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第7章 鱼雷核心装置——战斗部(2)

在不同的介质中,质量相同的同种炸药所产生的爆炸威力是不同的。由于水和空气具有不同的密度(海水密度ρ=1023.6千克/立方米,而空气的密度ρ=1.226千克/立方米,海水的密度约为空气的835倍)和不同的压缩性(空气是可压缩的,而海水的压缩性通常只有空气的1/30000到1/20000,一般认为是不可压缩的)。因此炸药在水中所产生的破坏作用比在空气中强烈得多。这是由于水的压缩性很小,它积蓄能量的能力很低,当炸药爆炸时,海水就成为压力波的良好传导体。当装药在无限水介质中爆炸时,在装药本身的体积内形成了高温、高压的爆炸气体产物,其压力远远超过了周围水介质的静压。因此,在爆炸所产生的高压气体作用下,产生水中冲击波,同时爆炸气体的气团向外膨胀并做功。冲击波在水中的传播与声的水下传播近似。

二、水下爆炸对舰船的作用

作战鱼雷对舰船的破坏效果取决于以下三个主要因素。

1.鱼雷的装药量及炸药的威力

鱼雷的装药量越大,对舰船的破坏程度就越大;所装炸药的化学反应越快,放出的热能越大,对舰船的破坏程度也越大。否则,破坏效果就要降低。

2.舰船的防护结构

现代舰船为了对付鱼雷武器的攻击,舰船上都增设了抵抗水下爆炸的防护结构。利用舰船的防护隔舱结构的变形来吸收炸药爆炸的能量,即侧舷分隔成多个隔舱,如空气舱、填充舱、过滤舱等,用来消除和减弱爆炸冲击波和气泡的作用。此外,隔舱的变形将吸收大量的爆炸能。

3.鱼雷起爆点距舰船壳体的距离以及鱼雷命中目标的部位

随着鱼雷技术的进步,鱼雷对舰船的破坏方式由接触起爆发展到非接触起爆。所谓接触起爆,就是鱼雷和目标直接碰撞产生爆炸,这时高温、高压的气体生成物将冲击舰船的外壳板和纵隔墙,使其破裂和变形,然后膨胀的气体以及扰动的水流将使裂缝继续扩大,压力波通过防护隔舱填充液将能量传给装甲隔墙,使其发生弯曲变形。与此同时,舰船的上甲板和舰船底部也发生变形。

所谓非接触起爆,就是鱼雷不和目标直接相撞,而是在相距一定距离即产生爆炸,这时爆炸产生的冲击波及水动力作用在舰船壳体上,使其发生破坏。

由于炸药在舰船舷侧或舰船底部发生接触或非接触爆炸,舰船将部分或完全丧失战斗能力,表现于以下几个方面:

(1)水下爆炸使舰艇壳体破损,造成舱室进水,舰船发生倾斜、稳度恶化或吃水深度加大,甚至导致舰艇的沉没。

(2)如果鱼雷命中舰船的弹药舱部位,将引起弹药爆炸,使舰船遭到毁灭。

(3)鱼雷命中目标舰艇通常使舰艇的机动性下降,武器装备有效使用的可能性降低,还可能导致主机和推进器失去工作能力。由于爆炸冲击波的振动,舰船上的机器、仪表等装置可能受到损伤。结果使武器装备、主机操纵、通讯联络等系统失去电、气控制而不能使用,严重影响舰船的战斗力。

(4)舰船上的燃料、淡水、润滑油等常因鱼雷爆炸而受到损失,导致舰船的自给力下降或被迫退出战斗行列。

(5)鱼雷爆炸还可能破坏舰船上的烟道和蒸汽管道,使战斗人员因蒸汽和烟的作用而丧失战斗力。

四、提高爆炸威力的途径

为了给目标以巨大损伤,鱼雷的装药量应当增大,但在鱼雷总体布置上必须考虑能量储备和其他机件的质量,所以鱼雷的装药量是有一定限制的。当装药量不能再增大时,人们为了提高鱼雷的爆炸威力,必须在炸药的性能、爆炸方式等方面进行研究,以提高鱼雷的爆炸威力。目前用以提高鱼雷爆炸威力的途径有:

1.研究新型高能炸药

早期的鱼雷,采用的是单一的黑火药,以后普遍采用三硝基甲苯(TNT),其爆破威力较低,目前采用的是混合炸药。现有一种季戊四醇四硝酸酯和水反应物(锂金属或其他金属粉末)组成的混合炸药,爆炸后它可产生大量气泡。当鱼雷在离目标几米处爆炸时,这种气泡在内压作用下,不断膨胀。当气泡半径大于气泡到目标的距离时,气泡撞击目标(如潜艇壳体),气泡仍继续膨胀,直到外压大于气泡内压时,气泡才开始破裂。气泡是按球对称进行膨胀的,但破裂却是非对称的,气泡碰到目标的一边先破裂,没有碰到目标的部分破裂稍慢,所以气泡破裂时气体及水流冲向先破裂处,形成了对目标的冲击,如果气泡连续不断地破裂,这就使海水不断地冲击着目标,而且冲击是集中在相当小的截面上,所以气泡产生了很大的穿透力。这个过程时间间隔很短,只有零点几秒。正在研究中的燃料空气炸药,是一种燃料与空气混合的新型炸药,如环氧乙烷气体炸药,其爆破威力可达2.7~5倍TNT当量,不过,这种炸药若要实现在鱼雷上的应用,还需解决起爆问题等关键技术。

