典型的超空泡導彈包含的“暴風”魚雷、德國的Barracuda導彈和伊朗的“鯨”魚雷等。现在,研发的第二代“暴風”魚雷,具有較強的機動功能,採用發動機推力矢量操控,發動機的燃氣回流頭部進行超空泡補氣,其速度能達到200米/秒,射程能够達到100公裡。德國研发Barracuda導彈長2.2米,直徑120毫米,分量50公斤,航速120米/秒,主要用於保護艦船和潛艇免遭魚雷的攻擊。伊朗研发成功的高速魚雷“鯨”,可從水面艦艇上發射,入水后航速可達100米/秒,從該魚雷的外形、速度、發射尾焰和氣泡軌跡來看,採用了超空泡技術。
超空泡技術不僅可在液體介質中运用,也可用在固體介質中。隻要物體的運動速度足夠快,它就能够將行進過程中的任何介質,包含水、土壤或是混凝土“面向”兩邊,使其周圍构成空氣泡,從而在“空氣”中“飛行”。據報道,美國海軍水面作戰中心和洛克希德·馬丁公司运用超空泡技術研发出一種高功能鑽地炸彈。這種被譽為“鑽地之王”的炸彈一改傳統鑽地彈的流線形彈頭和厚壁式彈體設計,採用了全新的鈍頭和薄殼技術,其鑽地深度可達到300米,比现在美軍兵器庫中最強大的BLU-113型侵徹彈的侵徹才干高出10倍,并且其裝藥量也大幅增多。五角大樓泄漏,這種全新概念的超空泡鑽地炸彈將主要用於摧毀深層地下掩體,其燃燒型彈頭將燒毀敵方地下兵器庫中的生化制劑。
盡管超空泡兵器已經获得顯著進展,可是超空泡兵器的下一步發展仍需打破包含氣泡產生、飞行操控和推進系統等一系列關鍵技術的制約,以進一步拓宽超空泡兵器的未來應用。
隻有在超空泡兵器周圍构成並坚持形態杰出的超空泡, 才干實現巨大的減阻作用。下一代超空泡兵器需求具有愈加靈活的氣泡發生系統,能夠使超空泡兵器系統在超空泡狀態和正常狀態中轉換,並能夠通過減少空泡尺度達到“剎車”或加快意图。
超空泡兵器因其作业於流體力學和空氣動力學兩種極端不同特性的兩相環境中,因而對於超空泡導彈的飞行操控也有著極其嚴格的要求。超空泡兵器系統的進一步發展,要求超空泡系統前部配有刺穿空泡壁的翼或“矢量推力”系統,如能夠供给超空泡兵器機動才干的火箭噴管。可是,由於超空泡兵器系統上的壓力確實很大,以至於在機動過程中存在的任何制導錯誤,都將使超空泡兵器撞擊氣穴內牆形成徹底毀壞。因而,超空泡兵器系統必須具有一個實時的操控系統,以便針對兵器撞擊氣穴內牆的情況及時調整超空泡兵器的彈道。
超空泡兵器必須依托火箭發動機產生所需的推力,可是常規火箭發動機在水中具有兩大嚴重技術缺点,即航程有限和伴隨深度添加時推力隨壓力的添加而下降。航程有限問題能够通過採用高能量密度動力裝置技術來解決,因而確定具有最大比沖的高密度燃料成為研讨關鍵。經研讨,运用金屬燃料(鋁、錳或鋰),並运用海水作為氧化劑與燃燒生成物的冷卻劑的高效燃氣輪機或噴氣推進系統,可能是推進超空泡飞行器實現最高速度的最佳途徑。推力隨壓力添加而下降問題可运用專門的超空泡推進螺旋槳技術來加以避免。超空泡推進螺旋槳技術試驗标明,與火箭比较較,螺旋槳葉供给的潛在推力要高20%,但隻有准確了解螺旋漿與空穴之間怎么相互作用,有關推進系統的研讨作业才干获得真实的進展。
能够預見,隨著国际各國對超空泡技術的不斷認知,未來超空泡技術的應用將會大大改變海上作戰形式。(作者吳彤 張煌 單位:國防科技大學)
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