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    作戰(zhàn)艦艇應(yīng)對(duì)非傳統(tǒng)任務(wù)的幾點(diǎn)對(duì)策

    2015-03-20 12:42:18孔東明
    機(jī)械管理開發(fā) 2015年6期
    關(guān)鍵詞:船只螺旋槳燃料

    孔東明

    (海軍裝備部,北京 100036)

    引言

    目前,維護(hù)國家海洋權(quán)益日益受到重視。就我國而言,執(zhí)行維權(quán)任務(wù)的海上力量除了海軍艦艇外還有海事、海警以及武警邊防等部門的公務(wù)船只。有效利用現(xiàn)有條件,為海上艦船合理配置武器與技術(shù)裝備,可以使我國艦船在執(zhí)行維權(quán)任務(wù)時(shí)與敵方艦艇對(duì)峙過程中占據(jù)一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由于非致命類武器裝備,對(duì)使用對(duì)象的傷害程度以及作用范圍可以有效控制,在低烈度的沖突對(duì)抗中有很好的應(yīng)用前景。而且海上艦船在安裝平臺(tái)方面有一系列特殊的便利條件,能有針對(duì)性地研制艦載型非致命武器,發(fā)展能夠遠(yuǎn)程、高效作業(yè)的技術(shù)裝備,在海上維權(quán)、護(hù)漁執(zhí)法等非傳統(tǒng)作戰(zhàn)活動(dòng)中發(fā)揮效力。

    1 應(yīng)用背景與典型應(yīng)用領(lǐng)域

    1.1 發(fā)射裝置與特種彈藥

    執(zhí)行海上維權(quán)任務(wù),有時(shí)需要攔截、驅(qū)離對(duì)方船只,有時(shí)則需要直接捕獲目標(biāo)船只或進(jìn)行登船檢查,主要是針對(duì)在我國海域進(jìn)行海洋調(diào)查、水下測(cè)量或在雙方爭(zhēng)議海域進(jìn)行惡意停留的他國船只。驅(qū)離目標(biāo)船只可以采用艦載武器警告射擊或通過本艦的機(jī)動(dòng)攔截方法來實(shí)施;而俘獲敵方船只,則要在不硬性毀傷對(duì)方船只或擊傷人員的前提下,使目標(biāo)船只失去動(dòng)力或失去控制。就目前的技術(shù)條件需要解決兩個(gè)方面的問題:特種彈藥,裝填何種藥劑或何種器材;發(fā)射裝置,采取何種手段將彈藥布放到目標(biāo)船只的有效距離內(nèi)。

    對(duì)于特種彈藥,通過拋射裝填有特種藥劑的彈藥,散布形成能夠改變?nèi)剂先紵匦缘臍馊苣z,可以使目標(biāo)艦船發(fā)動(dòng)機(jī)吸入后停車或損毀;借鑒反魚雷攔截網(wǎng)技術(shù),將高強(qiáng)度的阿拉米奧纖維編織的攔截網(wǎng)投射入目標(biāo)艦船附近的水中,由于船舶螺旋槳前部負(fù)壓區(qū)的存在,攔截網(wǎng)會(huì)被吸入并纏繞在螺旋槳或船艉軸,造成船艉密封結(jié)構(gòu)的損壞甚至整船動(dòng)力的喪失。

    對(duì)于布放手段,目前我國公務(wù)船或海軍艦艇執(zhí)行船只驅(qū)離任務(wù)時(shí),一般采取高壓水炮或船體直接碰撞。高壓水炮與船體沖撞直接有效,但作用距離有限或威脅船只自身安全,而常規(guī)的小口徑警用防暴武器(如37mm催淚彈、震爆彈、閃光彈等)在開闊水域使用威力稍顯不足。根據(jù)有關(guān)報(bào)道,中國兵器工業(yè)部某研究所在一種車載多聯(lián)裝64mm防暴發(fā)射器(如下頁圖1)的基礎(chǔ)上研發(fā)出艦載衍生型號(hào)[1],能夠發(fā)射大口徑催淚彈、發(fā)煙彈等彈種,作用距離200~370m;此外,國產(chǎn)驅(qū)逐艦與護(hù)衛(wèi)艦上裝備的多管火箭干擾彈發(fā)射器(如圖2),重量較輕且使用維護(hù)簡(jiǎn)便,口徑通常在130 mm以上,射程大于4km,具有空爆功能。

