魚雷在水下運動時螺旋槳靠什麼能驅動?

歌唱的小貓咪


1866年,英國工程師羅伯特·懷特黑德發明了第一枚實用魚雷,在此後的一百多年裡,魚雷成了海戰中最重要的武器之一。二戰期間,死於魚雷之手的航空母艦就有17艘之多,還有戰列艦、驅逐艦、商船等無數冤魂。

它專門攻擊艦艇薄弱的水下部分,一枚重型魚雷就能將3000噸大型軍艦攔腰折斷,成了各國海軍既避之不及,又趨之若鶩的殺手鐧。

1、最早的魚雷使用壓縮空氣發動機,驅動螺旋槳前進,速度很慢,射程很短,只有640米。此後,魚雷動力系統經過了數代發展。

2、20世紀初,魚雷進入熱動力時代。熱動力魚雷採用開式、半開式或閉式循環發動機,將化學能源通過燃燒轉化成機械能。

熱動力魚雷發動機有活塞式、渦輪式、燃氣輪機、火箭發動機等等。美國現役主力 Mk48 Mod 5重型魚雷,就採用半閉式循環的擺盤活塞發動機,最大航速55節,最大航程46千米。

▲Mk48 重型魚雷

活塞式發動機又分為往復式、凸輪式、週轉斜盤/擺盤式等等。

魚雷在水下運動,不能從周邊獲得氧氣,所以要自已攜帶氧化劑、還原劑,就像火箭在太空中飛行要攜帶氧化劑一樣。魚雷熱動力發動機先進與否主要看推進劑的能量密度高低。

早期的熱動力發動機使用酒精、煤油+壓縮空氣燃料,能量密度很低,比能量只有0.197Wh/kg。後來,推進劑飛速發展,從煤油+氧氣、煤油+過氧化氫、煤油+硝酸,一直到現在廣泛使用的奧托II及其組合燃料,比能量已經達到470 Wh/kg,比最初提高了2300多倍。

熱動力魚雷的優點是:航程大、航速快、噪聲也大,但同時因為開式、半開式循環與外界工質交換,所以會產生明顯的航跡,不利於隱蔽。

3、除了熱動力魚雷,推動螺旋槳的還有電動魚雷。

電動魚雷,採用電池組推進,和電動自行車原理差不多,但電池性能好很多。從早期的鉛酸電池、鎘鎳電池,一路到銀鋅電池、鎂/氯化銀海水電池、鎂/銅海水電池、鋁/氧化銀電池,能量密度迅速增加,已達到100~150 Wh/kg,但從數據上看仍不如熱動力魚雷強悍。

意大利和法國聯合開發的MU90魚雷,採用無極變速的單轉永磁無刷電機,最高航速50節,最大航程25千米,已經接近優秀熱動力魚雷的性能指標。

電動魚雷不受海水背壓影響,潛深大,無航跡,噪音低,但航程短、航速低,正好與熱動力魚雷相反。

4、此外,還有不用螺旋槳推進的噴射式魚雷,一種是噴氣的,一種是噴水的。

著名的俄羅斯“暴風雪”超空泡魚雷,使用火箭發動機,鎂基金屬水反應燃料,最高航速達到驚人的200節,但航程只有10千米左右。

5、而最新推動螺旋槳的,還有俄羅斯剛剛公佈的 “波塞冬(Poseidon)”核動力魚雷。

它用液態金屬反應堆驅動螺旋槳前進,擁有無限航程,可在水下潛伏數十天,航程1萬公里,可攜帶核彈頭,是真正的戰略級武器,名副其實的“海神”。

雖然現在的魚雷,因射程太短被反艦導彈奪去了主角光環。但隨著先進燃料和發動機的不斷髮展,未來擁有超遠射程和自主導航能力的魚雷仍將是軍艦、潛艇的噩夢,甚至有可能讓水下重型裝甲重新迴歸呢。


和風漫談


最早的魚雷用壓縮空氣驅動螺旋槳,但是航程短,速度慢,壓縮空氣釋放會吸熱,容易結冰。

後來有人發明了電驅動,這個一直沿用到現在,區別只是供電電池越來越先進,現在的電池無須維護,不啟動的時候,電池液存放在密封容器內,一旦發射,容器解封,電池液釋放,電池即可釋放電能。

