德国人的试验：超空泡水下武器

由于水的密度比空气要高得多，因此在水下可能达到的速度是有限的。对现役的水下射弹而言，速度范围在25-30米／秒(50-60节)，而利用空泡效应的全空泡或超空泡水下射弹可达到130米／秒或更高^[注]。对于超空泡水中武器，自俄罗斯的“风暴”高速水下火箭问世以来，大家更关注美俄在这方面的发展，其实它的真正鼻祖在德国。

二战期间，德国就开始进行超空泡射弹的试验，70年代曾立项研究SMG3型超空泡射弹式水雷。90年代末，由于安全形势的变化，这项水雷的研究工作未继续下去。该型水雷的主要特点是不带推进装置和制导系统。

除此之外，80年代初，德国还研究了超空泡水下导向射弹在运动中的性能，在射弹上配置了惯性测量装置，为控制此类射弹打下了基础。此后，德国又在高速水中兵器的导向方法方面进行了深入的研究。2003年，德国超空泡水下兵器的研究进入试验研究阶段。

如今身处试验场的德国超空泡武器在做些什么呢?本文将介绍德国开发超空泡水下武器的进展状况及其所用的试验设施，希望能给读者一点关于超空泡水下武器的启迪和直观印象。

试验场地啥模样?

德国超空泡武器的试验研究任务由德国WTD71技术中心承担，该技术中心主要研究国防舰艇与海军武器技术。

德国很早就建立了可在试验室条件下对1：1的超空泡水下射弹进行试验的设施。可承担所有试验的场地有两处。

与操纵、控制和声呐有关的试验在WTD71中心分部的水下试验站进行。该试验站位于石勒苏益格·荷尔斯泰因州梅尔多夫市附近的埃尔泊比特尔，有一个长500米、宽150米，与波罗的海相通的水下试验场、在试验场的海底布设了122个(原为244个)传感器阵的固定磁测量系统和声跟踪系统。试验用超空泡水下武器从水下发射装置中发射，在发射装置附近设有机动实验室和车间。

另一个试验场位于巴伐利亚州的上野腾堡，属于WTD52技术中心管辖。在该中心有一个深水垂直水筒，直径5米，深度为60米，德国人将其称为水下弹道模拟器。垂直水筒内装满水，其中设有可上下移动的水下摄影和摄像平台以及磁轨迹跟踪系统，可高分辨率地记录射弹的弹道与运动特性。视频系统是一台高分辨率的高速摄像机。

这两个试验场地可承担超空泡水下武器的元器件试验、分段试验以及总体试验。试验前的准备工作包括试验射弹的试制，发射炮上的燃气发生器组装以及推进药的装填，射弹火箭发动机的组装，试验设备的调试与连接等等。

试验如何进行?

在试验场中完成最多的试验工作是声呐段、制导和控制段以及总体试验。

在WTD71技术中心的水下试验场，进行一次总体试验通常需要两周，每周需用7-8枚水下射弹或称水下火箭，基本上每天发射一枚。

目前所使用的试验射弹直径为120毫米，长2．2米，质量50千克。头部是超空泡发生锥体，其后分别是制导和控制装置、控制电子装置、电源装置、惯性测量装置以及火箭发动机等。

在进行试验之前，首先要按专用程序模拟水下射弹的流体动力特性，在发射之前基本上掌握试验射弹的运动弹道，以使试验设备和测试设备发挥最佳效能。

在进行射弹弹道试验时，需在射弹通过的水中设置便于射弹穿过的薄膜帘，以便十分精确地重建射弹弹道。在水下设置的122个磁传感器阵也可利用磁学方式记录射弹的弹道。试验时射弹将配有机械敲击装置，是声跟踪定位装置的一部分，在发射之后可发出声信号，以便由水下声跟踪定位装置对试验射弹进行跟踪和定位，准确地记录射弹的运动位置以及射弹的最终位置。这两种系统的精度为米级。

