吉林省科学技术协会主办
吉ICP备案号18002506号
吉公网安备 22010402000667号
来源:科普中国
2018-03-29 15:28:30
鱼雷发射图
“该死的鱼雷……全速前进!”这是南北战争时期,美国海军上将法拉格特在莫比尔海战中留下的,他一生最为人们熟知的名言。
无论是过去还是现在,鱼雷的力量无不让海战中的交战双方胆寒。一艘驱逐舰中了3发炮弹,驱逐舰很有可能无大碍,甚至中了2枚导弹,驱逐舰也有可能不会失去行动力。
但只要被一枚鱼雷击中,这艘军舰多半玩完。
对于很多非军迷的网友来说,鱼雷的威力之大,一直是他们搞不明白的问题。今天,咱们就来说说。
传导能力
在牛顿摆球中,最左边的小球总是能把其大部分能量传递给最右边的小球,反之亦然。
设想一下,如果上面的牛顿摆球中,把中间的那3个小球换成是3块软软的豆腐,牛顿摆还会有这么好的效果吗?
在爆炸时会产生压力波,而压力波能否得到有效传递,这非常重要。同等装药的情况下,在空气中爆炸的效果就没有在水下好,这里面的原因之一是,水的传导能力比空气强。
海水的密度大约是空气的835倍,另外,空气是可压缩的,而海水的可压缩性通常只有空气的三万分之一到两万分之一之间,通常认为水不可压缩。
因此,鱼雷在水下爆炸时,海水就成为了压力波良好的传导体。即使鱼雷与舰艇不是接触式爆炸,而是距离几米远处爆炸,鱼雷也能给舰艇带来重创。
大气泡有大杀伤力
空气中的爆炸,其能量是迅速向四周扩散开去,然而水下的爆炸,其情形很不一样。
水下爆炸。
上图是一个水下爆炸高速摄影,可以看到,爆炸时产生大量高温高压气体,这些气体迅速膨胀,当膨胀到,球内气压等于周围的水压(静压)时,气体球并不会停止膨胀,因为它有惯性,直到过度膨胀后,周围的水压才会再次将其压回“原形”,当气体球被压缩到最小时,球内的气压再次达到另一个巅峰,接下来,它还会继续膨胀。
像这种爆炸气体在水下膨胀-压缩-膨胀的现象叫做气泡脉动。
鱼雷在水下爆炸产生的大气泡以及气泡脉动很有杀伤力,下面咱们借用Mk- 48型鱼雷的一次试验说明这个过程。
Mk-48型鱼雷是美国海军潜舰的主力重型鱼雷,图片来自美国海军。
1999年6月14日,为了试验,澳大利亚海军发射了一枚Mk-48鱼雷,击沉了驱逐舰Torrens,其过程是这样的:
MK-48鱼雷从澳大利亚海军柯林斯级HMAS Farncomb潜艇发射。
鱼雷在驱逐舰下方爆炸,产生冲击波和球形气泡。
冲击波,加上最大直径可达18米的球形气泡,将驱逐舰从中部抬起。
球形气泡膨胀到最大值后,迅速收缩,海水下陷,驱逐舰的中部向下运动。
球形气泡再次膨胀,驱逐舰终于被拦腰折断。
由于球形气泡内是气体,其密度远低于海水,所以其运动方向是向上快速运动,当其上行到驱逐舰底部时,会将气泡上方的水高高冲起,形成喷泉一样的垂直水柱。
驱逐舰Torrens的最后下场。
发生在1999年6月的这次驱逐舰被鱼雷击沉视频,后来用到了2001年上映的《珍珠港》电影中。
上面的真实事例说明,在水中爆炸的鱼雷,其冲击波毁伤是一方面,脉动气泡的威力也不容小觑。
《水中兵器概论(作者石秀华等)》一书中,有这么一个数据,1升炸药爆炸后,可产生1000升爆炸气体产物。在爆炸瞬间,这些气体被强烈地压缩在炸药原有的体积之内,形成高温高压气体,其气压可达到十几万个大气压。
最早期的鱼雷使用的是黑火药,后来使用的是TNT,但现在使用的是混合炸药,通过在炸药里面添加特殊物质,可让炸药爆炸时产生更多得多的气体,以便在水下形成更猛烈的冲击波和气泡脉动。
攻击的是舰船的薄弱部位
一枚导弹击中驱逐舰的甲板,并把其撕裂,但驱逐舰有较大的可能不会因此而涌进大量海水。但鱼雷不同,它攻击的是舰船的水下部分,这也是舰船的薄弱地方,当鱼雷从水下撕裂船体后,必会涌进大量海水,军舰要么失去行动力,要么沉没。
综上所述,鱼雷没有击中则已,若击中,必会给军舰带来很大伤害。
当然,鱼雷威力大还有其他原因,由于它是在水下航行,所以可以方便地借助水的浮力,从而不必把推进燃料浪费在浮力上,这反过来让鱼雷的装药量大大增加。而导弹要想在空气中飞起来,必须依赖一个很大的速度,如此才能产生足够的升力,推进燃料多了,装药也就减少了。