一戰前,有人發明了蒸汽瓦斯魚雷,這是一種熱動力魚雷,燃料和水同時進入燃燒室,燃燒後產生蒸汽,驅動螺旋槳旋轉,做功後的蒸汽直接排放到海水中。蒸汽瓦斯魚雷的優點是速度高,通常在50節以上,射程遠,可以達到4-5千米,甚至可以超過8000米。缺點是隱蔽性差,它在航行中因排出氣體形成航跡,易被對方艦艇發現,還有一點是不能用於很大的深度。蒸汽瓦斯魚雷是一戰和二戰中用的最多的魚雷。

現代魚雷主要分為電動力魚雷和熱動力魚雷,電動力魚雷不多做介紹。

熱動力魚雷是採用熱能(熱動力)作為動力來源的魚雷,由自身攜帶的化學能或其他能源轉化為熱能,有熱能轉化為機械能驅動螺旋槳。

熱動力魚雷按使用的推進劑,可分為單組元推進劑魚雷、雙組元推進劑魚雷、多組元推進劑魚雷、混合推進劑魚雷和固體推進劑魚雷。推進劑就是熱能的來源,分為燃料,氧化劑。有普通推進劑(氣、水、油)、單組元推進劑(如奧托燃料)、多組元推進劑(如奧托-II+過氧化氫+海水三組元燃料)和固體推進劑。由於魚雷在水下航行,不可能像飛機和汽車一樣從周圍大氣中取得氧氣,因此它必須攜帶氧化劑,一般有空氣、過氧化氫和純氧。水的作用是噴入燃燒室,用以冷卻燃氣,其生成的水蒸汽與燃氣混合後一起進入主機做功,因此水與燃燒劑、氧化劑共同組成推進劑。

熱動力魚雷按發動機,分為往復式發動機魚雷、凸輪式發動機魚雷、擺盤或斜盤式發動機魚雷、火箭發動機魚雷和噴水發動機魚雷。

除了上面提到的那些,還有一些特殊的魚雷,比如火箭助推魚雷又稱為反潛導彈,把魚雷裝到導彈上,先飛到目標附近,再入水攻擊,一般用來攻擊潛艇,速度非常快。還有俄羅斯的超空泡魚雷,用火箭發動機驅動,頭部有特殊裝置可以把魚雷前部的海水氣泡化,使得這種魚雷受到的阻力非常小,航速可以達到400節,也就是每小時740公里,幾乎趕上巡航導彈了,這種魚雷幾乎可以直瞄攻擊。

魚雷這種武器,是一種非常複雜的高精尖武器,世界上只有少數國家可以獨立設計製造。


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1866年,英國工程師羅伯特.懷特黑德發明了海軍史上第一種實用性自航魚雷(懷特黑德的含義就是“白頭”,這種魚雷通常被稱為“白頭”魚雷,後來又出現了黑頭魚雷的提法)這種魚雷幾乎奠定了此後各種螺旋槳推進魚雷的大致結構設計。但是,由於懷特黑德選擇了壓縮空氣推動汽輪機來驅動單個螺旋槳,雖然壓縮空氣的壓力高達2.55兆帕,但僅能保證螺旋槳達到100轉/分的轉速,魚雷的航速僅為6.5節。1906年白頭魚雷已經能夠達到35節的航速。

但壓縮空氣釋放能量會吸收熱能,導致嚴重的結冰問題,早期魚雷設計師開始轉向用熱機驅動螺旋槳,1904年懷特黑德魚雷公司在魚雷上加入了最初的燃燒室,1908年英國人完成了蒸汽推動汽輪機驅動螺旋槳的溼式加熱器設計,併成為一戰及其後最主要的魚雷動力系統流派。

不過,壓縮空氣僅有21%的氧氣,燃燒產能有限。因此英國、日本和德國均嘗試用氧氣代替壓縮空氣,但隨之而來的自爆危險性卻使得腦子正常的國家選擇敬而遠之。

另一個魚雷動力系統流派是電動魚雷,該流派的源頭是1877年澳大利亞籍猶太武器工程師路易斯.布倫南設計的線導電動魚雷。這種長度僅4.6米的魚雷可以能夠在3.7米水深中以27節航速行駛1800米。之所以稱之為“線導”是因為魚雷由後部直徑不如2毫米的銅纜控制。操作人員在12米高的鐵塔上,依靠特殊的雙目望遠鏡追蹤魚雷的航跡,並根據目標和魚雷的相對位置進行操縱。在試驗中這款魚雷甚至在操縱小轉過180度繞到目標另一側成功命中。

