超空泡,不可思议的泡泡

文章作者:无情剑客 | 2015-11-26
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超空泡是物体在水中高速运动时产生的一种奇特物理现象。鱼雷等水下物体在水中运动速度的加快,它本身所承受的水压反而会减小,一旦水压减小到一定程度的时候,与水下物体接触的水就会汽化,形成了空泡。这些空泡不但改变水的流动形态,而且降低了螺旋桨或喷水推进器的推进效率,并发生爆裂产生强烈的冲击,大大缩短水下物体的使用寿命。但是令人奇怪的是,随着速度进一步加快,当水下物体的运动速度超过50米/秒时,它的表面就会出现“超空泡”现象,即在其后部形成水蒸气泡,将物体与水接触的部分包住,物体接触的介质就由水变成了水蒸气。这些气泡的压强很大,破裂时产生的巨大压力会对航行器造成巨大破坏。

由于海水的密度大约是空气密度的900倍,海水的阻力也要比空气的阻力大900倍,因而在超空泡中航行的物体所受阻力只有水中的1/900。而如果利用技术手段把整个航行物用气泡包裹起来,形成一种“气体外衣”,就能大幅减少物体所受阻力,物体表面会形成大型空气泡。就可以使物体在自己制造的超空泡内部航行,从而使水的阻力大大降低,实现了高速航行。而且也不会因气泡爆裂而对水下物体表面产生冲击。

超空泡现象很长时间令造船工程师们头痛,因为超空泡现象经常会在高速旋转的螺旋桨叶片表面产生而使螺旋桨高速"空转"从而损坏螺旋桨叶片。

超空泡

超空泡恐怕是世界上最不可思议的泡泡,它可以让水下航行器获得超高的速度。目前这项技术已被应用到鱼雷,有了这种超空泡的鱼雷速度更快,对目标摧毁威力更大。但这种鱼雷也有致命缺点。

20世纪90年代,俄罗斯科技人员研制成“暴风”鱼雷。这种潜载高速鱼雷,是前苏联海军在历经10多年的秘密研究与发展之后,才得到成功的一种“超空泡武器”,在1997年装备俄罗斯潜艇部队。

“暴风”鱼雷雷体的长度为8.23米,直径为533毫米,重量为2600千克,战斗部可装药250千克,航速200节,航程15000米,最大深度400米。鱼雷雷体由头部到尾部逐渐变粗,头部是战斗部,尾部是发动机,尾部中心为火箭发动机喷管,周围有8支小型启动火箭。

在“暴风”鱼雷头部装有空泡发生器,它呈圆形或者椭圆形平盘状,向前倾斜形成一个“冲角”,以产生支持雷体前部的升力。紧靠空泡发生器后面是几个环状通气管,它将火箭排气注入空穴气泡以使其涨大。鱼雷从潜艇上的发射管发射后,先由8支启动火箭工作,将鱼雷加速至超空泡速度。航行时首先由空泡发生器产生局部气泡,然后由通气管向局部气泡注入气体,使之膨胀成为超空泡。然后主火箭发动机工作,使鱼雷在水中高速运行。“ 暴风”鱼雷在水中运动时,空气从头部排出,在雷体表面为气泡所覆盖,形成“超空泡”。所以,它的水阻力很小,速度很高大,大大超过普通鱼雷。在鱼雷尾部拖有制导导线,用来控制鱼雷的运动和引爆战斗部。

“暴风”鱼雷已经装备俄罗斯潜艇部队,在“阿库拉”级攻击型核潜艇上就装备有这种超空泡鱼雷。俄罗斯海军还在积极研制、发展超空泡鱼雷。德国与美国也在发展超空泡鱼雷,这两国的海军研究部门进行合作,研制新型超空泡鱼雷。  

超空泡鱼雷速度快、动能惊人,威力大。这种鱼雷凭借撞击能量,都能造成目标严重伤害,如果再携带高效能的爆破弹头或核弹头,任何舰艇都难防范。

有利必有弊,超空泡鱼雷自亮相以来还没有被应用于实战,一定程度上也是因为它的技术仍有待完善。

超空泡鱼雷的优点是速度快、威力大,其缺点就是直航、射程短和容易暴露潜艇所在位置。一般鱼雷射程20至30公里,超空泡鱼雷射程要短很多,甚至不到10公里,而且只能采取直来直去的直航式攻击手段。有报道称,前苏联曾发展出试验用途的VA-111鱼雷,最高速度可以达到200节(时速370公里),但射程仅7到13公里。超空泡鱼雷如此短的作战距离,必将极大限制潜艇的作战能力。

超空泡鱼雷还有一个致命缺点,就是太容易被发现。火箭发动机的推进和超空泡的溃灭都伴随着巨大的噪声,这些都使其较易被敌方发现。一般而言,鱼雷发动机设计要求尾气小,这样不易于被发现,但超空泡鱼雷发射出去潜艇无法做好隐蔽工作,因为其发射后会产生长长的白色尾气,这样一串明显的泡泡,会暴露潜艇位置。因此,在实战中若使用超空泡鱼雷,很可能会造成同归于尽的局面。

此外,超空泡武器有着很高的工艺要求。超空泡技术也对鱼雷外形设计和结构强度提出了高要求,因为如果外形不均匀,鱼雷航行时会晃动,超空泡容易断,因此超空泡鱼雷十分结实,即使不安装其他战斗部也能对目标船体造成严重伤害。

即便有很大的缺点,但由于超空泡武器明显的优点和巨大破坏力,很多国家正在加紧研究这项技术,并且将这项技术拓展到其他武器上。例如,这些年一直热炒的超空泡潜艇技术。

超空泡

潜艇和鱼雷不同,潜艇对超空泡技术的要求更高。在潜艇上应用超空泡技术主要面临两个难题,一是如何延长超空泡时间,使其完全笼罩大型潜艇;另一个是超空泡需要航行器快速行驶,如何控制高速航行的潜艇特别是航向还有待突破。超空泡技术目前主要是应用在无人驾驶的水下航行器,而且多局限在直线航向。

由于超空泡属于新技术,超空泡武器尚属于新概念武器,在研发改进的过程中需要克服的技术难点还有很多,如巨大的动能需求、有效灵活控制航行器,等等,特别是目前的相关研究和试验,只能是在鱼雷和小艇等小型航行物上进行。

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