01.jpg

击沉驱逐舰,为何鱼雷威力这么大

科普中国-科普融合创作与传播 2018-03-27

    出品:科普中国

    制作:寒木钓萌

    监制:中国科学院计算机网络信息中心

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。 

  19996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。 

  “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

  本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。

责任编辑:xujinghui

科普中国APP 科普中国微信 科普中国微博
科普中国-科普融合创作与传播
是中国科协为深入推进科普信息化建设而塑造的全新品牌,旨在以科普内容建设为重点,充分依托现有的传播渠道和平台,使科普信息化建设与传统科普深度融合,以公众关注度作为项目精准评估的标准,提升国家科普公共服务水平。

猜你喜欢