艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火彈的可行性研究

摘 要:通過分析艦船的動(dòng)力系統(tǒng)情況，分析了導(dǎo)致艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火的幾種可能方式，并討論了采用微膠囊方式的研制艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火彈的可能性。

關(guān)鍵詞:艦艇 動(dòng)力系統(tǒng) 熄火彈 微膠囊

中圖分類號(hào):U664文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(a)-0004-02

隨著國際形勢的變化，局部戰(zhàn)爭和地方?jīng)_突成為未來一個(gè)時(shí)期戰(zhàn)爭的主要形式，諸如國際維和行動(dòng)、打擊恐怖主義活動(dòng)、制止暴亂、打擊走私販毒等。在這些行動(dòng)中，強(qiáng)殺傷性武器(導(dǎo)彈、坦克、大炮、機(jī)槍等)往往派不上用場，現(xiàn)代軍事行動(dòng)最終的目標(biāo)不再是通過殲滅對手來完成，而是使敵軍人員(或暴亂人群)和作戰(zhàn)設(shè)備(車輛、艦艇、飛機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施等)暫時(shí)或永久地喪失正常機(jī)能，從而影響敵方作戰(zhàn)行動(dòng)、為己方爭取有利戰(zhàn)機(jī)。非致命性武器[1][2]在軍事行動(dòng)中的應(yīng)用可以有效達(dá)到以上目標(biāo)，成為完成現(xiàn)代軍事任務(wù)、恢復(fù)和平與穩(wěn)定的有效途徑。因此，世界許多國家都在積極開展非致命武器的研究工作，使非致命武器異軍突起。在海戰(zhàn)中，利用非致命性武器，影響艦艇動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可以達(dá)到破壞敵軍作戰(zhàn)編隊(duì)、切斷能源供應(yīng)等目標(biāo)，成為有效應(yīng)對海上威脅、控制危機(jī)和影響作戰(zhàn)形勢的新型軍事戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略。但是由于艦艇作戰(zhàn)環(huán)境的特殊性，在陸地上對車輛、坦克和飛機(jī)等適用的動(dòng)力系統(tǒng)熄火技術(shù)在艦艇上很難得到有效應(yīng)用，必須對艦艇的動(dòng)力裝置系統(tǒng)進(jìn)行研究，探索適用于艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)熄火技術(shù)。目前對于使艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)熄火的研究還比較少。

針對艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，研制開發(fā)一種可使艦艇自我癱瘓的新型反裝備型非致命武器—— 艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火彈，將成為海軍武器發(fā)展的必需。

1 艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)

艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)包括推進(jìn)艦艇和為艦艇提供其他所需的動(dòng)力和能源(電、蒸汽、熱水、壓縮空氣、壓縮液體等)的全部動(dòng)力裝置。動(dòng)力系統(tǒng)在艦艇上占有非常重要地位，被稱為艦艇的心臟。目前應(yīng)用在艦艇上的動(dòng)力系統(tǒng)主要有三種:柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合動(dòng)力裝置。

柴油機(jī)是以柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)。柴油機(jī)因具有熱效率高、功率覆蓋范圍寬、能耗低、起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)，在各型民用船舶和中小型艦艇動(dòng)力裝置中占主導(dǎo)地位。燃?xì)廨啓C(jī)是利用燃油和空氣混合燃燒，高速?zèng)_擊渦輪葉片的動(dòng)力裝置。燃?xì)廨啓C(jī)重量輕、功率大，有很高的功率-重量比，20世紀(jì)50年代以后燃?xì)廨啓C(jī)開始在艦艇上獲得應(yīng)用。但燃?xì)廨啓C(jī)的經(jīng)濟(jì)性差，燃油消耗率高，在部分負(fù)荷及低工況時(shí)油耗值更高[3]。聯(lián)合動(dòng)力裝置是將柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合使用，可以相互取長補(bǔ)短，成為能滿足現(xiàn)代大型艦艇要求的理想推進(jìn)裝置。根據(jù)不同的聯(lián)合情況，目前采用的主要有以下幾種聯(lián)合動(dòng)力裝置:柴油機(jī)和柴油機(jī)聯(lián)合裝置(CODAD)，柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合裝置(CODAG)，柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合裝置(CODOG)，柴電和(或)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合裝置(CODELAG/CODELOG)以及柴電和燃電聯(lián)合裝置(CODEG)等。

艦艇在正常航行時(shí)，不論動(dòng)力系統(tǒng)是柴油機(jī)還是燃?xì)廨啓C(jī)，都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。柴油機(jī)在工作時(shí)，氣缸內(nèi)燃燒氣體的最高瞬時(shí)溫度可達(dá)2000℃，整個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的氣體平均溫度也在600～1000℃范圍[4]。與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件，如氣缸套、活塞、氣缸蓋、進(jìn)排氣門等都將強(qiáng)烈受熱，如不加以適當(dāng)冷卻，受熱零件的溫度就會(huì)劇烈升高而過熱，造成一系列嚴(yán)重后果。為了確保動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須安裝艦艇動(dòng)力系統(tǒng)的冷卻水系統(tǒng)，通過冷卻水系統(tǒng)把大量的多余熱量傳遞給海水。艦艇動(dòng)力裝置的冷卻水系統(tǒng)有開式海水系統(tǒng)、閉式淡水冷卻系統(tǒng)和中央冷卻系統(tǒng)等3種[5]。開式海水系統(tǒng)和閉式冷卻水系統(tǒng)由于自身的缺陷，目前已經(jīng)很少應(yīng)用。在現(xiàn)代化船舶中，大多采用中央冷卻系統(tǒng)。中央冷卻系統(tǒng)是在19世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)的一種新型的冷卻系統(tǒng)，它由高溫淡水、低溫淡水和海水三個(gè)分系統(tǒng)組成。兩個(gè)淡水循環(huán)系統(tǒng)是相互獨(dú)立的閉式系統(tǒng)，高溫淡水系統(tǒng)的工作溫度約為80～85℃，低溫淡水系統(tǒng)的工作溫度約為30～40℃。高溫淡水用于冷卻主柴油機(jī)、發(fā)電柴油機(jī)氣缸套、氣缸蓋、廢氣渦輪增壓器等，而低溫淡水用于冷卻高溫淡水、增壓空氣、活塞冷卻油、柴油機(jī)系統(tǒng)滑油、空氣壓縮機(jī)、船舶空調(diào)冷凝器、蒸汽冷凝器等。海水用于冷卻低溫淡水。