2.提高炸药的装填密度

提高炸药的装填密度,对容积受到极大限制的鱼雷来讲,是有很大意义的。采用先进的工艺,可减少药柱中的空泡、裂缝。将最早使用的注装法改为塑装法,装药密度可由(1.67~1.68)×103千克/立方米提高到1.7×103千克/立方米以上。目前又发展成压装,将装药密度进一步提高,使在限定的容积内装更多的炸药。

3.改进战雷头外壳设计,提高雷头装药量

战雷头的外壳应在保证耐压强度的条件下,使壳体厚度尽量薄,筋骨数减少,使雷头容积增大,以增大装药量。此外,壳体还可选用可燃的或高温下能发生氧化的塑料代替金属材料,以提高炸药爆破威力,但还存在一些问题须要解决,如老化问题等。

4.用定向聚能爆炸装药

近年来,舰艇的防御能力比30年前提高了近4倍,最近的核潜艇的防御范围已达到2米,而鱼雷的杀伤半径小于此值,如小型鱼雷的装药量为40~70千克时,杀伤半径也只为0.4~1.3米。

为充分利用鱼雷装药的能量,提高爆破威力,世界各鱼雷生产国都在研究定向聚能爆炸技术,定向爆炸与一般爆炸不同。一般爆炸后,其释放出来的能量是向四面八方传播的,只有一个方向的爆炸能量用于打击目标,所以大部分能量被浪费掉。定向爆炸则是利用了聚能效应,把其余方向传播的能量都集中到有目标的方向上。定向爆炸有两大特点:一是能量密度高;二是方向性强。在聚能方向上,其能量密度比普通的爆炸高几十倍。

英国“旗鱼”鱼雷头具备定向爆破性能。装药量约为300千克,其中20%的质量用于向前定向爆破,其余80%左右质量的装药,用于攻击水面舰艇的常规爆炸,为了增加威力,战雷头内装有占总重约为10%的重金属碎片。它能击穿双层壳体间距达4米多厚的“奥斯卡级”和“台风级”潜艇的耐压壳体,并形成一个直径为20厘米的孔,这足以使其在几分钟内沉没。

攻击5万吨级舰艇时,具有命中一条即能杀伤和命中两条即可击沉的能力。

法国“海鳝”的战斗部质量不到60千克,装有外径为300毫米的聚能炸药,可穿透4倍于它的直径厚度,在攻击具有双层壳体的潜艇时,可穿透2毫米厚的耐压壳体、2米厚的压载水舱和4毫米厚的压力壳。当它攻击到潜艇的最佳部位时,只需一枚就能将其击沉,至少也能迫使潜艇浮到水面上,失去战斗力。

5.核装药

采用核装药可以明显地提高对目标的破坏效果。核爆炸所释放的能量,在空间里呈球形向四周传播,利用冲击波、光辐射、电磁脉冲综合作用,对目标进行主体杀伤。核鱼雷是攻击敌方混合编队、航空母舰编队及潜艇兵力的最有效武器。核装药可行的方案是美国的插入式方式,即将鱼雷的常规装药取出少量,空出的位置用来安装核装药。

核装药的TNT当量为普通炸药的1万~2万倍,通常20克的核装药相当于230千克普通炸药的水下破坏力,且杀伤半径大大提高。核鱼雷能在远距离上摧毁大型舰艇、驱逐舰,甚至航空母舰。据悉,美国已经研制出一种核雷头,其威力可危及距爆炸点半径为1000米的目标,此项研究已进入使用阶段。美国和前苏联都有装备核弹头的鱼雷(属战术核武器),目前主要用于反潜。

6.其他

(1)电磁炮。电磁炮具有高射速(6000米/秒)、高炮口动能、能量转换效率高、快速反应、破坏效果好等突出特点。如果将电磁炮装入鱼雷中,那么它将成为新一代威力显赫的反潜攻舰武器,它的威力远远超过定向聚能爆破所产生的爆破威力,令当代核动力潜艇高强度耐压壳体、舰船装甲以及航空母舰厚实的装甲束手无策。更有意义的是,如果鱼雷的航程足够大,那么鱼雷将由目前的一次性攻击爆破,变为可重复攻击一个目标,或攻击多个目标的多用雷,成为水中潜在的活动反潜、攻舰“基地”。这样既提高了鱼雷攻击威力和效率,又增加了发射舰的安全,同时也降低了战争费用。

(2)射束武器。射束武器是一种能够瞄准、定向和集束地向特定目标发射激光、亚原子粒子、激波、等离子、声波等束能,在一定方向上产生高温、高热、电离、辐射等,从而使目标毁坏或失效的武器系统。因此又称之为定向能武器或能束武器。射束武器穿透力强,能量集中,且能迅速改变攻击方向。它是依靠能量高度集中和精确定向两个特点来发挥威力的。这种武器在鱼雷与反鱼雷系统中,也有广阔的应用前景。

鱼雷引信装置

信是利用目标信息和环境信息,在预定条件下引爆或引燃战斗部装药的控制装置(系统)。引信是弹药的重要组成部分,任何类型的利用战斗部来完成摧毁预定目标的战斗任务的弹药系统均装有引信。接下来,我们简单了解一下鱼类的引信装置。

一、概述

引信的基本作用是探测近区目标,由传感器采集环境和目标信息并由信号处理装置处理后实现对目标的空间、时间选择,输出起爆信号。对鱼雷武器而言,首先由发射、导引和运载系统将鱼雷战斗部运载至目标附近,再由引信控制战斗部的动作时机,即引信控制着鱼雷武器系统对目标作用的最后一个环节。在现代战争中,由于目标的速度、机动性不断提高,欺骗、隐身技术的采用使得目标对抗能力提高,鱼雷与目标交会条件复杂,因此引信性能对提高鱼雷武器的破坏威力具有重要的作用。

鱼雷引信具备以下的基本功能:

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