您現在的位置是:首頁 > 網路遊戲首頁網路遊戲

更快!更遠!更深!——現代魚雷的熱動力技術

簡介魚雷電動力裝置,具有結構簡單、噪聲低、無航跡、以及航深變化對主機工況無影響等優點,但是受到電池容量和電機出力的制約,電動力魚雷的航速較低,航程較短,難以滿足現代海戰中對魚雷高航速、遠射程的要求(筆者也一向對利用化學能電池作為能源的推進方式持

魚雷技術研究成功了嗎

你們可能聽說過這樣一句話,“在這個星球上,能夠製造合格魚雷的國家,遠遠少於能夠製造導彈的國家!“現代魚雷,尤其是現代化熱動力重型兩用魚雷(反艦/攻潛),一直以來就是衡量一個國家的現代工業設計和精密製造能力的重要標杆。

更快!更遠!更深!——現代魚雷的熱動力技術

眾所周知,魚雷是非常重要的水中兵器,不但可以用於攻擊水面艦船,還可以用來打擊水下活動的潛艇以及敵方的港口設施、海岸工程等。在現代海戰中,因為現代化魚雷所具有的自動尋的、精確制導、水聲對抗等先進能力,再搭配其較為強大的戰雷頭毀傷能力,已經成為當代海軍強國用於攻潛、反艦、岸防、封鎖(關鍵水道和重點海峽)的最有效海軍武器之一。

更快!更遠!更深!——現代魚雷的熱動力技術

同時,隨著科學技術的不斷髮展以及海戰場態勢愈來愈複雜化、多樣化、對抗強度越來越高,為了應對各種可能的戰鬥態勢,對現代魚雷的要求也越來越高,使得增大魚雷航速、航程、航深以及機動性等主要技戰術指標變得尤為迫切。

而現代魚雷的航速、航程、航深以及機動性主要取決於魚雷動力裝置的綜合性能,也在很大程度上影響到現代魚雷的安靜性、可靠性、維修性和成本費用。從現代魚雷的動力裝置發展路線來看,主要分為熱動力和電動力兩大類。

魚雷電動力裝置,具有結構簡單、噪聲低、無航跡、以及航深變化對主機工況無影響等優點,但是受到電池容量和電機出力的制約,電動力魚雷的航速較低,航程較短,難以滿足現代海戰中對魚雷高航速、遠射程的要求(筆者也一向對利用化學能電池作為能源的推進方式持懷疑態度,包括且不限於傳統柴電潛艇、電動汽車等)。

魚雷熱動力裝置,具有功率大、能量儲備密度高等優點,從而使得熱動力魚雷具有較高的航速、較遠的射程和較大的航深,是現代魚雷比較理想和不可替代的動力裝置。

此外,我們透過一些簡單的推算也可以得出以上的結論:

由於魚雷是在水下航行的,海水的密度是空氣的800倍,在同樣的條件下,魚雷在水下航行的阻力和必需的推進功率也是在空氣中的800倍。例如,口徑533毫米,長度為6。5米的重型魚雷,在50節水下航速的情況下所需的發動機總功率約為400kW,在魚雷總體尺寸約束條件下這是一個很高的要求。如果魚雷需要尾追目標進行攻擊,為了在一定的能量消耗下獲得最大射擊距離,魚雷的水下航速不能低於目標航速的1。5倍,如果目標的航速為40節,則魚雷的水下航速不能低於60節,根據發動機軸功率與航速的三次方成正比,那麼魚雷的所需發動機總功率就不能小於690kW,為了滿足這樣的實戰需求,也只能選擇熱動力裝置。

另外,隨著現代反潛技術的不斷進步以及魚雷告警聲吶、反魚雷技術的實用化和成熟應用,為了確保潛艇展開魚雷射擊時的安全,現代魚雷也最好具有30海里以上的較遠射程。根據魚雷航速、魚雷射程和所攜帶能源的關係,我們也不難得出,在魚雷阻力系數、雷體黏溼面積等約束條件下,當航速一定時,提高動力系統的各種效率和增加能源儲備可以增大魚雷的射程。而熱動力裝置所使用的高能燃料,從能量密度和攜帶量上都要超過電動力裝置,更能滿足這樣的要求。

更快!更遠!更深!——現代魚雷的熱動力技術

目前,現代魚雷的熱動力技術也可以分為:

閉式迴圈,即發動機廢氣不向雷外排放;

半閉式迴圈,即發動機廢氣經冷卻、壓縮等處理後再向雷外排放;

以上兩種技術方案都較為先進,但是結構複雜、研發和裝備成本較高,實際應用受到較大的限制(美國海軍的MK-50型魚雷就是採用Li/SF6閉式迴圈動力),在未來可能會成為主流。

開式迴圈,即發動機廢氣直接排放雷外,這也是現役魚雷熱動力裝置中應用最廣泛的技術方案,但是其效能受到海水背壓影響,為了保持發動機輸出功率不隨海水背壓影響就必須調節發動機進氣壓力並且調節燃料流量。

現代魚雷的熱動力裝置一般由燃料及其貯艙、燃料供應系統、燃燒室和發動機組成。

現代魚雷的燃料和燃料貯艙,一般使用液體單組元、雙組元或者三組元燃料,其中的單組元燃料(OTTO-II)是指燃燒劑、氧化劑以化學或者物理的方式結合在一體,成為一種單一的均質液體;

雙組元燃料的燃燒劑和氧化劑是分開的(過氧化氫+煤油或者柴油,能量密度較高,化學穩定性差,安全性差,曾經造成俄羅斯海軍“庫爾斯克”號核潛艇爆炸、沉沒);

三組元燃料除了燃燒劑、氧化劑還包含有降溫冷卻劑(OTTO-II+HAP+海水),使用安全,航跡小,能量密度是單組元燃料的1。5倍,美國海軍的MK-48系列重型魚雷、英國皇家海軍的“旗魚”重型魚雷等均採用此種燃料。

而燃料貯艙除了儲存燃料之外,還要在燃料供應系統的配合下,確保在魚雷各種運動姿態和各種線加速度、角速度下連續、不中斷的向燃燒室供應燃料。在現代魚雷的設計中,燃料貯艙也是魚雷殼體的一部分,所以還要求具備一定的強度和剛度。

燃料供應系統大多采用泵抽吸方式(軸向柱塞泵)進行燃料的輸送,此外還要保證不同航深時魚雷航速穩定不變和不同速制間的轉換,對燃料的輸送流量進行調節。現有的閉環調節方式較為複雜,技術難度高,各海軍強國國都高度保密,但是在魚雷航深變化範圍較大時誤差較小,可靠性高,已經可以實現現代魚雷的無級變速。

燃燒室分固定燃燒室(活塞式發動機)和旋轉燃燒室(由發動機主軸傳動旋轉),燃料經過噴嘴在燃燒室霧化、混合、燃燒、分解,將燃料的化學能轉變為熱能,產生的高溫高壓燃氣驅動發動機(燃燒器採用固體藥柱點火啟動)。

發動機一般分為活塞式發動機和渦輪式發動機,前者用於輕型魚雷,後者用於重型魚雷,其中的渦輪發動機具有可提供較大功率、尺寸小、質量輕和可靠性高等優點,一般用於口徑533毫米以及以上的重型魚雷,渦輪轉子的轉速可以高達50000轉/分鐘-100000轉/分鐘,還需用減速器將轉速降低到推進器容許的2000轉/分鐘。

由於渦輪發動機的體積較小,可以容許魚雷攜載更多的燃料,而使用更多的高能燃料又能提高整個熱動力裝置的綜合性能,進一步增強魚雷的技戰術指標。因此,渦輪發動機是今後一段時間的主要選擇。

更快!更遠!更深!——現代魚雷的熱動力技術

此外,以美國為首的西方海軍強國已經開始使用能量密度約為OTTO-II燃料3倍的Al、Mg金屬水反應燃料,能量密度更高、更令人期待的 HYDROX燃料(氫氧閉式迴圈動力金屬燃料)也在研發中,將成為未來魚雷的理想高能燃料。

高航速、遠射程、大航深是現代魚雷的必然發展方向,在現有的技術基礎上著重研發高能燃料、減振降噪技術將成為未來魚雷熱動力技術的主要攻關目標,同時還能兼顧有效提升魚雷的保障效能,降低全壽命週期費用。對於我國來說,國內的718所已經在金屬水反應燃料方面積累了豐富的研究經驗,一旦突破相應的技術難關,必將形成我軍的新一代水下“殺手鐧”,有效捍衛海洋主權和領土完整。

Top