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第5章 水下刺客——鱼雷的发展历程(4)

航速和航程是鱼雷主要的战术技术指标,它反映了一种鱼雷总体的技术水平,鱼雷的航速和航程应与其主要攻击对象潜艇的发展相适应。目前各国建造的常规潜艇已有不少采用了大直径、小长宽比的水滴型艇体,以降低水下运动阻力,同时加大电机和电池容量,使常规潜艇的水下时速增至20千米左右,最高达到25千米。国外核动力潜艇水下时速早期达到30千米。在美国、前苏联众多攻击型核潜艇中,有相当数量设计精良的水滴型潜艇,其时速高过35千米。最引人注目的是前苏联A级攻击型核潜艇,其水下时速达到42千米。要对付这种核潜艇,要求鱼雷时速达到50~70千米。目前世界上的一些先进鱼雷(无论是轻型还是重型鱼雷),其时速已达到50千米以上,如美国的MK48-ADCAP,MK50,英国的“矛鱼”和法国的“海鳝”鱼雷等。

潜艇战斗行动的基本原则之一是,快速反应,力争先敌发现,先敌机动,夺取攻防行动的主动权和战术上的优势。潜用鱼雷的航程应与发射舰艇探测距离相适应,努力实现在尽量远的距离上发射鱼雷,最少也能在目标的声呐有效探测距离之外发射鱼雷,一方面保证了射艇的安全,另一方面可领先发射鱼雷,达到先机制敌、保存自己的目的。所以,对潜用鱼雷航程的要求主要是根据潜艇对水面舰艇的对抗而提出的。

二、大航深与浅水使用兼顾

某些军事大国的海军十分重视增大核潜艇的下潜深度。这样可以提高潜艇的隐蔽性和生存率,可出其不意地攻击敌人,又可以有效地规避反潜武器的攻击。目前,美国潜艇由于艇壳使用了新材料,可使潜艇下潜深度达到600米。前苏联核动力攻击型潜艇,多数下潜深度为400米。为了对付深潜核潜艇,西方主要海军国家20世纪80年代后研制的新型鱼雷下潜深度大多数都超过700米,其中MK48-ADCAP和“海鳝”鱼雷下潜深度在1000米以上。

为了满足浅海使用和攻击浅水航行的常规潜艇和水面舰艇,大深度反潜鱼雷应具有浅水性能,或根据各国国情适当发展浅水使用的鱼雷。

西欧各国沿海多为浅海,它们研制的鱼雷都能满足浅水反潜作战要求,如A244/S鱼雷可在30~50米海区使用。最具代表性的法国的“海鳝”轻型鱼雷,可在40~1000米深度上对付高速核潜艇和低速常规潜艇。

美国长期以来强调深水反潜作战,它的反潜装备不适合浅海区使用。随着国际形势的变化,美国反潜战已变为以打击浅水航行的常规潜艇为主。美国海军20世纪60年代装备部队的MK46鱼雷正逐步被最新装备的MK50鱼雷代替,MK50既能攻击深水高速潜艇,又能攻击浅水海域航行的低速潜艇。

三、制导新技术

鱼雷作为一种主动攻击的水中武器,正在向大航程、高命中率方向发展,因此对鱼雷控制系统除稳定性、机动性要求外,还提出了精确定位和精确控制的要求。对于远程鱼雷,精确定位是精确控制的基础。在自导探测距离之外,控制鱼雷接近目标的前提是确定鱼雷相对发射舰艇及目标的距离和方位。鱼雷控制系统一般采用惯性导航控制系统,是用惯性敏感元件的输出信息及最初的位置信息来确定鱼雷的姿态、方位、速度的自动导航系统。捷联式惯导系统是将惯性传感器(陀螺仪、加速度计)直接安装在鱼雷壳体上,省去了传统惯导系统的物理平台,用计算机解算,建立“数学平台”。鱼雷捷联式惯导系统的关键技术是惯性传感器及误差补偿和“数学平台”软件开发。以激光陀螺、光纤陀螺为惯性传感器的捷联式惯导系统是鱼雷惯导系统的发展方向。

