引言
魚雷是用以攻擊、摧毀潛艇和水面艦船的重要海戰武器。作為海戰的主要武器,魚雷武器具有多方面的戰術技術性能指標,其中主要的有航速、航程、最大航深、噪聲和無跡性等。隨著科學技術的發展,高新科學技術不斷地應用到戰爭中來,為了在未來海戰中占據更大的優勢,魚雷正朝著高航速、遠航程、大航深、低噪聲方向發展。 魚雷動力系統是魚雷的主要組成部分之一,無論從重量和體積的角度來看在全雷中都占有很大比例。且魚雷主要的戰術性能指標直接取決于魚雷的動力系統。魚雷動力系統一般有能源儲備與供應系統、發動機、推進器等部分組成。魚雷動力系統可分為熱動力系統和電動力系統兩大類。熱動力系統的能源是推進劑,利用推進劑燃燒反應釋放的熱能來做功,故其發動機是熱力發動機。電動力系統的能源是動力電池,利用動力電池放電釋放的電能來做功,故其發動機是推進電動機。
動力系統的發展
魚雷從最早的瓦斯雷發展到現在的電動力和熱動力魚雷,經過了一個長期的發展過程。但是各動力系統在應付未來海戰中還存在很多的不足和有待完善的地方,各國都在做出自己的改進和革新。為了解決熱動力魚雷在大深度航行時的影響,各個國家都在研究半閉式和閉式循環動力裝置,并且取得了一定的成績。電動力魚雷關鍵是高能電池的研究。目前銀鋅電池是在役魚雷上使用最多的一種電池。魚雷電機的發展方向是進一步改進永磁電機,提高推進電機的可靠性、維修性、比功率等性能。為了解決電動力魚雷航程短的問題,還可借助于空投及火箭助飛的發射方式,綜合利用魚雷與發射裝置之間的搭配關系,進一步提高魚雷的作戰指標。 熱動力、電動力系統比較 動力系統作為魚雷戰術性能指標的主要決定部分,特以魚雷武器的戰術性能指標對熱動力、電動力系統作出比較。 一、 航速 為能對艦船做出有效的打擊,魚雷的航速一般至少是目標航速的1.5倍
以上,當前,常規潛艇水下速度為25節左右,核潛艇一般在35節左右,水面艦艇一般在25-35節之間,這就要求魚雷航速應該大于50節,更高的航速更能減少目標的規避時間能形成更有效的打擊,因此在航速方面是越高越好。 航速的關鍵因素是動力系統的單位輸出功率即比功率,目前服役的電動力魚雷采用的電機比功率在采用了稀土永磁無刷技術后最大為1.7KW/kg;而目前在役的熱動力魚雷使用的凸輪機和擺盤機比功率為2 KW/kg。又由魚雷所需的功率即螺旋槳所提供的功率正比于魚雷的速度與前進迎面阻力 (魚雷推力)的乘積,而魚雷前進迎面阻力 又與魚雷速度的平方成正比。所以,魚雷所需的功率與雷速的立方成正比。在其他外界條件相似的情況下,電池組單位時間釋放的電能想對于熱動力系統熱機所做得功要小,熱動力系統提供的功率大于電動力系統提供的功率。所以,熱動力系統更能滿足高航速的要求,近年來隨著高能電池和永磁技術的發展使得電動力系統也在慢慢的接近熱動力系統。
二、 航程
航程的直接決定因素是動力系統的能量密度,在航速一定的情況下,能量密度越高能達到的航程就越遠。對熱動力系統主要是指推進劑的能量密度,對電動力系統是指電池組的容量。 用于電動力系統的電池組主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、銀鋅蓄電池、一次銀鋅電池、鎂/氯化銀海水電池、鎂/銅海水電池及鋁/氧化銀電池。而這些電池組中最新的鎂/氯化亞銅海水電池的能量密度相比其他電池組要高,能達到150Wh/kg。用于熱動力系統的推進劑主要有煤油+空氣、煤油+氧氣、煤油+過氧化氫、煤油+硝酸、OTTO-Ⅱ以及由OTTO-Ⅱ組成的HAP推進劑。以上幾種推進劑的比能量從最初的煤油空氣的0.197Wh/kg到OTTO-Ⅱ的336.27Wh/kg,而最新的OTTO-Ⅱ組成的HAP比能量達到了470.78 Wh/kg。由此看來,目前的熱動力系統推進劑的能量密度要明顯大于電動力魚雷電池的能量密度。熱動力魚雷比電動力魚雷能達到更遠的航程。
三、 航深
核動力的發展使得潛艇下潛的深度越來越深,而要對潛艇形成攻擊最好是比潛艇的下潛深度更大,魚雷的最大航深主要由魚雷承受的背壓對動力系統影響決定。 熱動力系統主要采取開式循環,半閉式循環和閉式循環,而大多數為開式循環和半閉式循環,與外界存在物質交換。隨著航行深度的增加,魚雷的排氣壓力就隨著增加,而初始壓力一定,所以背壓也隨之增加,循環功率和效率都會降低導致了動力系統的做功能力下降。而電動力魚雷不存在物質交換,航行深度不影響其做功能力。因此電動力魚雷能達到更深的航行深度。 四、 噪聲 魚雷的噪聲不但影響自己的隱蔽性還影響自己的導航能力。熱動力系統產生的噪聲主要是發動機工作循環工程中得機械振動和傳動機構之間的摩擦和機械噪聲,以及附屬機件的機械噪聲,還有就是推進劑在管道中流動和燃燒過程產生的噪聲,相對噪聲較大。電動力系統主要是電機轉動以及減速器等傳動附件產生的噪聲,相對熱動力系統噪聲要小。 五、 無跡性 航行軌跡主要是系統與外面物質交換產生的運動軌跡。由于熱動力系統大多數是開式循環和半閉式循環,與外界都或多或少的有物質交換,所以無跡性不好。而電動力系統與外界沒有物質交換,無跡性要好很多。 六、 其他 在從技術設計的復雜性考慮,熱動力系統要復雜與電動力系統。電動力系統的穩定性也要優于熱動力系統,電動力在發射管里就也開始啟動,而熱動力系統魚雷要與海水接觸后才開始啟動。 總結 熱動力魚雷雖然在航速和航程方面都優于電動力魚雷,但其技術難度大,研制周期長,航行深度受背壓影響,噪音大,航跡明顯,隱蔽性差。而電動力魚雷可在大深度航行,功率不受背壓影響,噪音小,不排氣,無航跡,隱蔽性好,造價也比較低廉,其單雷價格是熱動力魚雷的三分之一。
因此各國海軍大都同時裝備有熱動力和電動力魚雷,以發揮各自優勢,提高作戰能力。