不是芙蓉不出水漫談超空泡武器

1999年，俄羅斯在阿布扎比國際防務展覽會上推出了\"疾風\"-e出口型超高速魚雷，該型魚雷由于采用了超空泡技術(shù)，航速可達200節(jié)，為普通魚雷航速的3～4倍，是執(zhí)行攻擊任務的首選武器。2000年8月，俄羅斯\"庫爾斯克\"號核潛艇在巴倫支海演習時沉沒，雖然俄官方已做出了解釋，但有的外國專家依然堅信，致使?jié)撏С翛]的爆炸與一種超高速魚雷的試驗有關(guān)，而且指出就是這種采用了超空泡技術(shù)的新型魚雷。那么，什么是超空泡技術(shù)？其軍事價值和意義又是如何呢？

陰差陽錯的發(fā)現(xiàn)

超空泡是一種物理現(xiàn)象。當物體在水中的運動速度超過100節(jié)時，后部就會形成奇異的水蒸氣泡，從而產(chǎn)生\"超空泡\"流體--機械效應。

液體繞物體快速運動時壓力會下降，而隨著速度的增加，當液體壓力等于水蒸氣壓力時，液體便由水相變?yōu)闅庀啵纬伤魵??？张輹顾靼l(fā)生畸變，從而損失水泵、渦輪水翼和推進器的使用效率，還可能導致強沖擊波的出現(xiàn)，并引起金屬表面的腐蝕。艦船設(shè)計師經(jīng)常要與制造麻煩的空泡打交道，試圖避免出現(xiàn)空泡現(xiàn)象，如將船體設(shè)計成流線型等。

物體在水中運動時，還需要克服與水的摩擦力所造成的黏性阻力，這種阻力大約是空氣阻力的1000倍?？茖W家們?yōu)楦倪M設(shè)計絞盡了腦汁，誰知最后卻驚喜地發(fā)現(xiàn)，一個有效的辦法竟然是可以利用討厭的空泡，形成一種可更新的氣體包絡(luò)，使流體對物體表面的浸濕面積最少，從而大大降低黏性阻力，這種低密度氣泡就是超空泡。

超空泡是空泡的一種極端形式，當物體在水中的運動速度超過50米/秒時，鈍頭航行器或安裝在頭部的氣體注入系統(tǒng)就可能產(chǎn)生低密度氣穴。空泡長度與物體的運動速度有關(guān)，物體能夠在自己產(chǎn)生的長氣泡內(nèi)部，以最小的阻力飛速前進。

超空泡武器頭部是極重要的空泡發(fā)生器，它呈圓形或者橢圓形平盤狀，向前傾斜形成一個\"攻角\"，以產(chǎn)生支持武器前部的升力。緊靠空泡發(fā)生器后面是幾個環(huán)狀通氣管，它將火箭排氣注入空穴氣泡以使其漲大。航行時首先由平盤式空泡發(fā)生器產(chǎn)生局部空穴，然后由通氣管向局部空穴注入氣體，使之膨脹成為超空泡。

群雄并起，競相角逐

在對超空泡武器的研究方面，德國和俄羅斯已經(jīng)走到了其它各國的前面。俄羅斯的\"疾風\"-e火箭動力魚雷已名震天下，是目前已知的超空泡武器，前蘇聯(lián)海軍在歷經(jīng)10多年的秘密研究與發(fā)展之后，于1997年裝備部隊。\"疾風\"-e魚雷由位于烏克蘭的流體力學研究所研制，長8.23米，重2697公斤，殼體由尾部至頭部逐漸變細，頭部裝有戰(zhàn)斗部，尾部中心為大孔徑固體火箭發(fā)動機噴管，周圍有8個小型圓柱形啟動火箭，它們將\"疾風\"-e加速至超空泡速度，然后主發(fā)動機開始工作。在尾部還有1個制導導線線軸，當魚雷在水中運行時釋放出導線，該導線被用來控制魚雷的運動及戰(zhàn)斗部的引爆。

