书城童书水中霹雳——鱼雷
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第6章 鱼雷核心装置——战斗部(1)

战斗部的构成和作用

斗部作为鱼雷的一个功能系统,由壳体、主装、战雷电缆、起爆网络和触发引信等组成。一般鱼雷战斗部壳体为鱼雷壳体的一部分,即在耐压鱼雷战斗部常被称为“战雷段”。

一、战斗部的构成

鱼雷战斗部,也就是战雷段壳体具有大段连接结构与其前边的引信段或自导段和后边的中段相连接。战雷段壳体阶除保证鱼雷的流线外形和强度及稳定性外,还具有保护主装药和传爆系统安全性以及安装其他附件的功能。

主装药是战斗部用以毁伤目标的含能材料,当前鱼雷战斗部主装主要组成为TNT加RDX(黑索金)加铝粉(第三代装药)或高氯酸铵加铝粉、附加剂和黏结塑料,或塑料黏结加其他低感度高能炸药等(第四代装药)。由于装药量大且形状复杂)目前鱼雷主装药均为铸装。

战雷段电缆为鱼雷主电缆的一部分,是鱼雷向战斗部及各舱段供电与信号传输的总体部件之一。

起爆网络是由电雷管、导爆索(或导爆药)与传爆管组成的起爆系统,可根据引信提供的目标方位信号实现要求的起爆方式,以使战斗部的爆炸能量分布向目标方向倾斜,增大对目标的破坏威力。起爆网络根据需要制成各种形状,如盘状或条状等,可预埋在主装药中,也可在主装药与壳体间设置孔道,战雷准备时将传爆网络装入并固定。

触发引信及其起爆控制装置在实现定向起爆过程中起关键的作用。触发引信在鱼雷命中目标时,感测与目标相撞的负加速度的大小与方向,发出载有目标方位信息的引爆信号,控制特设的起爆网络,实现自瞄准爆破。触发引信具有高可靠度的安全保险装置,以保证在任何情况下电雷管、起爆网络和战斗部的安全。

二、战斗部在鱼雷上的地位和作用

鱼雷的战术技术性能是多方面的,各鱼雷大国在发展和改进鱼雷技术时,无不在追求鱼雷能获得更高的速度,更大的航程、航深,更精确的制导精度和更安全的隐身性能。这些性能的提高是十分重要的,但最终目的是利用鱼雷战斗部的巨大威力毁伤目标,完成战斗使命。所以有人说,战斗部与引信系统是鱼雷的“唯一有效载荷”,这是完全有道理的。虽然雷体的动能和剩余燃料在鱼雷的终端弹道上都有一定的毁伤目标作用,但主要还是要靠引信战斗部系统来消灭敌人。

鱼雷毁伤水面和水下舰艇目标的能源是战斗部装药。鱼雷战斗部装药量是有限的,拿常规装药来说,战斗部装药总量大约占鱼雷总重的1/5。与早期的直航鱼雷相比,自导、线导鱼雷由于制导装置占用了部分空间和质量,战斗部装药量有所减少。

在第二次世界大战后的发展中,作战舰艇的建造材料得到很大的改善,与第二次世界大战期间相比,当前船板钢的屈服极限较前提高一倍左右,强度极限也相应提高了,加上船体抗爆设计技术的改进,船体水下防御能力也提高不少。一方面是鱼雷装药量减少,另一方面是目标抗爆能力提高。这些都迫使鱼雷战斗部与引信技术必须有新的突破,才能使鱼雷在当代海战中不失去其主战兵器的地位。

尤其是航空鱼雷即小型鱼雷,因其尺寸、质量都比较小,装药量一般为50千克左右。这种鱼雷目前主要用于反潜。为了能达到毁伤现代潜艇的作战效果,战斗部采用了聚能技术。50千克装药的聚能鱼雷战斗部,能对当前大中型潜艇造成致命的毁伤。

重型鱼雷是各国鱼雷发展的重点,为了提高作战威力,其战斗部也出现了定向爆破型、加速破片型、聚能型以及综合型,如定向爆破加预制破片,聚爆联合型等。这些新技术的应用加上鱼雷攻击的隐蔽性使鱼雷在对付大型水面、水下目标方面占有优越。

鱼雷战斗部与其他武器的战斗部一样,除了具有巨大的对目标的毁伤威力特性之外,安全特性被置于更加重要的地位。

为了提高鱼雷战斗部的安全性,首先是改进引信的安全性能,提高其安全系统可靠性;变发射基安全系统为目标基安全系统;发明了无起爆药的安全雷管,如爆炸桥丝雷管和飞片雷管等;千方百计提高引信抗干扰能力。同时大力改进战斗部装药,使其在保持高能量密度的同时,机械感度、热感度大幅度降低,不但提高了勤务操作的安全性,同时也提高了鱼雷战斗部的战场生存能力。

