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详解全球超空泡武器技术发展应用

2017-04-20 11:25  来源:中华网社区  作者:苍鹰的翅膀一 人参与 条评论  字号:T | T

  超空化技术的研究历史可以追溯到十九世纪初;二十世纪六七十年代对其的研究聚焦于降低水面及水下航行器阻力;近期的超空化技术研究开始于二十世纪九十年代并持续至今,目前已初见成果。

  一、超空化原理

  当一个物体通过一种液体时,会因液体相对物体的流速不同而承受不同的压力。“伯努利方程”阐明了液体流速与压力之间的关系:流速最高的地方,压力最低。这种压力可以被大幅降低到该液体的蒸气压以下,从而形成小的蒸气泡,这一效应即为空化。当上述速度进一步提升,最终超越一定水平后,这些蒸气泡就会聚合成一个气态的蒸气腔,将整个物体包裹起来,这一现象即为超空化(supercavitaiton)。在超空化现象下,物体的表面及底部因处于蒸气腔内而无需承受流体动力阻力,整个物体所面临的阻力大幅降低。对于弹丸、水下导弹或鱼雷而言,超空化可以大幅提升其水下射程。

  通常情况下,大部分高速弹丸的入水速度已足够引发超空化效果。正确设计的弹药只要在液体中的前行速度保持在关键水平以上,就能始终维持超空化气腔;没有为超空化效应进行设计的弹丸,在液体中的进一步运动会导致其快速减速、不稳定及翻滚,翻滚过程中由于受力过大,弹丸常常会碎裂。标准军用构造高速步枪子弹发射入水后常常会发生碎裂,其在水下的射距约1米。

  当一个物体以低于空化速度入水时,也可能形成气腔。充满这种气腔的不仅是空化现象形成的水蒸气,也有大气压空气。鉴于此种气腔包含大气压气体,所包裹物体的行进速度较低,其将随着物体入水深度的增加而快速破裂。对于船只、鱼雷等行驶速度低于空化速度的物体而言,可以通过生成气体并以某种方式将其排出,形成超空化气腔。

  空化现象还有另外一种生成方式——“莱顿弗罗斯特”效应:当一个物体的表面温度大大高于一种液体的沸点时,其与该液体接触,液体会汽化,形成一种蒸气层。因此,一个炙热的物体进入一种液体时,可能会导致液体蒸发汽化,形成蒸气腔,包裹住整个物体。要使一枚导弹或弹丸的温度达到并保持足以制造超空化现象的水平是不可行的,不过,相关研究曾考虑过让物体排出等离子体来制造类似效果的可能性。

  二、超空泡航空炸弹及反舰导弹

  运用超空化技术的武器曾在二战期间出现,包括一些德国通用炸弹及反舰导弹,譬如亨舍尔公司研制的HS-293空舰导弹。所有这些武器都装配了可以造成水流分离和空化的弹端环。弹端环现在仍可见于某些俄罗斯FAB/OFAB航空通用炸弹上。

  三、超空泡水下枪弹

  二战以后出现的超空泡武器包括很多水下火器。

  苏联/俄罗斯

  苏联B-VI-307实验性水下手枪研制于20世纪60年代中期,从未列装,但很多后续武器的研发都受其影响。该手枪可发射7.62毫米火箭推进型飞镖状超空泡弹丸、4.5毫米飞镖状超空泡弹丸,以及点22口径长步枪弹,其中,发射4.5毫米口径、114毫米长、13.2克重钢制、平顶、双锥鼻、杆状圆柱体超空泡弹丸(弹头)时,枪口初速为250米/秒,在水下的有效射程要视水深及压力而定。由于不稳定性,其在空中的有效作用距离为20米以内。

  ▲SPP1/SPP-1M及SPS弹

  SPP-1特种水下手枪在B-VI-307的基础上于20世纪60年代晚期研制、1971年列装,后被改装型SPP-1M 所取代,两种手枪均使用4.5×39毫米SPS弹。

  APS水下特种突击步枪于20世纪70年代初研制,于1975年列装,使用5.66×39毫米MPS弹,以350~365米/秒的枪口初速发射钢制、杆状弹丸(弹头),在5米水深的有效射程为30米,40米水深的有效射程为11米,空中的有效射程接近100米。

  俄罗斯实验性ASM-DT 两栖特种突击步枪于20世纪90年代研制,未列装,但可能为后来的ADS型双用途特种突击步枪提供了技术基础。

  ADS双用途特种突击步枪于20世纪90年代末开始研制,采用无托枪设计,可发射5.45×39毫米的常规弹药,也可以发射5.45×39毫米的PSP超空泡弹。PSP弹以接近330米/秒的枪口初速发射长53毫米、重16克的杆状弹丸(弹头),该弹丸采用超空泡平顶、长双锥鼻、短圆柱体、以及短型宽角度锥形底座设计。ADS突击步枪代表了目前俄罗斯水下火器的巅峰水平。

  美国

  美国MK 1 MOD 0水下手枪于20世纪60年代末研制,为6发装武器,弹药筒内装有推进弹药及一个重10克、口径2.54毫米、长110毫米的钨合金弹丸(弹头),发射初速为210~230米/秒。该手枪在美军中的地位后被德国P11水下手枪所取代。

  德国P11水下手枪于20世纪70年代开始研制,是一种5发装、电击发武器,以110米/秒的枪口初速发射长117毫米、重31克的超空泡弹丸(弹头)。这种弹丸由钨合金制成,采用超空泡顶端设计、长圆柱体、锥形尾部。P11目前仍为很多西方国家特种部队所使用。

  中国

  中国自行研制了QBS-06式水下突击步枪,关于该武器外界所知细节甚少,有专家认为该步枪是以苏联APS水下特种突击步枪为基础研制,但发射中国国产弹药。

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