劉陽娜，金良安，苑志江

(1.海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018，2.中國人民解放軍91550部隊，遼寧 大連 116023)

0 引言

防御技術是現(xiàn)代艦船的一種極為重要的基本技術［1－2］。當前國內外艦船的常規(guī)防御武器主要有導彈、艦炮、魚雷以及各種干擾對抗技術等，它們在艦船防御中所發(fā)揮的重要作用已被大量事實所證明［3－7］。然而，隨著艦船面臨的威脅日益復雜，現(xiàn)有的防御技術仍不能確保艦船的絕對安全［8］。為此，研究現(xiàn)代艦船的新型防御技術，一直備受國內外有關部門的高度重視。本文專門提出并初步研究一種以特定的水基燃燒為關鍵手段的艦船防御新技術，以期通過其獨特的技術性能，為現(xiàn)代艦船防御新技術的尋求提供一條簡單高效的實用性新技術途徑。

1 水基燃燒防御技術概述

1.1 思想內涵

水基燃燒防御技術是本文提出的一種以特定的水基燃燒為關鍵手段的艦船新概念防御技術。它以使用海域的海水和空氣為激活條件而引發(fā)預設的燃燒，旨在直接引燃致爆敵方艦船，或者遏阻、干擾敵方艦船及其編隊的航渡。它無需額外的點火裝置，僅利用其自身特定的化學自持點火扳機反應，即可實現(xiàn)在使用區(qū)域水－氣界面的自行引燃。利用其布撒裝置的特定設計，既可以實現(xiàn)預定形狀和強度的燃燒作用區(qū)域，分別形成火柱、火墻或火環(huán)等不同戰(zhàn)術形式，也可滿足從水下、水面或空中進行投擲的需要，從而適于艦船等不同作戰(zhàn)平臺。

1.2 主要特性

水基燃燒防御技術具有諸多獨特的性能特點和技術優(yōu)勢，主要包括:1)燃燒強度與作用范圍均可控，并且作用時間可調，因而可以滿足不同的戰(zhàn)術需求;2)海水燃燒過程是“自我維持”過程，無需人為干預，因而使用的便捷性好;3)技術具有很強的通用性，其核心部分只需稍作改造，即可符合不同作戰(zhàn)平臺的使用要求;4)使用后的殘留物對海洋環(huán)境友好，幾乎不會造成污染;5)使用的時機、方式、效果等受天氣條件的影響均較小;6)采用的化學藥品與原材料均常見、易得而且廉價，效費比很高，便于實現(xiàn)和推廣應用。

根據水基燃燒防御技術的上述思想，下面分別就其核心的主、副劑反應，燃燒程度控制和防御使用等主要環(huán)節(jié)的設計思想進行闡述。

2 水基燃燒防御技術的設計

2.1 主、副劑反應的設計

主劑、副劑是水基燃燒技術最為核心的兩大部分。根據主劑、副劑的設計要求和具體用料的物理化學特性，然后經大量的專門實驗比較，即可確定其用料配方。

1)主劑反應設計。以特定性能的常見廉價化學原料為主劑，使其與大量的天然海水發(fā)生化學反應，持續(xù)產生水基燃燒技術所需的大量易燃氣體，并可通過對主劑粒徑分布的設計，來控制易燃氣體的生成速率與反應持續(xù)時間。

2)副劑反應設計。通過在主劑中摻雜一定比例的特種材料副劑，依靠副劑與海水反應生成點火氣體并提供點火能量，從而在水－氣兩相界面處發(fā)生“點火反應”，利用其放熱燃燒產生明火，引燃水上的易燃氣體，起到“點火扳機”的作用。

2.2 水基燃燒程度的控制

1)控制的基本思想。針對艦船不同的防御使用，對水基燃燒的程度有著不同的要求，因此需要對其燃燒的程度進行控制。顯然，這一控制無疑也是水基燃燒防御技術的關鍵環(huán)節(jié)。由于燃燒的程度通常表現(xiàn)為燃燒的劇烈程度和燃燒的持續(xù)時間等主要方面，而燃燒的劇烈程度和燃燒的持續(xù)時間都是可通過對燃料燃燒反應的程度進行控制來加以實現(xiàn)的，因而本文特通過對主、副劑相關反應的專門設計來實現(xiàn)其燃燒程度的控制。