尾流自导鱼雷由于具有抗干扰能力强、作用距离远等优点,越来越受到各海军大国的重视。目前在鱼雷上得到应用的主要是反水面舰艇的声尾流自导,而应用舰艇尾流的其他物理特性,例如,磁场特性、温度特性、光学特性等的尾流自导系统及用于反潜的尾流自导系统有待于进一步研究开发。

在尾流自导系统的研究中主要进行尾流特性、传感器技术和信号处理等关键技术的研究。

线导鱼雷是当前重型鱼雷的发展方向。鱼雷采用线导导引技术,一可提高鱼雷的射击效果;二可缩短鱼雷武器系统的反应时间;三可提高攻击使用了对抗措施的目标的有效性。所以当前服役的先进的重型鱼雷绝大多数为线导鱼雷。根据海军作战的要求,应增大鱼雷的航程,一般要求其航程大于40千米。目前线导鱼雷使用的导线为铜线,除了质量大、体积大(导线线团)之外,最主要的缺点是传输频带窄,衰减量大,因而限制了导线的使用长度,也就限制了鱼雷的航程。

光纤传输信息在通信系统中的成功应用,引起了各国鱼雷专家的高度重视,提出了以光纤替代普通铜导线的设计方案。光纤具有极大的通信容量,其通信容量是铜线的10万倍,极小的传输衰减,其传输衰减仅为0.14~0.2分贝/千米,这就弥补了普通铜导线的缺陷。除此之外,光纤具有质量小、体积小、不受电磁的干扰等优点。以光纤来代替目前使用的导线,可大幅度提高鱼雷线导性能。因此,光纤线导技术,是鱼雷制导技术中的重要研究课题。

鱼雷制导性能是鱼雷战术技术指标的核心内容,也是研制鱼雷的难点,它直接关系到自导检测能力、抗干扰能力和目标识别能力。由于现代潜艇和水面舰艇为了提高其生命力和作战能力,装备了潜艇模拟器、自航式诱饵以及拖曳式声诱饵,并且采用多种对抗器材配合使用,反击来袭鱼雷。世界各国都已把海军装备中有无先进的水声对抗系统作为衡量舰艇现代化水平的重要标志之一。所以,未来海战特别是水下战斗实际上是探测与反探测、对抗与反对抗的较量。因此,鱼雷制导系统除了必须具有自导作用距离远、搜索扇面大、导引精度高的特点外,更为重要的是具有强的抗自然干扰和人工干扰的能力,能在海洋复杂的水声环境中区别真假目标。

鱼雷智能化技术主要通过制导系统中的高速数字微处理机,应用自适应技术、目标识别技术、最优控制技术来实现。由于水下电子对抗日益发展,鱼雷制导系统需要对自然干扰、各种人工干扰和目标的各自信号的特征进行分类和识别,这些分类和识别又受到自导、目标和海洋环境三个因素的影响,而目标特征和海洋环境是因时、因地而变化。鱼雷能根据实际情况,自行选择及调整其工作状态和参数,不受敌方施放的诱饵和干扰器及鱼群等的欺骗,瞄准在搜索攻击过程中的目标,进行最佳控制,从而实现“精确制导”,垂直命中目标的要害部位。智能化制导技术在国外鱼雷中已得到应用,法国的“海鳝”

鱼雷、美国的MK50鱼雷都实现了不同程度的人工智能。

四、定向聚能爆炸技术

战斗部是鱼雷武器的惟一有效载荷,直接实现摧毁目标的战斗使命。战斗部的威力大小、对目标的毁伤程度,与装药的数量、质量、爆炸方式等有关,也同鱼雷命中目标的位置、舰艇结构有关。

现代潜艇为了自身的安全,不断提高其抗爆能力。前苏联“台风”、“奥斯卡”、“阿尔法”等几型核动力潜艇采用大间距双层壳体结构,耐压壳体由高强度钛合金制造,大大增加了潜艇的下潜深度和抗爆能力。对于深潜核潜艇,20世纪80年代以前的轻型鱼雷所携带的50千克普通爆炸装药,破坏力明显不够。在这种情况下,要达到摧毁目标的目的,一是增加装药质量,二是提高装药性能,三是采用新的爆炸方法。在提高爆炸威力方面,各国除继续研制新炸药外,都采用了定向聚能爆炸技术。采用定向爆炸技术后,40千克的聚能装药量,可产生250千克普通装药爆炸威力的效果。20世纪80年代以后研制,装备部队的轻型鱼雷,如美国的MK50、法国的“海鳝”鱼雷及意大利A290鱼雷等均使用聚能装药。据报道,“海鳝”聚能战斗部爆炸威力极大,足以穿透潜艇的内、外两层壳体,爆炸洞口直径大于80毫米。美国MK50鱼雷战斗部由A、B两部分定向装药组成,当鱼雷碰撞目标时,引信首先引爆A部分装药,冲破潜艇外壳和其他障碍物,经过几微秒后,延迟爆炸器再把B部分装药引爆。两次爆炸方向是一致的,在第一次爆炸的基础上,第二次爆炸击穿潜艇的耐压壳体。

