中美海底对决——超空泡鱼雷和磁流体潜艇(组图)

超空泡是一种物理现象,当物体在水中的运动速度超过185千米/小时后,其尾部就会形成奇异的大型水蒸气沟,将物体与水接触的部分包住,物体接触的介质就由水变成了空气,由于空气密度只有水的1/800,因而就能大幅减少物体所受阻力,物体表面会形成大型空气泡,这就是“超空泡化现象”。这一原理的最先运用者是前苏联的研究人员,其水下速度可达传统鱼雷的3倍多。


俄罗斯“风雪”火箭动力超空泡鱼雷


前苏联海军很早就发展了火箭推进的“风雪”超空泡鱼雷,航速已达到370公里/ 小时(约200节),并有报道说已出售给他国。另据有关报道,美国也推出了一项 发展超空泡武器全面计划;法国对超空泡技术一直有强烈兴趣,已经从俄罗斯采 购了几枚“风雪”鱼雷进行评估,并正在实施“空泡协调行动”计划,进行一种 机载反水雷超空泡弹的试验;德国与美国海军研究部门合作,就新型空泡发生器 设计和鱼雷自导系统建模开展一项联合计划,还完成了一种超空泡鱼雷样机,不久将预期进行试验。

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俄罗斯的“风雪”火箭动力鱼雷已名震天下,是目前已知的超空泡武器,前 苏联海军在历经10多年的秘密研究与发展之后,于1997年装备部队。“风雪”鱼 雷由位于乌克兰流体力学研究所研制,长8.23米,重2697公斤,壳体由尾部至头 部逐渐变细,头部装有战斗部,尾部中心为大孔径固体火箭发动机喷管,周围有 8个小型圆柱形启动火箭,它们将“风雪”加速至超空泡速度,然后主发动机开始 工作。在尾部还有1个制导导线线轴,当鱼雷在水中运行时释放出导线,该导线被 用来控制鱼雷的运动及战斗部的引爆。

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美国“超级”钻地弹


称为“炸弹之王”的BLU-82或称为“炸弹之母”的MOAB等钻地弹,均采用流线型弹体,钻地时如同木板上钉钉子。美国新研制的新型“超级”钻地弹,就是运用了超空泡技术,它的钻地深度将比GBU-28钻地弹钻地深度高出9倍以上。


美国超空泡“动能”炮弹


超空泡炮弹是一种即将采购的直升机载武器,利用它们可以消灭水面和近水 面水雷。这种平头炮弹是利用一种改型速射炮发射的,它被设计得能够在空气和 水中平稳航行,并且具有先进的目标定位能力。美国海军正在考虑部署一种装备 于水面舰甲板的 R AMICS近程武器系统,用于消灭致命的尾波自导鱼雷。超空泡 炮弹技术下一步将发展利用自适应高速水下弹药(AHSUM,即超空泡“动能”炮弹 )的全水下火炮系统。该系统装备在潜艇、水面舰或拖曳式反水雷器的水下船体 内,有流线型炮塔,通过声纳指挥。就像美国海军通过雷达指挥的“密集阵”近 程速射武器系统保护水面舰艇免遭反舰导弹攻击一样, A HSUM为舰艇可以构筑起水下防线。


美国“水下快车”超空泡潜艇


美国国防高级研究计划局(DARPA)正在同造船商诺·格公司领导的一个工业团队一起开发一种潜艇,该种潜艇水下航行时速度非常高,能够达到100海里/小时。


DARPA授予了诺·格公司工业团队一份价值540万美元的合同,进行该种高速潜艇采用超空泡技术的可行性研究。超空泡技术就是在艇体表面和水之间产生一个气体空腔,因此减小了阻力,增大了艇的航速 。DARPA的这个计划被称为“水下快车”(Underwater Express)。


该合同的第一阶段将持续13个月,诺·格公司和它的队友将通过一系列的测试与建模建立超空泡航行的技术基础,从而产生水下样艇的概念设计。大多数工作将由诺·格公司的水下系统设施分部和宾夕法尼亚州立大学的应用研究实验室完成。该团队的其他组织包括明尼苏达州立大学、马里兰州立大学、海军水下战中心和剑桥市的BBN技术中心。