2)控制的具體過程。根據燃燒的化學反應原理，通過對主劑粒徑的控制即可形成不同強度的燃燒;而通過對副劑外層進行覆膜等處理，并利用不同的覆膜厚度，便可控制點火時間的長短。具體而言，對于持續(xù)、緩慢燃燒的實現(xiàn)，可采用較大粒徑的主劑，以形成長時間持續(xù)、穩(wěn)定的主劑反應，而為保證其點火的可靠性，則由多種覆膜厚度的副劑形成長時間連續(xù)的副劑點火反應;對于劇烈燃燒的實現(xiàn)，顯然其關鍵就在于要形成足夠強烈的主劑反應，這可通過布撒大量較小粒徑的主劑來實現(xiàn)，與此相應，只需由單一覆膜厚度的副劑形成可靠的副劑點火反應即可。

2.3 水基燃燒軍事防御的使用設計

1)設計的基本考慮。軍事防御使用設計要充分考慮戰(zhàn)場的各種實際情況，如果能夠根據使用目的、敵我態(tài)勢等因素，對燃燒作用區(qū)域和投擲方式進行針對性設計，將有助于艦船在防御時靈活使用，從而達到事倍功半的效果。為此，可對現(xiàn)有武器的彈頭部分進行改裝，從而實現(xiàn)燃燒作用區(qū)域的預設，便于使用時形成火柱、火墻或火環(huán)，并且可采用從水下、水面或空中進行投擲等方式。一般可采用彈射或飛機布撒等方式，根據我方想要達到的何種效果、海上沖突和我方所處優(yōu)、劣勢等具體情況，通過燃燒作用區(qū)域和投擲方式的組合，在敵方艦船的相對合適的位置，遠距離、精確實施水基燃燒，從而有效地進行積極防御。

2)一般設計過程。針對敵方單艦、編隊來襲2種主要態(tài)勢，分別就其防御使用進行初步設計:一是當敵方單艦來襲時，可在敵方艦船航行的前置點形成持續(xù)的長條型火焰，以威懾、阻滯敵方艦船行進;或者形成持續(xù)的大尺度圓環(huán)型火焰，以將敵方艦船置于該環(huán)型區(qū)域內，徹底阻滯其行動;而在局面緊迫、沖突升級的情況下，則可在合適位置形成立柱型的爆燃火焰，以直接引燃致爆敵方艦船，達到擊沉或重創(chuàng)敵艦船的目的。二是當敵方艦船編隊來襲時，關鍵是要把編隊最重要的目標 (如指揮艦)摧毀或將其從編隊中割裂出來，此時可參照上述敵方單只艦船的戰(zhàn)術使用進行實施;而多次使用持續(xù)的長條型火焰或者圓環(huán)型火焰，則可對敵方艦船的整個編隊實施分割，將其編隊隊形完全打亂并割裂為若干部分，實施分割包圍。

3 水基燃燒的實現(xiàn)技術

3.1 水基燃燒的化學反應原理

如前所述，水基燃燒是水基燃燒防御技術的核心，而主劑與副劑則是該技術最重要的兩大組成部分。當該技術使用時，其中存在著主劑、副劑與使用海域的水、空氣以及反應過程產生的可燃氣之間的一系列化學反應，主要為以下5個方面:

3.2 水基燃燒防御技術的化學配方

根據上述分析，主劑與副劑的化學配方是水基燃燒防御技術的關鍵，顯然它們可以采用不同的化學配方組合。本文以常見的碳化鈣 (電石)和金屬鉀［9－10］，分別作為主劑與副劑，則在上述系列反應中，即有2個方面的重要過程:一是主劑碳化鈣與水發(fā)生反應，產生大量的易燃氣體乙炔;二是副劑金屬鉀作為“點火扳機”，它在水面以下將發(fā)生上述副劑水化反應，產生可燃的點火氣體氫氣;而它在水－氣界面處，又將與水以及空氣中的氧氣同時接觸，發(fā)生強烈反應，并燃燒產生明火，進而引燃由主、副劑不斷產生并升至水面的可燃氣體乙炔和氫氣等，使得燃燒持續(xù)不斷地進行。