1886年英國皇家海軍決定將布倫南魚雷作為英軍制式的海防魚雷使用。此後十五年中,英軍在本土的克里夫堡、懷特島、朴茨茅斯,愛爾蘭的科克港、馬耳他以及香港的鯉魚門等地設置了布倫南魚雷。作為一款早期魚雷設計,布倫南魚雷最大的問題是價格過於昂貴。十幾年之前英國訂購“白頭魚雷”僅花費了15000英鎊,而布倫南魚雷竟然花費了英國海軍十幾萬英鎊。由於價格過於高昂,包括新加坡在內的近十套布倫南魚雷系統最終都被取消。

電動魚雷逐漸實用化源自蓄電技術的發展,1873年約翰.埃裡克森(說愛立信你們就明白他是誰了)發明了電池供電的電動魚雷。二戰期間德國設計了經典的G7e型電動魚雷,並催生了美製Mk.18以及FIDO等型號。現代電動魚雷通常採用不需要定期維護的氧化銀電池,電動機推動的共軸反槳螺旋槳效能更高。

冷戰進一步催生了新的魚雷動力性,英國人的劍魚魚雷採用燃氣輪機泵推技術,蘇聯的VA-111採用火箭發動機,但它們的推進系統都不是螺旋槳,所以就不在這裡贅述了。


強武堂


承蒙邀請,刀君盡力。

我是鍛刀煉心,專門辣評軍事武器戰術戰法的刀君,請多多關注。

之前說過潛射魚雷的發射,其實魚雷還有艦射,空射,火箭助飛幾種。對應這些發射,刀君說魚雷水下運動不止靠尾部那個小花朵(菊?)才能行走滴~

魚雷發展歷史有過電動螺旋槳自航時代,也有過泵推進時代,目前正逐步向熱驅動時代過渡中。雷子在水下行走最害怕的是阻力和動靜(噪聲),然而初代的雷子們基本都是呼呼出一堆氣泡的白線(航跡)讓大家投來異樣的目光(參照水裡放個屁)而紛紛躲避開來。於是羞愧的雷子們奮發圖強,終於練就了在水裡放屁不露痕跡還寂靜無聲的神奇能力來。下面給大家介紹幾個流派吧!

雷尾的活塞式發動機,呱唧呱唧的那種

日派代表,以菊為標誌的日本國為了讓雷子做個安靜的美男子,隱逸在幽暗水下一擊必殺。利用本國的優秀機電工藝,給雷子腚部安裝了電池和電機用來摧動那朵菊。我們在聲吶中只能聽到那徐徐的“嗤嗤”聲,但凡海浪拍打了艦體,便被覆蓋了。。。。

銷魂的菊花圖

德派代表,嚴謹的德國人為了使雷子更像嚴謹的雷子,使用了水泵這種不會出氣的簡單辦法。大道至簡,在水裡為啥不用水呢?於是雷子們的尾部紛紛出現了一股股激射的水流。一下一下的,除去腹部的悶聲,什麼都看不到。。。。

泵式魚雷

現代代表,發展到現代高科技的應用使雷子們開始劃時代而動。在水下能自動尋找到要找的對象,不再像二戰時期和對象擦身而過了。為了給對象以驚喜,雷子們用滿腔的熱血向後部噴射而出熱能精力(刀君解釋一下,是熱力發動機燃燒室內燃燒燃料加力)。嘩嘩的或用水,或用氣奔向預先留在腦海裡輸入的對象照片方向,悄悄地,狡猾狡猾地游過去。。。。

反潛是現代魚雷的主要用途

綜上,魚雷用的動力能,不出電池電能,燃料化學能這兩大類。


鍛刀煉心


從熱能到化學能量,發展到電能;從空氣到螺旋槳,再到火箭推進。技術的發展,總是在不斷的推動性能的提升。魚雷也一樣,誰也無法確定今後會怎樣。暴風雪魚雷的出現,己改變魚雷這一傳統武器的格局。


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