡,这一过程叫做空化,形成的气泡就是空泡。一定条件下形成的完全或几乎完全包围运动物体的空泡就是超空泡。[2]
二战期间,德国最早进行超空泡及其应用于水下武器的理论与试验研究。前苏联的乌克兰流体力学研究所于1960年就开始研制超空泡武器,于20世纪70年代中期研制成功“暴风”鱼雷。[2]德国在20世纪80年代提出了改型超空泡射弹 水雷项目。在20世纪80年代中期,开始“梭鱼”超空泡射弹的研制工作,并在20世纪末进行了多次水下射弹试验。[4][2]20世纪90年代,美国海军水下战中心开发了两种用途的超空泡技术,一种是高速水下弹药系统,另一种是大型水下超空泡航行体。[2]20世纪90年代,中国从哈萨克斯坦购买了40枚VA-111“暴风”号水下火箭;与此同时,中方还与俄罗斯就购买相应技术展开谈判,并开始从事研制中国版“暴风”工作。在2006年的时候,中国已经成功研制出中国版“暴风”水下导弹。[5]2011年8月10日,美国朱丽叶舰船系统公司公布世界上第一艘采用超空泡原理设计的舰船——“幽灵”号。[2]2014年,哈尔滨工业大学热工流体力学实验室的专家团队已经研发出一种新技术,使得潜航器或者鱼雷能够以极高的速度在水下前进。[6]2020年,挪威DSG技术公司研发成功了一种名为“CAV-X”的超空泡弹药。[7] 超空泡减阻技术是一种革命性减阻技术,该技术是水下航行器提高航速、增大航程的重要技术手段。[4]
发展历程
二战期间,德国最早进行超空泡及其应用于水下武器的理论与试验研究,随着二战结束,相关研究暂告停止。前苏联的乌克兰流体力学研究所于1960年就开始研制超空泡武器,于20世纪70年代中期研制成功“暴风”鱼雷,并于1997年装备部队,速度可达100米/秒,是传统鱼雷速度的3-5倍。[2]