同時，為了分別達到持續(xù)緩慢燃燒和短暫強烈燃燒的不同技術使用要求，特對主劑碳化鈣和副劑金屬鉀分別進行相應的包覆處理和采取粒徑控制等措施，從而形成水基燃燒的2種典型技術方案。表1列出了這2種典型方案的一些主要技術特性，其中的有效作用時間、火焰高度等技術性能，可能與海水的組分有一定關系，表中參數(shù)對應的海水于2012年7月份取自大連石槽海域。

按照上述這2種典型技術方案實現(xiàn)的水基燃燒防御技術的具體產品，均是干燥顆粒狀的粉末，為行文方便，特將持續(xù)緩慢燃燒方案的產品記為A產品，而將短暫強烈燃燒方案的產品記為B產品。在本文后面的驗證性實驗研究中，分別利用了該2組產品。

表1 水基燃燒典型技術方案及其主要特性Tab.1 Typical technical solution of water-based combustion and its main characteristics

4 水基燃燒防御技術原理的實驗研究

為檢驗水基燃燒防御技術使用的可靠性和燃燒程度控制的可行性，本文利用海軍大連艦艇學院消防訓練中心的相關設備，針對性地進行了其水上燃燒的原理性驗證實驗分析。

4.1 實驗設備與方法

1)設備與藥品

實驗中用到的設備與藥品主要有兩部分:一是該消防訓練中心的大號滅火盆，系一直徑 (內徑)為2.2 m的圓柱狀桶形鐵盆，盆內凈高0.65 m;二是本文專門制備的顆粒粉末狀水基燃燒技術產品 (前述A產品和B產品)，分2組進行，每組各300 g。

2)實驗方法

為便于更清晰地考察火焰每個瞬間的狀況，實驗選在傍晚日落后進行。實驗步驟如下:

第1步，在盆內放海水 (取自大連石槽海域)至高度約0.6 m，通過人工投擲方式，將產品擲入滅火盆中。

第2步，將A產品擲入盆中，考察海水表面著火的狀況，測量火焰高度，并用高速攝像機記錄實驗過程。

第3步，重復第1步后，將B產品擲入盆中，考察海水表面著火的狀況，并與上述第2步的結果進行比較。測量火焰高度，并用高速攝像機記錄實驗過程。

4.2 實驗結果與討論

1)實驗結果

在上述第2步實驗中，A產品擲入盆中后立即有氣泡冒出，約0.2 s后海水表面有火星產生，約0.24 s微爆燃開始，約0.56 s微爆燃結束，海水表面開始正常穩(wěn)定的燃燒，并伴有黑煙，火焰高度約0.2 m，整個過程持續(xù)約160 s。燃燒結束后，盆中海水表面不再有氣泡冒出。

在上述第3步實驗中，B產品擲入盆中后立即有較為激烈的氣泡冒出，約1.04 s后海水表面有火星產生，約1.08 s爆燃開始，約1.20 s爆燃閃光，約持續(xù)0.12 s，約1.28 s時海水表面正常燃燒，并伴有黑煙，火焰最高可達3.5 m。整個過程約持續(xù)22 s，燃燒結束后，海水表面不再有氣泡冒出。

2)分析與討論

上述實驗一的結果表明:通過較大粒徑的主劑和多種覆膜厚度的副劑組成的配方，可形成持續(xù)、穩(wěn)定的主劑反應與連續(xù)的副劑點火反應，從而保證水基持續(xù)燃燒的實現(xiàn)。

上述實驗二的結果表明:通過較小粒徑的主劑和單一覆膜厚度的副劑組成的配方，可形成短暫、強烈的主劑反應和集中的副劑點火反應，從而保證水基劇烈燃燒的實現(xiàn)。

綜合2組實驗的結果表明，本文提出的水基燃燒技術可行，通過對其主劑和副劑的包覆處理和粒徑控制等，可達到持續(xù)燃燒和迅速爆燃的不同使用目的，因而完全可通過進一步的深入研究實現(xiàn)多種防御使用的具體要求。

5 結語

本文提出的新型水基燃燒技術，對艦船防御具有重要的現(xiàn)實意義。它通過一系列化學反應及其配方設計，利用特定主劑和副劑的包覆處理和粒徑控制，可實現(xiàn)在氣－水界面的預定燃燒，從而滿足艦船不同防御使用的需求。后續(xù)可在本文研究的基礎上，深入開展海洋環(huán)境因素的影響和艦船防御的具體使用等問題的研究，為其工程應用奠定基礎。

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