前景展望——鱼雷战斗部的发展

雷作为反舰、反潜的主战兵器,与防空导弹和反舰导弹相比,具有许多特点,从这些特点可以看出鱼雷战斗部的发展趋势。

一、水下爆炸

爆破型战斗部主要是利用其爆炸冲击波压力和比冲量等因素破坏目标的。同样的战斗部,水下爆炸的冲击波压力与比冲量较空气中爆炸大出一个数量级以上。

炸存在着爆炸产物所形成的特有的气泡脉动作用,也有很大的破坏作用。如果作为目标的水面舰船或潜艇,采用一般的装甲防护,受到鱼雷攻击时将导致严重的大面积破裂进水而迅速沉没,这就是第二次世界大战时期鱼雷取得骄人战绩的原因。

所以,历来军舰,特别是大型水面舰船和大中型潜艇的设计、建造,总是在可能范围内,千方百计加固,以提高其抗水下爆破能力。此前由于鱼雷引信不能探测目标方位,所以战斗部均采取近中心起爆的单一作用方式,以使爆炸能量成球面向各个方位均匀分布,不管目标在何方向,均可受到均布冲击波的作用而遭破坏。但占绝大部分的分布于非目标方向的冲击波能量却浪费了。为有效击破现代目标的水下防御结构,鱼雷战斗部靠这种简单的中心起爆的爆破型装药,但这将逐渐不适应目标不断强化的现实要求。

1.雷-目相对速度低,目标体相对鱼雷的体积大这一特点决定鱼雷的命中精度高,雷-目交汇时,目标相对鱼雷的方位明确、稳定。现代鱼雷的制导精度不断提高,对于慢速(相对航空器)的大体积目标,先进鱼雷可以直接命中目标的要害部位。例如,当代小型鱼雷可垂直命中潜艇;大型鱼雷也可直接命中目标,或在很小的脱靶距离上命中目标。这些末端弹道条件,使得鱼雷可以采用聚能战斗部、定向爆破战斗部和加速破片战斗部以及这些单项技术联合应用的综合型战斗部——聚能爆破联合战斗部与定向爆破加预制破片战斗部等,进一步发掘其水下爆破威力。

(1)聚能战斗部:聚能战斗部是利用锥孔装药,孔面紧贴金属药型罩,采用适当的起爆方式,形成有利的爆轰波阵面,压垮药型罩形成金属射流,侵彻目标装甲。

(2)定向爆破战斗部:定向爆破战斗部仍然是爆破战斗部,它是充分利用水下爆破冲击波、比冲量和气泡能的优势,同时,根据雷-目交汇的特点设计出优化的装药结构和起爆方式,避免爆炸能量向四面八方均匀散布,而其向目标方位倾斜。

(3)加速破片战斗部:防空导弹和攻击地面非装甲目标的弹药,大多采用高速破片杀伤目标的战斗部,习惯称杀伤弹(杀爆弹)。因为在非接触爆炸条件下破片具有比冲击波大得多的冲击密度,靠爆炸冲击波不可能击毁的弹目交汇条件下采用高速破片加聚焦技术,则可有效毁伤空中目标和地面运输车辆以及有生力量等。

2.目前鱼雷战斗部发展动态

(1)小型鱼雷:现代小型鱼雷的口径多为324毫米,俄罗斯有405毫米等口径的小型鱼雷。小型鱼雷战斗部装药量多在50千克左右,口径405毫米小雷可达108千克,小型鱼雷因体积、质量小,可多种方式发射,机动性好,所以各国仍在不断发展,用来反潜。现代潜艇有单壳体、双壳体和一个半壳体(局部双层壳体)等防护结构形式。双壳体潜艇在其耐压壳体外面还设置一层非耐压壳体,两层壳体间用肋骨支撑、连接,壳体间距在0.85~4米不等,多数中型潜艇壳体间距约2米左右,层间充满海水,这时海水也是一种有效的液层防御,和单壳体相比,双壳体潜艇的防御能力更强。大型潜艇耐压壳体厚度约40毫米,非耐压壳体厚度约10毫米,单壳体潜艇的壳厚约40~50毫米。

小型鱼雷对付小型常规潜艇是很有效的,这类潜艇耐压壳体厚22~25毫米,非耐压壳体厚6毫米~8毫米,壳体间水舱厚为0.85~0.95米,防护能力不是很强。但小型鱼雷一般爆破战斗部对付大型潜艇,特别是大、中型双壳体潜艇,威力就显得不足。因此,从20世纪70年代以来西方国家开始把聚能技术应用到小型鱼雷上,采用聚能技术,使小型鱼雷战斗部可击破大、中型双层壳潜艇的防护结构,射流(射弹)首先击破非耐压壳体,接着穿过压载水层,再击穿耐压壳体,进入艇体内部,还可继续穿透数层隔舱,在耐压壳体上的孔洞直径达80毫米以上。一旦命中目标,就是致命的。随着潜艇的发展,世界上出现了超大型潜艇,双层壳体间的水层可达4米。射流(射弹)在穿过这一水层时,要耗费大量动能。例如,射弹初速为5000米/秒,穿过2米水层时,剩余速度仅为2500米/秒,消耗动能3/4。如果水层厚4米,小型鱼雷一般聚能战斗部就很难对付了。为此,美国首先在MK-50型小雷上采用了串联聚能战斗部。这种战斗部有两级聚能装药,前后布置,前级比后级早起爆若干微秒。前级的射弹击破潜艇非耐压壳体后,开始穿水,由于射弹高速前进,其头部的水形成较大的横向流速,在射弹周身和尾后造成空穴。后级射弹适时跟随前级前进,恰好行驶在前级后边的空穴内,因而可以保持高速。待前级失速之后,后级接力而行,可取得更大的侵彻深度,这样在对付超大型潜艇方面是有效的。

