暴风雪鱼雷(假如鱼雷外壳涂满洗洁精,减小海水
在解答这个问题之前我们可以来做一个实验证明它的可行性:在手指上均匀涂抹洗洁精,然后放到水里高速搅动。
实验结果是:通过搅动,手指上的洗洁精将会在短时间内被完全清洗掉。实验结果证明鱼雷外壳涂满洗洁精的做法并不能起到减小海水阻力,提高射程的作用。
这是因为洗洁精在水里的溶解性非常好,当涂满洗洁精的鱼雷发射到海水里以后就会在短时间内被洗涤干净,失去减小阻力的作用。
鱼雷外壳涂满洗洁精的想法应是受鱼类在水里会分泌粘液降低游动阻力的启发,不得不承认鱼类的这项功能确实能够有效降低游动阻力,这与“流体阻力”有关。
鱼类在水中游动时产生的阻力由体表与水的摩擦力、外形姿态造成的阻力、水流产生的波浪阻力组成。
为了减小游动阻力,鱼类除了进化出低阻外形身体以外,还进化出在体表分泌粘液降低水中摩擦力。
需要特别指出的是,鱼类体表粘液是由身体分泌出来的,就好比人类的汗腺一样,可以根据身体需求持续不断地分泌出来,所以鱼类体表的粘液不会在高速游动中被水溶解掉、洗涤掉。
而鱼雷是一种人造的作战武器弹药,并不是生物,不会根据需求持续不断向外壳分泌洗洁精,所以给鱼雷外壳涂满洗洁精的做法毫无意义。
▼下图为世界上游泳速度最快的鱼——旗鱼,它的平均时速为90公里/小时,爆发速度达到了110公里/小时,能以如此高速游动的原因除了低阻体型以外,体表粘液的分泌也能大幅减小水中阻力,所以在鱼雷外壳上涂抹洗洁精的设想是合理的,但却又是不科学的。
那么问题就来了:如何才能降低鱼雷航行阻力,提高射程呢?
鱼雷航行阻力与鱼雷水中阻力组成方式基本一致,即摩擦力、形状阻力、波浪阻力。所以我们在研究如何降低鱼雷航行阻力时,都是从这三个要素着手。
降低水中摩擦力是降低鱼雷航行阻力的主要手段,而降低鱼雷外壳与海水摩擦力的最好办法就是将摩擦力降为0,也就是让鱼雷外壳与海水隔绝,这样一来摩擦力就基本上被消除了。
具体实践方法是在鱼雷头部安装一个空泡器,当鱼雷被发射到水里以后,空泡器会向外排放高压气体,为鱼雷创造一个巨大的空泡空间(超级空化现象),使鱼雷外壳与水隔绝。
这类鱼雷被称之为“超空泡鱼雷”,比如说乌克兰液体力学研究所研制的“暴风雪”鱼雷,它的最高航速为200节,相当于366.3公里/小时的速度,比一般直升机的飞行速度还快。
另外就是降低形状阻力,在流体力学中,形状阻力是指物体在水中运动时物体前的挡水面与物体后面的漩涡区产生的压力差所形成的,其大小与物体的形状、投影截面及物体前后的压力差成正比。
所以鱼雷需要设计成尖头船型外壳,外形越接近流线型体,在水中的航行阻力就越小,比如说上述提到的“暴风雪”鱼雷,它的外形就是一个典型的尖头流线型体设计。
至于波浪阻力,它主要是由气象条件引起的,这一点人类很难改变,所以常用增加鱼雷动力的方式来解决,比如说使用火箭发动机的鱼雷。
▼下图为发射瞬间的超高速鱼雷,由于超空化现象的存在,鱼雷外壳基本上不与海水发生接触,摩擦力被降到最低,这样的降阻措施可比抹洗洁精效果好多了。
那么新的问题又产生:既然鱼雷要制造成尖头、流线型、空泡发射的样子就能降低海水阻力,那为什么现代各型先进鱼雷都是秃头的传统高阻造型呢?
原因就是高速鱼雷的实用价值不高!以航速达到了366.4公里/小时的“暴风雪”超空泡鱼雷为例:它虽然拥有高航速,但却是一种直航鱼雷,在现代战争中命中率非常非常低。
而且高航速的代价是雷体内被火箭发动机和空泡发生装置大量占据,导致高速鱼雷的航程大打折扣,最大射程仅为18.5公里,即10海里,所以这样的鱼雷对于现代海军而言基本上没有什么价值了。
所以说即便在鱼雷壳上涂满洗洁精能够起到降低航行阻力的作用,对于现代海战而言也意义不大,现代鱼雷性能提高的研究重点始终是命中率,而非单纯的高速度,比如说现代高端的重型鱼雷,其最高航速也只有60节而已,最大航程也不过18海里(约33公里),脱离了命中精度这一核心指标,打得再快、再远也毫无意义。
▼下图为我国海军鱼-7型重型鱼雷,最高航速为55节,采用光纤+声呐制导,圆溜溜的脑袋在水中的航行阻力时非常大的,但是有利于安装声呐探头,锁定目标以后命中率≥95%,这就是世界各国的先进鱼雷都采用秃头设计的原因。