发射前还需给发射装置装上燃气发生器。装入射弹后，发射装置被放入水下4米处固定，同时接通试验所需的所有系统，如视频系统、声跟踪装置、磁轨迹跟踪和预飞行试验电子装置等，并进行检测。

然后燃气发生器点火，发射管中与电子装置的接线全部断开。燃气压力作用在试验射弹后端可抛弃的软壳上，将其推出发射管并加速到空泡速度。由于空泡速度与试验射弹的设计有关，且射弹的重量会根据不同的设计而变化，所以燃气发生器的推进药应根据每一个试验射弹。进行专门的设计。

加速阶段结束时，试验射弹穿过保护发射管的膜片，水进入发射管。当试验射弹完全离开发射管时，尾部软壳脱落。延迟一定时间后，试验射弹的发动机点火。

试验结果怎样?

通常每发射一枚试验射弹，都应在24小时之内完成回收，以保证不丢失记录的数据(因电池容量有限)。回收由专用平台上的潜水员进行。回收后，进行清洁和拆卸，并在现场检查数据的质量和真实程度，同时要检查和校准试验射弹的硬件，以便下次使用。

通过试验知道，120毫米直径、长2．2米的超空泡水下射弹，可在水深0～60米处，以120米／秒的高速航行。结合理论研究，根据空泡数的基本方程，利用主要参数，如速度、空泡发生器的几何形状、空泡气泡的内压等，可推导出，空泡气泡的尺寸随水深增加而降低。此种情况若不采取进一步的措施，即使所有上述参数保持不变，也将失去射弹的超空泡状态。

防止出现此种现象的方法理论上可以是提高试验射弹的速度、空泡发生器的直径．或者提高空泡气泡的内压。不难看出，后一种是唯一实用的解决方法。实现后一种可能性将涉及与水深的关系，虽然从理论上已解决了，然而实际上还存在某些难题，例如如何使水下射弹较长期地处于超空泡状态等。德国人的解决方法是增加燃气缸平台，或者是利用推进系统燃烧排出的燃气。

另一技术难题是如何实现对水下射弹的导向与控制，德国也通过实践找到了答案。其先决条件是了解超空泡水下射弹在空泡气泡中、各轨迹阶段的运动状态。

从记录的试验数据可知，超空泡水下射弹运动状态的特性主要是很陡的加速峰值，当火箭的尾部接触空泡气泡的包层时，会引起试验射弹围绕纵轴产生横滚力矩。而克服横滚力矩就可导向和控制超空泡水下射弹或火箭。德国所用的试验射弹就是通过活动头部锥体，产生操纵脉冲，这种制导方法被称为“头锥制导”。为了进一步提高导向和控制能力，德国人又在试验模型上加装了横滚和俯仰控制系统，并在控制系统中配备了相应的横滚护圈，以排除超空泡水下射弹的横滚运动。

2002年初，德国的超空泡水下射弹发射试验取得重大进展。试验中，发射管以固定仰角发射，连续三次都可保持射弹在几乎相同的深度上达到120米／秒的速度，深度偏差只有0．5～0．8米。这表明德国已在超空泡水下射弹的制导与控制技术方面取得了突破。

德国研制的超空泡水中武器虽然还没有最后成型，不过从上面的介绍中就可看出，它与俄罗斯的“风暴”不同，采用的是细长体弹型，并且利用头部锥体作为制导和控制系统。因为锥体在空泡外部，它与声呐配合可实现对目标的跟踪攻击，具有一定的导向功能，比直航的“风暴”超空泡高速水下火箭又前进了一步。从目前的进展来看，德国超空泡水中武器估计要比俄罗斯晚10年左右装备。

[编辑／严晓峰]

[注]“空泡”这一概念是流体动力学的一个术语，它是一种不希望存在的起干扰作用和降低性能的现象，例如螺旋桨空泡，它会引起螺旋桨边沿的侵蚀，令传统的螺旋桨失效。并且会产生空泡噪声。如果在与几何形状有关的空泡边沿之后形成闭合的气泡，它就称为超空泡。在超空泡状态，与水接触的面积将减少到最低限度，可明显地降低水的阻力。