這只是筆記

空泡現象（Cavitation）

又譯氣穴現象、氣蝕現象、空蝕現象、空穴效應或空洞現象，指的是在流動的液體中，因為壓力差在短時間內發生氣泡的產生與消滅的物理現象。

當物體在水中的運動速度超過 185 千米/小時時，在固體和液體的交界面上，壓力會大大降低（低於飽和蒸氣壓力），有時甚至會產生接近真空的負壓，此時，液體中若存在 100 微米以下的非常微小的氣泡核，即使是常溫下，局部的水也會沸騰，形成低壓的微小氣泡（在 0 ． 02 個大氣壓下， 20 ℃ 的水就會沸騰）（反之沒有氣泡核的話，氣泡也不會簡單的發生）。在周圍水壓的與氣泡的黏性與表面張力的作用下、以噴氣式飛機樣的高速，與表面衝突，然後急劇崩潰，並伴生強大的衝擊波。並且在堅硬的表面上發生腐蝕。這個過程被記述為，氣泡運動力學的瑞利 (Rayleigh) 運動方程式，這便是『空化』產生現象，同時也會讓螺旋槳產生高速空轉。而這種微小而強大的壓力波、會伴隨噪音、振動。過高的壓力也會損壞金屬。因炸彈在水中爆炸，而發生大量的高壓氣泡所擁有的破壞力，『Cavitation 波』被叫做『Bulb Pules』。

空蝕是空泡的后果，但並非所有空化都造成材料的損壞，只有不穩定的空泡，如不定常流動中出現的空化或封閉空泡的尾端，才會引起空蝕。因此，空蝕往往出現在物體的局部區域。空蝕的機理與材料受固體微粒或液滴沖擊而損壞是不同的。為消除和減輕空蝕損壞，運動部件應在盡可能穩定的條件下運轉。消極的辦法是在可能發生空蝕的部位涂上或包上彈性強的材料，或注入氣體以吸收空泡潰滅所輻射的能量，也可用化學防腐方法來減輕空蝕過程的腐蝕作用。空泡現象與水深有密切關係，水越深，越難以產生。而潛艇的潛航深度和螺旋槳的轉速如調解得當，則螺旋槳背面生成的空化氣泡便非常小，在水壓的作用下很快潰滅，危害度減小。

實例

1. 庭院的撒水在庭院撒水的時候，將水管彎曲時變狹小的地方所發出的聲音就是因為發生了空穴現象。透明的管子的話，在彎曲處的數厘米處，內部的水看起來是白色渾濁的。
2. 超音波洗衣機用超音波來產生空穴現象，清除物體表面的污垢。
3. 渦輪螺旋槳空穴現象的發生是因為產生的氣泡、水泵或渦輪等不能充分的推動水流、換句話說就是接近空轉的狀態。無用的能源被消耗，使得機器的效率低下。而且同時產生的壓力波使的這些機器的轉動翼表面的被腐蝕，效率下降或被毀壞。
4. 內燃機關水冷引擎的水泵的渦輪的損耗的原因。

超空泡（Super Cavitation）

運用空泡相同的理論，從穿過水中的物體前方開始，產生一個足以包覆整艘船艦的大氣泡，使得船艦本身完全在氣泡中船行。如此一來，船艦變成和在空氣中前進沒兩樣，除了最尖端產生空蝕效應的那個點阻力較大之外，其餘部份阻力都和在空氣中一樣小。而利用這個原理的提高速度的船的螺旋槳則被稱為 SCP（Super Cavitaion Propeller）。此時水中運動物體的速度可達到每秒 50 米，要是採用合適的首部形狀，速度還可提高，甚至超過音速。（空氣中的音速，在標準大氣壓條件下約為 340 米／秒，或 1224 公里／小時。海水（25℃）1531m/s ）

實現超空泡載具困難之處是在於控制及推進系統。因為必須保持載具被氣泡包裹，所以必須捨棄傳統的方向舵，因此只能利用諸如尾翼之類的穿穴控制面和推力矢量系統（發動機排氣的定向噴嘴）進行控制。但是在轉彎航行時必須小心，以使魚雷保持在氣穴之內。另外在兩個平面內移動或轉動頭部空泡發生器來實現偏航和俯仰機動，以及利用鴨式翼進行控制。

