超空泡鱼雷的诱惑力

2020-11-06 07:08:47

超空泡鱼雷的概念最初是在冷战期间为苏联海军开发的一种可行的设计,自那以后一直吸引着军事工程师,尽管随后似乎没有取得什么实际进展,除了多年来一些停滞不前的项目和流产的尝试。

现在,随着俄罗斯科学家再次研究超空泡的消息,这种情况可能即将改变,伊朗显然也加入了这一行动。早在2016年10月,就有报道称伊朗计划研发一种名为“猛禽”(Khishchnik)的新型武器,而今年5月7日,据报道,伊朗军队在霍尔木兹海峡试射了一枚胡特(Hoot)高速鱼雷--该鱼雷被认为是苏联最初设计的逆向工程版本。

任何鱼雷的速度都受到两个基本因素的制约--它的推进方法和物理定律。传统版本是由螺旋桨或喷气式喷气机驱动的,尽管其中速度最快的无疑是快速的,而且比大多数船只快得多,但在武器世界里,即使是不起眼的子弹也是超音速飞行的,但它们绝对比兔子更像乌龟。

一个明显的解决办法是改变推进方式;把电动马达和螺旋桨换成火箭发动机,一下子就把鱼雷变成水下导弹。唯一的问题是,这样做会让你一头扎进物理定律,这是一种拖累--从字面上讲是这样。

阻力是作用于在水中移动的任何物体的反作用力,速度越大,阻力越大,这意味着流体动力学的约束施加了大约50节的有效速度限制。现在,正如星舰企业号虚构的总工程师蒙哥马利·斯科特(Montgomery Scott)习惯说的那样,“你无法改变物理定律”,但有时你可以绕过它们,在这种情况下,这涉及到将鱼雷包裹在一个巨大的气泡中。

超空泡现象背后的基本理念出人意料地简单。当水以高速绕过物体(如船的螺旋桨)时,尾缘周围的压力会下降,如果压力降到水的蒸汽压以下,气泡就会在一个被称为空化的过程中形成。传统上,这一直是工程师的问题,因为当气泡撞击螺旋桨本身时,它们会内爆,破坏材料,并随着时间的推移导致严重的空泡侵蚀。

然而,在20世纪40年代末,苏联科学家开始怀疑,通过刻意操纵这种效应来创造一个巨大的、可持续的巨型气泡,然后在其内部包裹一个在水中飞驰的鱼雷体,流体阻力是否可以在很大程度上被克服。二十年后,在六个原型之后,他们的工作是看到实际的超空泡实现,以及一种能够以惊人的水下速度出现的新武器类别的出现。

对于1977年投入使用的Shkval(“狂风”),这是通过一个特别设计的平头锥体实现的,它将水向外偏转,并引发超空泡气泡。然后,包络进一步延伸,并由鱼雷发动机排出的气体维持。Shkval的固体燃料火箭助推器以常规的50节速度从标准的533毫米鱼雷发射管发射,随后点燃并将其加速到超空泡速度,然后水力喷气助推器启动以推动其到达目标的最后部分。

尽管这项技术有明显的吸引力,但超空泡鱼雷确实有一些重大限制。需要尽可能多地保持鱼雷身体与水的接触,这意味着操纵面不能伸出空腔太远,所以航向修正很困难,任何重大的航向变化都会迫使鱼雷身体的一部分离开气泡,瞬间增加阻力,并有完全坍塌的风险。尽管最大射程只有15公里,但到达目标的短暂中转时间缓解了什克瓦尔的这一潜在问题,但对于任何打算从更远的地方发射的鱼雷来说,这可能是更具挑战性的。

此外,火箭和喷水推进超过200kt的速度会带来巨大的振动和巨大的噪音。虽然发射这种速度的鱼雷的潜艇可能不会害怕目标的反击,但它会非常响亮地将自己的位置暴露给该地区的任何其他敌舰,而且,所有这些背景噪音都会让武器本身变得像谚语中的哨所一样聋。在超空泡速度下使用任何类型的声纳制导显然是完全不可能的。

然而,事实证明,这种潜艇超级武器的吸引力对冷战旧分歧双方的国家都是持久的。

2004年,Diehl-BGT防务公司宣布与德国海军合作开始一个超空泡技术演示项目。梭鱼计划同时具备潜艇和水面发射能力,并能够沿着直线和弯曲的攻击路径飞行,尽管最终该计划没有生产出可部署的武器。

两年后,美国国防高级研究计划局(DARPA)委托通用动力公司研究这项技术。他们似乎是在探索克服声纳限制的可能性,方法是改变空泡盘的设计,改变发射器的位置,以及开发特殊的噪声消除过滤器,以消除发动机的干扰。他们到底在这条特定的轨道上走了多远仍不得而知,但可以说,该项目在一年后就结束了,美国对这项技术的研究实际上在5年后,也就是2012年陷入停顿。

官方对俄罗斯新款Khishchnik知之甚少,但有人猜测,它将着手克服之前Shkval设计中的两个主要缺陷-射程和制导。

早在20世纪60年代,开发什克瓦尔的水力喷射器--本质上是一种燃烧水反应金属燃料的水下冲压喷射器--在当时可以说是一项与管理超空泡本身一样困难的技术挑战。虽然它能让这种武器跑得比最快的常规鱼雷快四到五倍,但它的射程还不到美国最好型号的三分之一。被誉为“航空母舰杀手”的Shkval实际上需要一艘发射潜艇深入航母群的反潜覆盖区域,以至于其自身的生存受到质疑。

然而,五十年过去了,改进的发动机和更好的燃料可能会给下一代超空泡鱼雷带来十倍的射程,也可能是十倍的速度。此外,按照美国国防部高级研究计划局(DARPA)和通用动力公司(General Dynamics)的计划设想的制导系统,凯希奇尼克将是一只非常强大的野兽。

俄罗斯的这个最新项目最终是成功了,还是像之前的其他项目一样步履蹒跚,还有待观察。但如果成功了,随着世界各国海军开始为明天的军舰配备武器,这些愿望清单上将会出现一些非常重要的勾号。