该合同还将包括各为期15个月的第二阶段、第三阶段。第二阶段合同价值将达1700万美元,包括继续进一步进行技术研究,建立样艇的详细设计。第三阶段合同价值将达2340万美元,包括建成一艘超速超空泡航行(DSST)演示用艇,要求该艇能以100节的速度持续航行10分钟。三阶段所有合同价值将达到4580万美元。


中国“洛神”超导磁流体推进器潜艇


90年代初期,由中国科学院电工所与中国舰船研究院负责,一个称为“剑鱼”(99工程)的计划实施了,其实质便是超导技术在海军舰艇方面的应用研究。从开始研制到今天试车成功共花费这十几年时间.

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1、 外型:当初分别参照了俄罗斯K级(“基洛”877-636)型艇,以及美国的“弗吉尼亚”级核潜艇,还有法国“红宝石”核潜艇作为新舰风洞模型。然而这些在以前的动力装置下,被喻为世界顶尖的水滴型设计的外型,在以超导磁流体作为动力的风洞实验中,其钝型的舰首在高速行驶下会与海水形成一个酷似音障的水障,因此大大影响了航速。于是,凝聚着中国的设计人员的智慧和力量的鱼形外型出现,并近乎完美的通过了风洞试验。其首部与尾部各有一对升降舵,在使用中,首升降舵主要用于产生正、负升力,改变或稳定航行深度;而尾升降舵用于产生纵倾或保持已有的纵倾角。两侧及围壳、舵内壳采用最新的高强度塑钢,它的承受力比目前的潜艇钢高出三倍以上,下潜最深深度可达800―1000米。而船体则包裹着一层由特殊材料制成的弹性“皮”称为“无回声蒙皮”,这种皮使艇壳对于声纳波几乎无反射.


2、 动力:“超导磁流体推进”作为一个非常复杂的课题,它由几个部分构成:A、 蓄电池舱:作为备用能源,磁流体推进器仍须装备一定数量的蓄电池,该舱*近艇的中部指挥舱下层空间。B、核反应堆舱:要求输出功率高,安静性能好,持久力长的特点。使用热离子反应堆,它能转换电能,简化舱内结构,热离子反应堆不会产生高温、高压、而且节约材料和能源。C、发电机舱:该舱设置在核反应堆舱之后。装2台给磁流体推进器供电的主发电机和2台供设备及照明用的辅助发电机;在机舱后部设有消音器、甲板下设燃料油、润滑油箱、冷却海水泵以及压载水舱。D、操控舱与磁流体推进器舱:操控舱内主要装有液氦制冷装置,推进器的直接或备用操纵装置,测量仪表台、柜等。在磁流体推进器舱内,安装1台六连环直流螺旋型超导磁流体推进器。磁流体通道前后端分别设有海水吸人导流管和喷出导流管,吸人口呈卵圆形在艇体外壳上“开凿”,喷管出口则穿出艇尾壳体。它的运行原理是:在强大的电磁力作用下,海水旋转着向后高速运动,再经出口导流器变为平行水流后通过喷口向艇尾喷射,推动潜艇前进。由于6个螺旋型磁流体推进器相互之间是独立的,因此任意改变其中某几个推进器的推力大小,即可改变潜艇航行状态、实现左转、右转、上浮、下沉等运动姿态。


3、 航速:由于该新形潜艇使用了独特的推进原理和极高的能量利用率使得其具有更好的动力性能,按照理论推算,超高速超导潜艇的航速可达150节以上,但由于技术属于初步掌握,目前“洛神”在正常海况下的下潜航速为60海里/小时。但,随着该艇定型,高速超导的技术通过实践应用会变得更加成熟,在未来的三年里,其最大航速有望达到70海里/小时


4、 舰载武器:在99工程逐渐定型时,以高速超导小形化作为动力的(龙搏)鱼雷计划也已成熟,但由于在将高速超导最小化的过程中所遇到的技术问题。导致龙搏最后定型上舰的体积远比预想中的要大得多。因此每艘洛神只最多只能携带两枚龙搏鱼雷(其发射方式与子母潜艇较为相似)。然而这并没有影响到洛神的火力系数。因为动力系统体积的减小使得潜艇所载常规弹药数量大量增加,一定程度弥补了龙搏数量上的不足。