現有的超空泡航行器還是必須依靠火箭發動機產生所需的推力。但是常規火箭必然伴生某些嚴重的缺陷，例如航程有限和當深度增加時推力隨著壓力的增加而下降等。前者應以一種高能量密度動力裝置技術來解決。後者可利用專門的超空泡推進螺旋槳技術來加以防止。然而要達到超空泡速度需要很大的能量，為實現火箭的最大航程必須燃燒有最大比推力的高密度燃料。對此俄羅斯專家的結論是：『 只有燃燒金屬燃料（鋁、錳或鋰），並利用海水作為氧化劑與燃燒生成物的冷卻劑的高效燃氣輪機或噴氣推進系統，才是推進超空泡航行器實現最高速度的最佳途徑』。

實例

前蘇聯海軍很早在七十年代就發展了火箭推進的「風雪」超空泡代號為BA－Ⅲ的「暴風」超高速魚雷，航  BA-Ⅲ的「暴風」超高速魚雷速已達到 370 公里/小時（約 200 節），其氣泡一是利用超高速自行產生，二是把魚雷發動機的尾氣引到前面放出。根據漢和表示，在2003年，中國與俄羅斯公司一道重新設計了中國版的『暴風雪』— 空泡 1 型魚雷，其最大航速在 250 節－300 節。長8.2米，重量 2700 公斤，彈頭重量 210 公斤，射程大於 7 公里，屬於急速魚雷。而俄羅斯目前研製的暴風雪 2 型最大航速是324節。（600公里小時）。中國魚雷直徑是533 mm 與俄羅斯類同，但是採用了目前俄羅斯還在研究的高速光纜纖維指導傳輸指令系統，據說目前西方國家沒有可抗衡的武器。

2011 年 8 月 10 日朱麗葉艦船系統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，這是目前第一艘面世的超空泡艦船。結合了飛機和船的相關特性，使其在在艇體表面和水之間產生一個氣體空腔，從而使船艇在航行時產生的摩擦阻力比在水中小 900 倍。另外美國國防高級研究計劃局（DARPA）正在同造船商諾·格公司領導的一個工業團隊一起開發一種採用超空泡技術的潛艇，該種潛艇水下航行時速度非常高，能夠達到100 海里/小時。這個計劃被稱為『水下快車』(Underwater Express)。

中國『洛神』超導磁流體推進器起於 90 年代初期，由中國科學院電工所與中國艦船研究院負責，一個稱為『劍魚』（99工程）的計劃，以超導磁流體作為動力，並且為避免鈍型的艦首在高速行駛下會與海水形成一個酷似音障的水障，於是設計出『魚形』外型，並近乎完美的通過了風洞試驗。其首部與尾部各有一對升降舵，在使用中，首升降舵主要用於產生正、負升力，改變或穩定航行深度；而尾升降舵用於產生縱傾或保持已有的縱傾角。兩側及圍殼、舵內殼採用最新的高強度塑鋼，它的承受力比目前的潛艇鋼高出三倍以上，下潛最深深度可達 800 至 1000 米。而船體則包裹著一層由特殊材料製成的彈性『皮』稱為『無回聲蒙皮』，這種皮使艇殼對於聲納波幾乎無反射。按照理論推算，超高速超導潛艇的航速可達 150 節以上，但目前『洛神』在正常海況下的下潛航速為 60 海里/小時。但，隨著該艇定型，高速超導的技術通過實踐應用會變得更加成熟，在未來的三年裡，其最大航速有望達到 70 海里/小時。

2006 年 4 月 2 日，伊朗在波斯灣海域舉行大規模軍演時，發射一枚名為『鯨』(波斯語「胡特」)的高速魚雷。該魚雷從一艘水面艦艇上發射，入水後以極快的速度(100 米/秒)成功擊沉一艘靶艦。從該魚雷的外形、速度、發射尾焰和氣泡軌跡來看，也採用了超空泡技術。

1節 ＝ 1海里 ＝1.852 公里， 1 英里 ＝1.609344 公里 。

參考連結

空化泡和超空化泡流動理論及應用
空蝕效應(Cavitation)和超空蝕效應(Supercavitation)及其應用