    圖1 船用64mm防暴發(fā)射器

    圖2 火箭干擾彈發(fā)射器

    以上的大口徑拋射裝置,配備特種彈藥,可以裝填燃料催化劑(正、負(fù)催化劑)或含能材料,通過空爆的方式布放到目標(biāo)船只上方,目標(biāo)船只發(fā)動(dòng)機(jī)吸入后,燃料燃燒特性發(fā)生改變就會(huì)造成動(dòng)力系統(tǒng)的故障或損壞;或者向目標(biāo)水域拋射攔截網(wǎng),喪失機(jī)動(dòng)能力。

    1.2 定向強(qiáng)聲發(fā)射裝置

    定向強(qiáng)聲發(fā)射裝置能以較窄的波束發(fā)射強(qiáng)噪聲。據(jù)生理聲學(xué)可知:一般聲音超過85dB就是有害噪聲,聲音強(qiáng)度超過135dB,就會(huì)造成人耳疼痛難忍,聽覺器官受損;而定向強(qiáng)聲發(fā)射裝置在波束開角內(nèi)的聲壓級(jí)可以達(dá)到150dB,作用范圍內(nèi),常人根本無法停留。美國圣迭戈市的(Acoustic Device)聲壓級(jí)可以達(dá)到151dB[2],國內(nèi)有多家單位開展類似的研究,也有相似的產(chǎn)品研制出來。A-merican Technology Corp公司與的外型對(duì)比(如圖3)。

    圖3 American Technology Corp公司與國內(nèi)某研究所產(chǎn)品的外型對(duì)比

    采用多個(gè)這種強(qiáng)聲裝置組成發(fā)射陣列,通過聲場(chǎng)疊加使得發(fā)射聲波的強(qiáng)度進(jìn)一步提高,發(fā)射能量更加集中,作用距離更遠(yuǎn)。采用脈沖方式發(fā)射強(qiáng)噪聲信號(hào),對(duì)于目標(biāo)船只暴露在外的甲板人員有良好的作用效果,可以有效驅(qū)離小型目標(biāo)船只。

    2 技術(shù)可行性分析

    2.1 改變?nèi)紵阅芗夹g(shù)

    燃料催化劑技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)船只發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的干預(yù)提供了解決途徑:通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的粘度或燃燒性能,使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火失效或損毀。有兩種截然相反的方法——負(fù)催化與正催化。負(fù)催化劑工作原理是:發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料的燃燒是一個(gè)復(fù)雜的連鎖反應(yīng)過程,燃料分子在燃燒的高溫高壓和形成的能量作用被活化,在氧的作用下產(chǎn)生自由基或活性基團(tuán),傳播反應(yīng)維持燃燒的持續(xù)進(jìn)行。在燃燒過程中產(chǎn)生的大量OH·、H·等活性游離基,具有很高的能量,非?;顫姡珘勖浅6?。如一旦生成,就立即生成更多的自由基或活性基團(tuán),以維持燃燒過程的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)超細(xì)阻燃劑粉粒與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室高溫燃?xì)庵械幕钚曰鶊F(tuán)接觸時(shí),在高溫下離解產(chǎn)生的離子可以同時(shí)吸附多個(gè)游離基,并產(chǎn)生不活潑物質(zhì)——水,這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的OH·、H·被消耗的速度大于產(chǎn)生的速度,當(dāng)OH·、H·被很快耗盡后,就中斷了燃燒連鎖反應(yīng)的進(jìn)行,使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)怠速或熄火現(xiàn)象,機(jī)動(dòng)能力大幅度降低。某種組分的超細(xì)阻燃劑電子掃描圖(如圖4)。

    圖4 某種組分的超細(xì)阻燃劑電子掃描圖

    另一種截然不同的方法是通過助燃技術(shù)破壞敵方艦船的動(dòng)力系統(tǒng):通過填加含能材料或燃速推進(jìn)劑提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中燃料的燃燒速度,使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在非穩(wěn)定狀態(tài),造成輸出功率下降、艦船整體機(jī)動(dòng)性能降低,甚至使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃料的穩(wěn)定燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z,發(fā)動(dòng)機(jī)溫度迅速上升造成動(dòng)力系統(tǒng)停車或者損毀。目前,納米技術(shù)的發(fā)展加速了這一可能性的轉(zhuǎn)變:納米級(jí)鋁粉作為一種新型含能材料被應(yīng)用在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑中,能夠大幅度提高推進(jìn)劑的燃速[3],或者添加到高爆速炸藥中,由于壓力指數(shù)偏大,在正常情況下添加的極低含量比例是被嚴(yán)格控制的。還可以提高燃料燃燒效率的強(qiáng)力催化劑——鈰的氧化物[4],通過超細(xì)粉末加工技術(shù)制備的鈰氧化物顆粒,具有超大的比表面(表面積相對(duì)于質(zhì)量的量綱),能夠大幅度提高燃料的燃燒速度。正常情況下在燃料中填加的濃度不超過5×10-6[5],否則就可能給發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行造成危險(xiǎn)。當(dāng)這兩種材料以非正常方式進(jìn)入船只發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中時(shí),可以使目標(biāo)船只動(dòng)力喪失或動(dòng)力系統(tǒng)的損毀,為捕捉、俘獲這些船只創(chuàng)造條件。

