鱼雷电动力系统和热动力系统的比较

鱼雷热动力系统和电动力系统的比较众所周知，鱼雷是用以攻击、摧毁潜艇和水面舰船的重要海战武器。鱼雷的动力系统作为鱼雷武器最重要的系统之一，是鱼雷的主要组成部分之一，无论从重量和体积的角度来看在全雷中都占有很大比例，且鱼雷主要的战术性能指标直接取决于鱼雷的动力系统。鱼雷动力系统一般有能源储备与供应系统、发动机、推进器等部分组成。鱼雷动力系统可分为热动力系统和电动力系统两大类。热动力系统的能源是推进剂，利用推进剂燃烧反应释放的热能来做功，故其发动机是热力发动机。电动力系统的能源是动力电池，利用动力电池放电释放的电能来做功，故其发动机是推进电动机。当今鱼雷武器发展的五个方向仍然是深、远、快，准和狠，对于动力系统而言，即最大航深、航程、航速、噪声与无迹性等。一、最大航深对于热动力系统，由于主要采用的是开式循环，半闭式循环和闭式循环，而大多数为开式循环和半闭式循环，与外界存在物质交换。随着航行深度的增加，鱼雷的排气压力就随着增加，而初始压力一定，所以背压也随之增加，循环功率和效率都会降低，导致了动力系统的做功能力下降。而电动力鱼雷不存在物质交换，航行深度不影响其做功能力。因此电动力鱼雷能达到更深的航行深度。当今核动力的发展使得潜艇下潜的深度越来越深，而要对潜艇形成攻击最好是比潜艇的下潜深度更大，因此最大航深是考察鱼雷武器优劣的重要方面。为了能利用热动力鱼雷的种种优点，为了解决热动力鱼雷在大深度航行时的影响，各个国家都在研究半闭式和闭式循环动力装置，并且取得了一定的成绩。二、航程航程的直接决定因素是动力系统的能量密度，在航速一定的情况下，能量密度越高能达到的航程就越远。对于热动力鱼雷来说，动力系统的能量密度指的是推进剂的能量密度，用于热动力系统的推进剂主要有煤油+空气、煤油+氧气、煤油+过氧化氢、煤油+硝酸、OTTO-Ⅱ以及由OTTO-Ⅱ组成的HAP推进剂。以上几种推进剂的比能量从最初的煤油空气的0.197Wh/kg到OTTO-Ⅱ的336.27Wh/kg，而最新的OTTO-Ⅱ组成的HAP比能量达到了470.78Wh/kg。而对于电动力的鱼雷，能量密度是指电池组的容量。用于电动力系统的电池组主要有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、银锌蓄电池、一次银锌电池、镁/氯化银海水电池、镁/铜海水电池及铝/氧化银电池。而这些电池组中最新的镁/氯化亚铜海水电池的能量密度相比其他电池组要高，能达到150Wh/kg。目前铝/氧化银电池是在役鱼雷上使用最多的一种电池，能量密度在100—150Wh/kg。由此看来，目前的热动力系统推进剂的能量密度要明显大于电动力鱼雷电池的能量密度。热动力鱼雷比电动力鱼雷能达到更远的航程。因此电动力鱼雷关键是高能电池的研究。但是不得不提的是高的能量密度的能源会有一定的危险性。三、航速为能对舰船做出有效的打击，鱼雷的航速一般至少是目标航速的1.5倍以上，当前，常规潜艇水下速度为25节左右，核潜艇一般在35节左右，水面舰艇一般在25-35节之间，这就要求鱼雷航速应该大于50节，更高的航速更能减少目标的规避时间能形成更有效的打击，因此在航速方面是越高越好。航速的关键因素是动力系统的单位输出功率即比功率。对于大部分现役热动力鱼雷使用的凸轮机和摆盘机比功率为2KW/kg。而目前服役的电动力鱼雷采用的电机比功率在采用了稀土永磁无刷技术后最大为1.7KW/kg。目前热动力鱼雷中，除了俄罗斯的暴风雪鱼雷由于使用的是火箭动力系统与金属水反应燃料的喷水式涡轮发动机，时速可达200节之外，最快的是英国的旗鱼鱼雷，时速可达70节。而电动力鱼雷时速最高在50-60节之间。又由鱼雷所需的功率即螺旋桨所提供的功率正比于鱼雷的速度与前进迎面阻力(鱼雷推力)的乘积，而鱼雷前进迎面阻力又与鱼雷速度的平方成正比。所以，鱼雷所需的功率与雷速的立方成正比。在其他外界条件相似的情况下，电池组单位时间释放的电能相对于热动力系统热机所做得功要小，热动力系统提供的功率大于电动力系统提供的功率。所以，热动力系统更能满足高航速的要求，近年来随着高能电池和永磁技术的发展使得电动力系统也在慢慢的接近热动力系统。但是电动力有一个优点就是对速度调节比较迅速。四、噪声鱼雷的噪声不但影响自己的隐蔽性还影响自己的导航能力。热动力系统产生的噪声主要是发动机工作循环工程中得机械振动和传动机构之间的摩擦和机械噪声，以及附属机件的机械噪声，还有就是推进剂在管道中流动和燃烧过程产生的噪声，相对噪声较大。电动力系统主要是电机转动以及减速器等传动附件产生的噪声，相对热动力系统噪声要小。但是在同等速度条件下，热动力鱼雷与电动力鱼雷产生的噪声相差不多。五、无迹性航行轨迹主要是系统与外面物质交换产生的运动轨迹。由于热动力系统大多数是开式循环和半闭式循环，与外界都或多或少的有物质交换，所以无迹性不好。而电动力系统与外界没有物质交换，无迹性要好很多。热动力鱼雷虽然在航速和航程方面都优于电动力鱼雷，但其技术难度大，研制周期长，航行深度受背压影响，噪音大，航迹明显，隐蔽性差。而电动力鱼雷可在大深度航行，功率不受背压影响，噪音小，不排气，无航迹，隐蔽性好，造价也比较低廉，其单雷价格是热动力鱼雷的三分之一。因此各国海军大都同时装备有热动力和电动力鱼雷，以发挥各自优势，提高作战能力。