鱼雷热动力技术浅析

引言

鱼雷作为近现代海军研究中不可忽视的水中兵器，在多次战争和地区冲突中都发挥过重要作用；而作为鱼雷心脏的鱼雷动力系统，又在整套鱼雷系统中扮演着不啻柱石的关键角色。因此，了解鱼雷使用的动力系统，对于系统性地理解对象鱼雷系统的技战术性能、从而理解某场战斗中鱼雷发挥的作用和鱼雷的运用意图有很大帮助。本文将简单介绍近现代以来鱼雷使用的热动力系统；篇幅所限，文中不会提及鱼雷电动力系统。

1.鱼雷热动力系统

所谓鱼雷热动力系统，就是指通过热能与机械能的转换来推动鱼雷的动力系统。不难看出，在这种动力系统中，做功的核心机都是热机而不是电机。根据产生热能的能源，鱼雷热动力系统又可分为化学动力和核动力两大类；其中化学动力是近现代以来鱼雷热动力系统的主流，而核动力仅在少数几种大型战略核鱼雷（如俄国的波塞冬水下潜航器）上有所应用。考虑到核动力系统通常都高度保密，本文同样不会介绍以核能为能量来源的鱼雷热动力系统，而只会聚焦于化学热动力系统。

2.化学动力系统的能量来源

（1）还原剂

燃烧的实质是氧化还原反应。因此，一条热动力鱼雷如果想要跑起来，就必须满足同时携带还原剂和氧化剂这两种物质的先决条件。

通常来说，热动力鱼雷的还原剂都是有机物。例如在二战时期，德国使用的热动力鱼雷多以萘烷为还原剂、美国使用的热动力鱼雷多以甲醇改性乙醇为还原剂，而日本的热动力鱼雷则多以煤油为还原剂。在二战结束后，以各种有机物为代表的“类化石燃料”式传统还原剂依然在鱼雷热动力系统中占有一席之地；如苏联/俄国的53-65型鱼雷采用的还原剂是煤油、瑞典的TP-61型鱼雷采用的是乙醇还原剂，而同样为瑞典研发的TP-2000重型热动力鱼雷则采用了柴油还原剂——一般来说，如果使用的是传统还原剂，其类型就不外乎以上几种。不过，随着技术的发展，一些非有机物甚至是金属单质类还原剂也开始崭露头角，如美国于90年代服役的MK50先进反潜鱼雷使用的就是金属锂还原剂，而苏联/俄国的暴风雪火箭动力超空泡鱼雷采用的则是镁基水反应燃料还原剂。

常见的鱼雷还原剂见表（5）。

（2）氧化剂

由于氧化还原反应中氧化剂与还原剂缺一不可，热动力鱼雷还会携带氧化剂。在二战时期，用作氧化剂的一般是压缩空气；但是英国和日本独辟蹊径，前者曾开发出用于纳尔逊级战列舰的622毫米 大型高浓度氧鱼雷，使用的是富氧空气；而后者则开发出了一系列以纯氧为氧化剂的氧气鱼雷，包括九三式舰射大型热动力鱼雷与九五式潜射热动力鱼雷。同时，德国则做了一系列将过氧化氢用作鱼雷氧化剂的尝试，并成功开发出了G7u鱼雷（还原剂为萘烷，氧化剂为过氧化氢）和G7 Steinbutt鱼雷（还原剂为萘烷、氧化剂为过氧化氢）等过氧化氢鱼雷。二战后，过氧化氢逐渐取代气态的空气和氧气成为“氧气”系传统氧化剂的主流，如苏联/俄国的65-76型鱼雷、瑞典的TP-61和TP-2000鱼雷使用的都是过氧化氢氧化剂。与此同时，以高氯酸羟胺（HAP）和六氟化硫为代表的新一代氧化剂也开始浮出水面；其中，前者通常与OTTO-2燃料配套，作为重型热动力鱼雷的氧化剂；后者则用于美国的MK50反潜鱼雷。此外，对于采用水反应燃料的火箭动力超空泡鱼雷而言，海水本身也可以作为一种氧化剂，在与燃料反应后被置换出氢气产生推进工质。

常见的鱼雷氧化剂见表（6）。

（3）单质燃料

需要注意的是，除去氧化剂和还原剂分开的传统型燃料组合之外，还有一类以硝酸酯为代表的单质燃料。这种燃料本质上属于一种液体的炸药/发射药，典型代表为以1,2-丙二醇二硝酸酯为基的OTTO-2燃料；由于自带硝基，这类燃料可以发生自身的氧化还原反应，即“爆炸式分解”。因此，携带这种燃料的鱼雷只需要携带“单质燃料”一种推进载荷即可正常运作。但是，因为此类燃料通常都有负的氧平衡，自身氧化还原反应不足以将燃料完全氧化以释放出全部能量，有时它们也会和其他氧化剂联用，如英国旗鱼热动力鱼雷使用的就是OTTO-2燃料与高氯酸羟胺的组合。此外，浓的过氧化氢同样会发生爆炸式分解并放出大量热，因此也可以用作单质燃料；不过不同于硝酸酯类单质燃料，过氧化氢的氧平衡是正的。

常见的鱼雷单质燃料见表（7）。

（4）冷却剂

冷却剂在能量来源中是一个非常特殊的角色。在几乎所有的鱼雷热动力系统中，冷却剂都承担着双重职务：一是及时带走燃烧产生的热量以免燃烧室过热损坏，二是自身充当工质做功。因此，在没有冷却剂的时候，鱼雷热动力系统的做功能力往往会下降。考虑到鱼雷是在水中航行的，很多鱼雷的冷却剂会直接就地取材选用海水；但因为海水中溶有大量盐分，盐分在高温下析出后可能堵塞管道，也有相当一部分鱼雷会使用自带的淡水作为冷却剂。

（5）常见的鱼雷还原剂

还原剂	热值（高位）（千焦每千克）	热值（低位）（千焦每千克）	燃烧热（千焦每摩尔）
煤油	46054.8	42705~43124	-
柴油