    海軍艦艇上裝備的大口徑火箭干擾彈發(fā)射器,裝藥量大、射程遠(yuǎn),適宜于完成此類特種彈藥的布放,某艦艇發(fā)射干擾彈的散布效果(如圖5)。我國艦船可以在數(shù)公里外的安全距離上,向目標(biāo)船只的上空或上風(fēng)位置發(fā)射裝填燃燒催化劑或含能材料(納米鋁粉需要保護(hù)劑)的火箭彈,火箭彈內(nèi)的低燃速火藥或壓縮氣體,將藥劑微粒拋射到空氣中形成長(zhǎng)時(shí)間懸浮的氣溶膠。多發(fā)火箭彈齊射可以造成高濃度的懸浮物微粒,目標(biāo)船只的發(fā)動(dòng)機(jī)吸入后,燃料的燃燒特性發(fā)生劇烈變化,造成動(dòng)力系統(tǒng)故障或損毀。

    圖5 某艦艇發(fā)射干擾彈的散布效果

    2.2 攔截網(wǎng)技術(shù)

    運(yùn)動(dòng)過程中的船舶,螺旋槳高速切割水流推動(dòng)自身前進(jìn),根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理,螺旋槳前部會(huì)形成一個(gè)負(fù)壓區(qū),將附近懸浮物吸入該區(qū)域并被槳葉攪動(dòng)纏繞,這在目前螺旋槳推動(dòng)的船只中是一個(gè)難以克服的技術(shù)問題。而懸浮的網(wǎng)狀物,由于自身的形態(tài),增大了被纏入螺旋槳的概率。

    二次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)的反魚雷攔截網(wǎng)技術(shù),發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟:采用高強(qiáng)度阿拉米奧或尼龍纖維編織的攔截網(wǎng),折疊安裝在浮體上,在展開前外形非常緊湊。通過艦首或艦艉的火箭深彈發(fā)射器投放,當(dāng)投射到目標(biāo)水域時(shí),浮體接觸到海水后,氣體發(fā)生器自動(dòng)充氣,便能懸浮在海水中,同時(shí)可展開支柱伸出,使整個(gè)網(wǎng)在水中張開[6]。攔截網(wǎng)帶有定時(shí)自沉裝置,在水中懸浮一定時(shí)間后,浮體自動(dòng)開孔沉入水底。

    此時(shí),一旦大型目標(biāo)船只進(jìn)入攔截網(wǎng)所在區(qū)域,進(jìn)入負(fù)壓區(qū)的攔截網(wǎng)會(huì)因螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)而纏繞于槳葉與船體之間,并隨螺旋槳一同旋轉(zhuǎn),越纏越緊,處在底層的網(wǎng)繩由于與艉軸密封殼體及艉軸轂的高速摩擦產(chǎn)生高溫高壓,導(dǎo)致發(fā)熱融化,加上來自上層纏繞網(wǎng)繩的強(qiáng)力擠壓,融化的網(wǎng)繩材料便被擠入艉軸的密封結(jié)構(gòu)中[7]。由于艉軸密封是一種動(dòng)密封,對(duì)于來自軸向的擠壓力密封效果有限,當(dāng)網(wǎng)繩大量纏繞、摩擦,呈半融化狀態(tài)后沿密封護(hù)套中的動(dòng)、靜結(jié)合間隙擠入,會(huì)造成高壓潤(rùn)滑油的快速泄漏,導(dǎo)致艉軸和合金密封套因潤(rùn)滑不良出現(xiàn)表面損傷,同時(shí),由于阿拉米奧或尼龍纖維網(wǎng)繩材料的熔點(diǎn)與固化點(diǎn)不固定,網(wǎng)繩材料固化時(shí)同樣磨損艉軸與合金套之間的密封面,嚴(yán)重時(shí)造成艉軸和合金套報(bào)廢。