五、降噪隐身技术

随着声呐技术和反鱼雷技术的发展,鱼雷隐身已成为关系到鱼雷作战效能的重要问题。鱼雷隐身包括两个方面的问题:一是吸收目标发射出的探测声波,二是大幅度降低鱼雷的辐射噪声。

关于鱼雷的吸声技术,由于鱼雷的体积小、质量轻(相对潜艇),因而实现困难。目前使鱼雷隐身的主要途径是降低鱼雷噪声。低噪声鱼雷不仅可以提高鱼雷的隐蔽性,而且可以提高鱼雷制导系统的导引精度和作用距离。

鱼雷的噪声分为自噪声和辐射噪声。鱼雷自噪声是指鱼雷噪声传到自导换能器的噪声,鱼雷的辐射噪声,是指鱼雷噪声向周围水中辐射出去的噪声。鱼雷的自噪声过大,会降低自导装置的灵敏度,减小自导作用距离,甚至会使自导系统产生错误动作。鱼雷的辐射噪声会暴露鱼雷的位置,破坏发射舰的隐蔽性。对于线导鱼雷,鱼雷噪声还会干扰本艇的声呐,使之难以识别目标和鱼雷,使导引失败。

研究表明,鱼雷的主要噪声源有流噪声及空化噪声、螺旋桨噪声、动力机械振动噪声及壳体受激振动产生的噪声,对于热动力鱼雷还有排气噪声等。热气鱼雷各类噪声源需采取不同的降噪方法。

流噪声及降噪方法。鱼雷的流噪声,特别是鱼雷头部的流噪声,因其距自导换能器近、频率范围宽,对自导系统工作有很大影响,是鱼雷自噪声的主要噪声源。

常采用的降低流噪声的方法有:

①低噪声外形优化设计;②柔性壁降噪技术;③表面涂层降噪技术;④随行波表面降噪技术等。

动力系统振动噪声及减振降噪技术。动力系统由于机械摩擦、运动部件的不平衡及加工质量等原因,产生强烈的振动和噪声;当主机、辅机及传动系统的特征频率和推进器的叶片频率相同或接近时发生共振。这些振动激励鱼雷壳体振动,将向水中辐射强线谱,不仅能量大,传递远,具有产品的固有特征,是敌舰发现和识别鱼雷的重要信息。同时此类振动和噪声通过壳体传递到头部,影响自导系统工作。

动力系统减振降噪技术有:①动力系统低噪声优化设计;②采取隔振措施,如采用隔振结构、浮阀隔振技术等。推进器噪声及降噪技术。推进器噪声是鱼雷的主要噪声源,既有宽带连续谱,又有特征线谱,是鱼雷噪声控制的重点对象。推进器降噪技术主要包括:①低噪声新型推进器研究,如泵喷射推进器、导管螺旋桨、磁流体推进技术等;②研究用于螺旋桨的高强度、高阻尼材料;③气幕降噪技术等。

壳体结构低噪声设计。鱼雷壳体系薄壳结构,受到动力推进装置等振源的激励所产生振动声辐射,是鱼雷的主要辐射噪声源,并且机械振动通过壳体传递到头部,对自导换能器产生自噪声干扰,影响自导系统工作。通过鱼雷壳体的低噪声结构设计,是降低鱼雷噪声的重要途径。

鱼雷壳体的低噪声设计主要包括:①壳体结构优化设计,合理设计壳体的厚度、肋骨间距及尺寸等;②高阻尼的大段连接结构设计;③壳体的夹层复合结构设计;④用于鱼雷壳体的高阻尼的复合材料研究等。

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