超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式

2018-10-20 - 超空泡

近日,外媒一篇有关超空泡潜航器的报道引起了军事爱好者的普遍关注。为了适应未来海战的需要,各军事强国都在极力发展能够主宰海上战场的先进武器。在这种背景下,超空泡技术受到了世界主要军事大国的高度重视,他们投入大量的精力和资金将超空泡技术应用于武器系统。请看科技日报特约专稿——

超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式
超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式

超空泡技术是提高海洋军事实力,尤其是提高攻击航母编队能力的关键技术。美国国防部已将超空泡高速武器列入需要在全世界范围内密切关注的24项重大武器技术之一,俄罗斯、德国也始终在进行超空泡导弹的研制与改进。许多专家预测,一旦超空泡武器的一些关键技术得以解决,未来海上作战模式将大大改变。

超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式
超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式

溯源:水下航行器减阻增速

常言道:“兵贵神速”,航速在很大程度上影响着海战装备的作战性能。由于水的密度远远高于空气密度,使得海战装备在水中的阻力数百倍于其在空气中的阻力,航行速度只有空中飞行器速度的十分之一。而且由于推进一个水下物体所需的能量与航速的立方成正比,即要使航速提高一倍,推进系统必须提供8倍的能量,因此想通过常规的方法使航速明显提高显然有些无力。

超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式
超空泡反水雷射弹 超空泡武器:速度极大提高颠覆海战模式

为有效降低水下航行器的阻力,世界各国采用了各种技术方法,包括在物体表面布置纤维分子,在物体表面涂覆粘弹性材料,通过多孔表面扩散气体,向物体与水之间的边界层注入气泡等等,其中,超空泡技术受到了世界各国的广泛关注。

超空泡是物体在水下高速运动时产生的一种物理现象,当物体在水下运动时,随着物体速度的增加,液体内部局部压力不断降低,如果物体速度增大到某一点,液体内部局部压力就低于饱和蒸汽压,此时,液体或固体与液体的交界面上会形成蒸汽或气体的气泡,这一过程叫做空化,形成的气泡就是空泡。

一定条件下形成的完全或几乎完全包围运动物体的空泡就是超空泡。超空泡形成后,运动物体完全或几乎完全被空泡包围,这样,运动物体接触的介质就由水变成空气,物体类似于在空气中运动,利用超空泡技术可以使水下物体的阻力减少90%以上。

二战期间,德国最早进行超空泡及其应用于水下武器的理论与试验研究,随着二战结束,相关研究暂告停止。前苏联的乌克兰流体力学研究所于1960年就开始研制超空泡武器,于20世纪70年代中期研制成功“暴风”鱼雷,并于1997年装备部队,速度可达100米/秒,是传统鱼雷速度的3—5倍。

德国在上世纪70年代立项研究SMG3型超空泡射弹式水雷,上世纪80年代提出了改型超空泡射弹水雷项目。20世纪90年代,在美国国防部高级研究计划局和海军研究署的支持下,美国海军水下战中心开发了两种用途的超空泡技术,一种是高速水下弹药系统,另一种是大型水下超空泡航行体。

从超空泡武器的技术优势和未来海上作战需求两个方面来看,超空泡技术必将会用于完成海军的大量任务。如载有水下机枪的小型近程水下航行器,彼此利用高速“水下子弹”在水中进行射击;远程多级超空泡导弹可使导弹防御系统失效,在水下快速航行数十海里接近目标,天基和空基防御手段都难以有效应对;高速反鱼雷超空泡鱼雷的良好性能将能够完成反鱼雷平台的防御任务;稍作改动的轻型超空泡武器能够增强机载平台对付水下目标的能力,该武器可在较远的防区外发射;超空泡武器在未来还可以与水下无人航行器这样的远程长续航能力的隐形平台一起使用,在高风险区执行任务。

现状:运载工具与攻击武器并重

超空泡技术不断发展,世界军事强国的科研人员纷纷将其作为研发下一代新概念武器的方向,形成了以超空泡水面航行器、超空泡水下航行器、超空泡弹药、超空泡导弹、超空泡钻地弹等为代表的一系列“超空泡武器”。

超空泡水面航行器

超空泡水面航行器主要指超空泡舰船,即通过利用气泡覆盖舰船的整个船体表面,使船体不直接与水接触,进而减少水的阻力,提高舰船航速。2011年8月10日,美国朱丽叶舰船系统公司公布世界上第一艘采用超空泡原理设计的舰船——“幽灵”号。

“幽灵”号舰船的发动机由两个装载在浮筒中的T53-L-703涡轴发动机组成,驱动位于船体前部吊舱中的旋转螺旋桨,使螺旋桨产生“超空泡”效应,最高航速可达50节。其具备雷达隐身性能,可携载鱼雷,并且具有全电脑控制功能可不需要任何船员执行操作任务。

超空泡水下航行器

美国国防高级研究计划局提出超空泡“水下快车”计划,研制一种直径2.43米、质量60吨,能够下潜到6米深度,以100公里/小时的速度持续航行的超空泡水下运输艇,用于运送高价值物资和作战小分队,通用动力电船公司和诺斯罗普?格鲁曼公司共同参与项目研制。

通用动力电船公司因在海军潜艇和水下武器研制方面的悠久历史,使其过去数十年间一直处于超空泡技术的研究前沿。诺斯罗普·格鲁曼公司也在研究超空泡技术,并生产了多种水下航行器。

超空泡弹药

超空泡弹药包括超空泡水下子弹和超空泡炮弹。为进行水下袭击,美国海军水下作战中心研制超空泡水下子弹,其头部扁平,从水下机枪发射,初速接近常规枪弹在空气中发射初速。超空泡炮弹是一种平头炮弹,由改进型速射炮发射,它可以在空气和水中平稳航行,并且具有先进的目标定位能力,可用于消灭水面的漂浮水雷和近水面的触发式水雷。

美国海军正在考虑部署一种装备于水面舰甲板的RAMICS近程武器系统,用于消灭致命的尾波制导鱼雷。超空泡炮弹技术下一步将发展利用自适应高速水下弹药的全水下火炮系统,为舰艇构筑起水下防线。

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