    小型目標(biāo)船只則一般采用轉(zhuǎn)速相對(duì)較高的發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩較小,當(dāng)螺旋槳與攔截網(wǎng)糾纏到一起時(shí),極短時(shí)間內(nèi)就會(huì)越纏越緊而無法擺脫,造成發(fā)動(dòng)機(jī)失去機(jī)動(dòng)能力。而且在海上無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理,必須由其他船只拖帶回干船塢,使船艉螺旋槳抬升出水面才能開展維修。目標(biāo)船只失去機(jī)動(dòng)能力后進(jìn)行捕捉的難度大幅降低,可以俘獲或登船檢查。

    2.3 定向強(qiáng)聲發(fā)射技術(shù)

    定向強(qiáng)聲發(fā)射技術(shù)是通過聲場(chǎng)疊加原理實(shí)現(xiàn)的,聲能量轉(zhuǎn)換裝置是個(gè)大規(guī)模的揚(yáng)聲器陣列,陣列由數(shù)百個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器構(gòu)成,揚(yáng)聲器單元采用相控技術(shù)驅(qū)動(dòng),通過控制每路功率放大器輸出信號(hào)的相位,使每個(gè)單元發(fā)射的聲波幅度在一定的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生疊加,這樣就在特定方向上形成疊加聲場(chǎng),基本原理示意圖(如圖6)。

    圖6 揚(yáng)聲器陣列發(fā)射信號(hào)疊加示意圖

    電動(dòng)揚(yáng)聲器單元數(shù)目越多、陣列規(guī)模越大,發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度就越高,同時(shí)信號(hào)能量就越集中,波束寬度越窄(定向效果越好)。目前,一般的強(qiáng)聲定向發(fā)射裝置可以使波束寬度開角控制在15°左右(如圖7)。

    圖7 國內(nèi)某研究所強(qiáng)聲定向發(fā)射裝置波束圖

    3 發(fā)展和應(yīng)用展望

    隨著石油化工技術(shù)的發(fā)展,新型燃油催化劑的效能越來越強(qiáng),負(fù)催化劑能夠迅速終止燃油燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),使動(dòng)力系統(tǒng)效率下降甚至停車。而正催化劑能夠短時(shí)間內(nèi)將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃油的燃燒轉(zhuǎn)化為爆轟,對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)造成破壞;新型含能材料與納米技術(shù)相結(jié)合,使材料微粒的比表面積大幅度增加,在特定條件下參與化學(xué)反應(yīng)的速度呈數(shù)量級(jí)地增加,而同時(shí)提高常規(guī)條件下的化學(xué)穩(wěn)定性,使用更安全、效果更明顯??梢酝茰y(cè),在未來短時(shí)間內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)超級(jí)燃料催化劑,很小的劑量就能使大型船只的動(dòng)力系統(tǒng)癱瘓。

    結(jié)合生理聲學(xué)的最新研究成果可以推斷,采用強(qiáng)聲定向發(fā)射裝置向目標(biāo)船只人員發(fā)射特定頻率與調(diào)制規(guī)律的噪聲信號(hào),使對(duì)方陷入心神不寧、煩躁、判斷錯(cuò)誤甚至行為失常的狀態(tài),達(dá)到不戰(zhàn)使敵自亂的效果。

    其他種類的能量波束發(fā)射武器(如艦載大功率激光器、高功率微波武器等),對(duì)目標(biāo)的毀傷效果可以根據(jù)需要進(jìn)行控制,隨著技術(shù)成熟度的發(fā)展,可靠性進(jìn)一步提高,使用維護(hù)將更加方便,未來可能會(huì)在艦船上得到廣泛應(yīng)用。

    4 結(jié)語

    現(xiàn)有的艦載武器或發(fā)射裝置,適宜于遠(yuǎn)距離發(fā)射大口徑非致命特種彈藥,能夠改變?nèi)加腿紵匦缘男滦痛呋瘎┖透咝Ш懿牧?,使目?biāo)艦船的機(jī)動(dòng)性能下降甚至動(dòng)力裝置發(fā)生損毀;水下阻攔網(wǎng)可以用于捕捉小型目標(biāo)船只或限制大型船只的活動(dòng)區(qū)域。艦載武器發(fā)射布放技術(shù)、改變?nèi)紵阅芗夹g(shù)、阻攔網(wǎng)技術(shù),可以結(jié)合發(fā)展出新型非致命武器。這類武器裝備可以有效削弱目標(biāo)船只作戰(zhàn)性能,或者通過此類武器開展襲擾、破壞等活動(dòng),可以給敵方造成極大的損失與困擾。

    [1] 王慶明,周麗萍,陳慶磊.國防新兵——國產(chǎn)新型艇載64 mm防暴發(fā)射器系統(tǒng) [J].輕兵器,2010(3):10-15.

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