應該說，德國是研究超空泡水中兵器最早的國家。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國就已著手研究利用超空泡方式降低水中兵器的阻力和提高航速的理論和應用途徑。戰(zhàn)敗后德國又停頓了20多年，于70年代初又開始深入研究超空泡水中兵器技術(shù)的可行性與應用前景。80年代初的研究核心是超空泡射彈，而90年代則以超空泡水下火箭為主。

德國試驗的超空泡火箭的長細比為10～36，而俄羅斯為4，后者更接近常規(guī)水中兵器。德國試驗的這種超空泡火箭與俄羅斯相比，又有了很大進步，最重要的改進是增加了制導系統(tǒng)，依靠裝在錐形頭上的微型主動聲納系統(tǒng)，發(fā)射和接收聲脈沖，并通過信號處理，提供精確的目標數(shù)據(jù)，使攻擊精度明顯提高。目前，德國在?？细柕碌?1艦船與海軍武器中心的梅爾多夫試驗站已完成了試驗型超空泡水下火箭的試驗。長2.2米，直徑60毫米、長細比約為36、重45千克的水下火箭，在120米/秒的高速條件下，既可制導又可穩(wěn)定航行，目前使用水深可達100米。

另外，美國也推出了一項發(fā)展超空泡武器的全面計劃；烏克蘭也展開了相關(guān)方面的研究；法國對超空泡技術(shù)一直有強烈興趣，已經(jīng)從俄羅斯采購了幾枚\"疾風\"-e魚雷進行評估，并正在實施\"空泡協(xié)調(diào)行動\"計劃，進行一種機載反水雷超空泡彈的試驗。

發(fā)展中不斷突破關(guān)鍵技術(shù)

超空泡武器若在實戰(zhàn)中有上佳表演，還必須要解決好兩方面的問題，即先進的控制系統(tǒng)和先進的推進系統(tǒng)。

\"疾風\"-e魚雷曾被認為是不怎么精確的武器，因為它只能直航。但是未來的超空泡裝置是可以設(shè)計成為水中機動航行的，通過利用諸如尾翼之類的穿穴控制面和推力矢量系統(tǒng)(發(fā)動機排氣的定向噴嘴)進行控制，但是在轉(zhuǎn)彎航行時必須小心，以使魚雷保持在氣穴之內(nèi)。研究人員還考慮，通過同時在兩個平面內(nèi)移動或轉(zhuǎn)動頭部空泡發(fā)生器來實現(xiàn)偏航和俯仰機動，以及利用鴨式翼進行控制。如果控制面能夠正確的協(xié)調(diào)，超空泡航行器就可能是高度靈巧的。

大多數(shù)現(xiàn)有的和預期的自主式超空泡武器還必須依靠火箭發(fā)動機產(chǎn)生所需的推力。但是常規(guī)火箭必然存在著某些嚴重的缺陷：航程有限和當深度增加時推力隨著壓力的增加而下降。前者應以一種高能量密度動力裝置技術(shù)來解決；后者可利用專門的超空泡推進螺旋槳技術(shù)來加以防止。

達到超空泡速度需要很大的能量，為實現(xiàn)火箭的最大航程必須燃燒有最大推力比的高密度燃料。在對多種動力裝置進行比較之后，俄羅斯專家的結(jié)論是：\"只有燃燒金屬燃料(鋁、錳或鋰)，并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(tǒng)，才是推進超空泡航行器實現(xiàn)最高速度的最佳途徑。據(jù)悉，賓夕法尼亞大學應用研究實驗室正在運行一種燃燒鋁的\"水沖壓\"系統(tǒng)，它是海軍水面艦艇的一種輔助動力裝置。超空泡推進螺旋槳技術(shù)試驗表明，與火箭相比較，螺旋槳葉提供的潛在推力要高20%。今天，人們已經(jīng)明了，關(guān)鍵技術(shù)一旦取得突破，海戰(zhàn)模式勢必大改觀?！?/p>