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法德喷水磁流体潜艇


拥有潜艇制造先进技术的法国和德国正开发一种新潜艇,将采用“喷水磁流体”动力,使潜艇推进器的噪音降为零,声呐无法探测到其踪影。磁流体推进器将会引发反潜革命。


所谓的“磁流体推进器”就是在贯通海水的通道内建一个磁场,这个磁场能对导电的海水产生电磁力作用,使之在通道内运动,若运动方向指向船艉,则反作用力便会推动船舶前进。


据理论计算,采用磁流体推进器的新潜艇航速可达150节,这是任何机械转动类推进器不可能实现的,现役的绝大多数鱼雷都会对其失去作用。现役水下速度最快44节的是俄罗斯“神父”级潜艇,水面速度最快27节的是美国“海神”号潜艇;普通鱼雷的速度为40~60英里/小时(34~52节),对付它们也绰绰有余,但对于航速达150节的新潜艇则是望尘莫及。


只有采用超空泡技术的鱼雷,才能对付这种用磁流体喷水推进的最新潜艇。目前,只有俄罗斯装备有“狂风”号超空泡鱼雷。最新的“狂风”II航速达到了450英里/小时(391节),航程96公里。


2006年4月2日,伊朗在波斯湾海域举行大规模军演时,发射一枚名为“鲸”(波斯语“胡特”)的高速鱼雷。该鱼雷从一艘水面舰艇上发射,入水后以极快的速度(100米/秒)成功击沉一艘靶舰。从该鱼雷的外形、速度、发射尾焰和气泡轨迹来看,也采用了超空泡技术。


新技术将改变反潜方式


目前探潜设备以声学仪器为主。声呐被誉为水下“千里眼”“顺风耳”。二战期间,英国的“沃克”号驱逐舰就是利用声呐测出德“U-99”号潜艇方位,将其击沉海底。


采用磁流体喷水推进技术的新潜艇几乎静音,声呐将失去作用,只能用非声学探测技术。非声学探测设备主要有雷达、磁导探测仪、红外探测仪、废气探测仪等。雷达主要是靠电磁波的反射来发现潜艇的;磁导探测仪是靠潜艇水下运动时,引起地磁场的变化来发现它;红外探测仪仅靠潜艇在水下航行时,使周围水层产生微弱的温差来探测它;废气探测仪则专门利用潜艇排出的废气来发现它。此外,还可利用脉冲激光束对海水扫描,来发现潜艇的激光探测仪;利用无线电定向仪发现正在进行无线电通信的潜艇,以及用核辐射探测仪专门搜索核潜艇等。


1节=1海里=1.852公里


1英里=1.609344公里


导弹潜艇:水下导弹基地。


导弹潜艇携带50枚—200枚导弹在5000米深处潜航,导弹潜艇可以在5000米深处直接发射潜射导弹,也可以释放导弹仓,从导弹仓发射潜射导弹或非潜射导弹。导弹潜艇在深海潜航,隐蔽性好,对舰艇、飞机、卫星和地面目标都可以构成威胁。


可以用各种潜艇对付导弹潜艇,但舰艇、飞机和卫星对导弹潜艇的威胁很小。

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(插图:导弹潜艇发射潜射导弹和鱼雷)


导弹潜艇千里偷袭敌国沿海城市的简单模型:


第0秒:游弋在各处的100艘导弹潜艇突然接到命令向1000公里处的敌国沿海城市进发。这100艘导弹潜艇携带2万枚常规导弹。


第36000秒:100艘导弹潜艇在海底潜航10小时后到达预定位置,从海底拼命向敌国沿海城市发射导弹。这些导弹构成导弹编队,相互制导加卫星制导。


第37000秒:2万枚常规导弹全部命中目标,将2万吨TNT当量的金属氢投放到敌国沿海城市。敌国沿海城市的经济基础被彻底摧毁。


第72000秒:100艘导弹潜艇安全返航。

偷袭前敌国没有发现在海底潜航的导弹潜艇,偷袭后敌国无法摧毁、追击和拦截在海底潜航的导弹潜艇。整个偷袭作战中不出动一架飞机和一艘水面舰艇。

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(插图:俄罗斯未来的潜艇“北风之神”)

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