(2)大型鱼雷:大型鱼雷口径一般为533.4毫米,由于大型水面水下目标的抗爆能力大约从第二次世界大战时的318千克TNT,提高到目前的681千克TNT(当量)。而现代鱼雷战斗部装药的能量密度为1.5~2.0倍TNT当量,其破坏水下目标的威力与第二次世界大战时期直航鱼雷相当,若要有效打击现代大型航母或大型水下目标是不够的,所以出现了定向战斗部、加速破片战斗部以及诸项技术综合运用的战斗部。这样,同样的装药量,威力可以大幅提高。例如,如果鱼雷战斗部装药200千克,其能量密度为TNT的1.8倍,则相当于TNT装药360千克左右,采用定向技术,作用于目标方面的冲击波压力较中心起爆的均布场提高30%(在2~3米距离内)是容易实现的,因为冲击波压力与装药量的(1.13/3)次方成正比,所以,冲击波压力提高30%,等于装药量提高100%,200千克现代高能装药可发挥出约700千克TNT装药的威力。在探寻提高大型鱼雷有限装药量条件下,发挥足够破坏大型航母威力的途径中出现了许多设想和专利。例如:“楔形”装药,它是在鱼雷战斗部中,在对称于纵轴布置的两个垂直交叉平面上,装入一定量的炸药,两平面的夹角内所形成的四个“楔形”空间装填大量金属锂的粉末,当鱼雷命中目标时,太铵被引爆,将锂粉抛入水中,锂粉遇水迅速反应,产生大量氢气并放热,形成巨大的气泡脉动作用。由于气泡脉动作用周期可达数百毫秒,虽其压力只有爆炸冲击波压力的10%~20%,但其冲量很大,接近静压的作用,具有强大的压垮作用。还有的专利,提出对角线起爆技术,可利用定向原理,使爆炸能量向目标方向加强。目前可应用的起爆方式很多,不但可进行方位选择,还可进行形式选择,如点起爆,线起爆,面起爆等,优化的方位和形式的配合可同步起爆,也可程控异步起爆,可产生出很强的定向效应。

鱼雷爆炸及其作用分析

爆炸可以由各种不同的物理或化学变化产生,就产生的爆炸过程和现象而言,大致可分为以下几类:物理爆炸现象;化学爆炸现象;核爆炸;

一、炸药爆炸的特征

炸药爆炸是一种高速进行的、且能自动传播的化学反应过程,同时能释放出大量的热并能生成大量的气体产物。炸药爆炸过程具有以下三个特征:

①反应过程的放热性。②反应过程的高速性并能够自行传播。③反应过程中生成大量的气体产物。这三个条件是任何物质的化学反应成为爆炸反应所必备的,三者相互关联,缺一不可。

反应过程的放热性。一个化学反应是否具有爆炸性,与反应过程能否释放热量有很大的关系,只有化学反应是放热的才有可能具有爆炸性,而靠外界供给能量来维持其分解反应的物质是不能发生爆炸的。爆炸反应过程放出的热称为爆炸热(或称为爆热)。它是评价爆炸作用的根据,也是炸药爆炸做功的标志。因此,爆热是炸药的一个极为重要的特性量。

一般常用炸药的爆热为3.71~7.53焦耳/千克。反应过程的高速性。爆炸反应与一般化学反应最突出的一个不同点就是其反应过程速度极高。尽管一般化学反应也可以是放热的,而且反应释放出的热也可以比炸药爆炸反应放出的热量高,但它们却不能形成爆炸,其原因在于它们的化学反应过程进行得很慢。例如煤块燃烧时放出的热量为8916千焦/千克,而TNT炸药的爆炸热为4227千焦/千克。前者反应时间很长,需数分钟到数十分钟,而后者仅需十几微秒,反应的速度相差千万倍。

爆炸反应的速度,一般指爆轰波在炸药中传播的直线速度,该速度称为炸药的爆速。炸药的爆速一般为3000~9000米/秒。

除了爆炸过程进行的高速性外,反应过程的自动传播性也是很重要的。如果反应不能自动传播,反应则会逐渐衰减至熄灭。爆炸反应必须生成气体产物。炸药爆炸后之所以能够对外膨胀做功,其原因在于炸药爆炸的瞬间有大量气体产物生成。由于炸药爆炸反应速度极高,瞬间由固体物质定容转化为气体物质。另外爆炸反应的放热性,使得反应后的气体处于强烈的高温、高压状态。一升炸药的爆炸反应可产生1000升左右的爆炸气体产物,在爆炸的瞬间它们被强烈地压缩在接近于炸药原有的体积之内,因此在炸药所具有的体积内瞬时成为高温、高压气体,其压力可达数十万个大气压。