超空泡鱼雷(英语:Supercavitating
鱼雷)是一种采用超空泡减阻技术的水下超高速武器,主要有
俄罗斯“暴风”超空泡鱼雷、
伊朗“鲸鱼”超空泡鱼雷等。
1977年,
苏联研制的“暴风”超空泡鱼雷投入使用,速度每小时可达200节,相当于当时美制鱼雷速度的4倍。1994年,俄罗斯于
阿布扎比国际防务装备展览会首次对外展示了“暴风”超空泡鱼雷,其直径0.5334米、长度8.2米,起始质量2700
千克,巡航深度4~7米,巡航速度90~100米/秒,航程10千米,为直航攻击鱼雷,以攻击水面目标为主,兼顾攻击水下目标。“暴风”超空泡鱼雷采用空化器与人工通气联合生成与控制空泡技术,空泡系统主要由空化器、气源及通气系统组成,具有两套航行闭环控制系统、五个控制面。2006年,
伊朗正式披露了“鲸鱼”超空泡鱼雷,可携带常规弹头或核弹头,打击高速航行的战舰、潜艇等水面和水下目标。截至2018年,中国的超空泡鱼雷技术水平领先全球,最大作用距离为90千米,最大航速为300节,超过了
俄罗斯“暴风”超空泡鱼雷。
应用在超空泡鱼雷上的控制方法的理论研究主要有线性二次型调节器(LQR)方法、鲁棒控制方法、切换控制方法、反线性化方法、状态反控制方法等。超空泡鱼雷实现机动控制的途径,包括利用头部空化器的偏转、中后部弹出式滑杆(尾舵)穿出空泡壁面的控制面产生控制力,利用尾部周体火箭发动机的推力
向量产生控制所需的机动力等。
简介
超空泡(supercavitation)是一种物理现象。当物体在水中的运动速度超过 100节时,后部就会形成奇异的水蒸气泡,从而产生“超空泡”
流体———机械效应。
超空泡鱼雷是一种超空泡武器,是
苏联海军研制成功的一种超空泡武器。
鱼雷头部装有空泡发生器。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鱼雷。
超空泡现象
最初水下武器或水下作战平台,如鱼雷、潜艇等,都曾遇到过“空泡”问题,且均产生过负面效应。
超空泡是一种奇特的物理现象。随着鱼雷等水下物体在水中运动速度的加快,其上所承受的水压反而会减小,一旦水压减小到一定程度时,与水下物体接触的水就会
汽化,形成空泡。这些空泡不但会改变水的流动形态,而且会降低螺旋桨或喷水推进器的推进效率,并发生爆裂产生强烈冲击,大大缩短水下物体的使用寿命。但是令人奇怪的是,随着速度进一步提高,当水中航行物的运动速度超过50米/秒时,航行物体表面就会出现“超空泡”现象,即在其后部形成水蒸气泡。
海水密度约是空气的900倍,海水阻力也比空气阻力大900倍,而在超空泡中航行的物体所受阻力只有水中的1/900。如果利用一定的技术手段使“气泡”把整个航行物包裹起来,形成一种“气体外衣”,就可使物体始终航行在自己制造的超空泡内部,从而最大限度地避免水的黏性阻力,实现高速航行。另外,超空泡现象不仅会使水的阻力大大降低,而且不会因气泡爆裂而对水下物体表面产生冲击。
武器性能
在20世纪90年代,
俄罗斯科技人员研制成
“暴风”鱼雷。这是一种潜载高速鱼雷,它是
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”,于1997年装备俄罗斯潜艇部队。
“暴风”鱼雷雷体长度8.23米,直径533毫米,重量2600
千克,
战斗部装药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。
发展
俄罗斯“暴风”超空泡鱼雷的问世,代表着水下作战武器的一次革命性飞跃,很可能会改变未来海战方式。随着超空泡技术的不断完善和发展,不仅会使水下武器的速度发生飞跃性变化,还有可能应用于水下或水面航行器,使航行器的水下或水上速度大幅度提高,那时可能出现水下航行器速度超过空中超音速飞行器的现象。由此可见,超空泡技术的广阔前景和重要的军事价值。
俄罗斯研制出超空泡鱼雷导弹“暴风”后,
美国紧步其后,进行了大量研究工作。美国超空泡武器的工作由位于阿林顿的海军研究所(ONR)领导,主要发展两类超空泡武器:超空泡射弹和超空泡鱼雷。
除俄罗斯“暴风”反潜弹、美国机载快速灭雷系统之外,
德国在超空泡武器研究方面也取得了很大的成就,德国现己证实,超空泡射弹克服了40米/秒的水中极限障碍,最高速可达300米/秒。台湾对超空泡理论和应用的研究已经取得很大成果,实验中成功完成了超空泡物体的水下高速运动,但距实际应用还有很大差距。
目前,
俄罗斯“暴风”
鱼雷的相关理念和工艺还是俄罗斯秘密技术,但该鱼雷开始研究于
苏联时期,参与研究和制造该鱼雷的前苏联共和国有哈萨克斯坦、吉尔基斯坦及
乌克兰等,
苏联解体后,该鱼雷的研究机构、制造工厂和实验场分别落在不同的
独立国家联合体国家之中,因个别独联体国家保密制度不健全或出于经济原因,又因美国等西方国家的情报机构于90年代得知有这种秘密武器,加强对俄罗斯旨在获取这种技术的间谍活动,致使“暴风”超空泡高速鱼雷技术信息部分泄露,且有部分
“暴风”鱼雷被国外购买,落入多个国家之中。
尽管如此,目前仍没有“暴风”超空泡鱼雷的公开资料,但由于有关“暴风”鱼雷的消息在90年代公布于世后,在全世界引起轩然大波,以至于在国际互联网和各种学术传言及论文中大量出现涉及这种超空泡武器的信息。
由于超空泡现象发生在水中,各种超空泡武器通常由一些海军强国率先研制,目前比较成功的超空泡武器项目是
鱼雷、炮弹和水下火炮系统。
苏联海军很早就研制出了“风雪”火箭动力推进的代号为“暴风”的超高速鱼雷,并装备部队。“暴风”超高速鱼雷水下速度已达到370公里/小时(约200节),是传统鱼雷的3倍多。其超空泡的发生机理:一是利用超高速自行产生,二是把鱼雷
发动机的尾气引到前面放出。
美国也已经研制出一系列超空泡武器,如超空泡“动能”炮弹、“水下快车”超空泡潜艇和钻地弹等。由直升机装设的“超空泡”炮弹已接近实战应用阶段。这是一种由改型
速射炮发射的平头炮弹,能在两种介质(空气和水)中平稳运行,具有先进的目标定位能力,可打击水面和水中的
水雷。另据报道,美国国防高级研究计划局(DARPA)正在同造船商诺格公司一起开发一种潜艇,该种潜艇水下航行时速度非常高,能够达到100
海里/小时。其核心技术也是超空泡。
超空泡技术也引起了其他海军强国的广泛青睐。
法国的机载反水雷超空泡弹和德、美合作开发的超空泡鱼雷样机,也都已经进入试验阶段。