2 艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火的可能方式

要達(dá)到使敵方艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)熄火的目的，也就是要使敵方艦艇發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，可以針對艦艇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理采用不同的方式。

(1)通過一定的方式在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料中加入某些化學(xué)添加劑而阻滯燃料的燃燒致使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。國外對具有熄火功能的軍用特種化學(xué)添加劑的研究已經(jīng)涉及到氣體、液體和固體三種形態(tài)的材料，已對各種各樣的化合物進(jìn)行了廣泛深入的研究和篩選評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)對于不同種類的發(fā)動(dòng)機(jī)，功能材料的熄火效果有很大的差別[6]。隨著新技術(shù)的發(fā)展，將有越來越多的具有熄火效能的功能材料應(yīng)用于戰(zhàn)場。但是，在廣闊的海域上，如何讓敵方艦艇把具有熄火功能的添加劑吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)施起來存在一定的困難。

(2)破壞發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的輸送管道，使燃料不能順利到達(dá)燃燒室而使發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。例如通過一定的釋放技術(shù)和途徑使得具有特殊功能的材料被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中的輸油管道中，功能材料在發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)生固化或者體積膨脹等方式導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的目的。這種方法存在與前一種方法相同的困難。

(3)通過一定的手段破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)不能夠正常工作。目前艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)一般都是采用電路控制，可以考慮采用電磁炸彈等方式來破壞電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，從而達(dá)到使動(dòng)力系統(tǒng)熄火的目的。

(4)破壞艦艇發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高而停機(jī)。于海瀾[7]曾提出一種使艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火的新概念武器的原理方案:將一種高吸水率的固體微粒用一種遇熱即熔融的疏水材料包裹起來制成微膠囊，在臨戰(zhàn)前利用一定的手段使其分散在敵艦要經(jīng)過的海域，當(dāng)敵方艦艇經(jīng)過時(shí)，微膠囊被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，微膠囊遇熱后，囊壁熔融破裂，釋放出里面的功能材料。功能材料遇水后大量吸水，體積迅速膨脹，變成彈性凝膠狀或泡沫狀固體，堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的管道，使發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，由此使敵方艦艇癱瘓。

3 采用微膠囊方式的艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火彈的可行性

根據(jù)于海瀾的設(shè)想，需要選擇一種合適的遇熱即熔融的疏水材料作為微膠囊的壁材和具有高吸水率的功能材料作為微膠囊的芯材，采用合適的方法制備成大小適合的微膠囊。這種微膠囊的至少應(yīng)具備的性質(zhì)包括:(1)尺寸足夠小，能夠穿過冷卻系統(tǒng)的過濾系統(tǒng);(2)能夠穩(wěn)定地懸浮于水中;(3)微膠囊的壁材的可溶性;(4)微膠囊芯材的吸水性。

隨著微膠囊技術(shù)的進(jìn)步，目前已經(jīng)可制備出直徑為1～1000μm的微膠囊[8][9]，完全能夠穿過過濾系統(tǒng)。而粉末狀的聚丙烯鹽酸類、淀粉-丙烯酸鹽接枝聚合產(chǎn)物、交聯(lián)羥甲基纖維素等高吸水材料[10][11]可以作為微膠囊的芯材。這些高吸水材料在大量吸水以后，體積迅速膨脹，形成具有一定強(qiáng)度的凝膠，能夠有效地造成冷卻系統(tǒng)管道的堵塞。微膠囊的壁材要根據(jù)芯材的物理性質(zhì)和微膠囊的作用來取[12]，選用熱敏型的非水溶性的材料，其熔化溫度必須處于低溫淡水系統(tǒng)和高溫淡水系統(tǒng)的工作溫度之間。微膠囊在被艦艇發(fā)動(dòng)機(jī)吸入冷卻系統(tǒng)前能夠穩(wěn)定地懸浮于水中，而一旦被吸入能夠迅速在低溫淡水系統(tǒng)中融化從而釋放出芯材。

為了檢驗(yàn)這種技術(shù)方案的可行性，于海瀾選用熔點(diǎn)范圍在52～58℃的石蠟作為微膠囊壁材、體積膨脹率為85.5倍的淀粉接枝聚丙烯鹽酸類作為芯材，采用熔化分散冷凝法制備了直徑為5～300μm、密度為1000kg/m3的微膠囊，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種微膠囊能夠滿足使艦艇動(dòng)力系統(tǒng)自我癱瘓的要求。

4 結(jié)語

通過分析艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)情況，分析了導(dǎo)致艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火的幾種可能方式，并討論了采用微膠囊方式的研制艦艇動(dòng)力系統(tǒng)熄火彈的可能性。

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①作者簡介:吳世永(1981-)，男，漢族，廣東陽春人，講師，碩士，研究方向:沖擊動(dòng)力學(xué)。