祁曉斌，姚 忠，李瑞杰，顧宇濤，劉丹，梁景奇

（西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099）

0 引言

憑借隱身性好、威懾力強及突擊威力大等優(yōu)勢特點，潛艇從出現(xiàn)至今一直是海上艦船的“噩夢”。隨著潛艇技術(shù)的發(fā)展，潛艇，特別是核動力潛艇，強化了水下作戰(zhàn)威力，使得現(xiàn)代海戰(zhàn)中軍艦面臨的安全形勢更加嚴峻。因此，反潛成為了海上作戰(zhàn)的首要任務(wù)[1]。

目前，反潛體系主要由反潛潛艇、反潛艦艇、反潛飛機以及反潛直升機等組成，最主要的反潛作戰(zhàn)裝備有反潛魚雷和深彈[2]。本文從反潛作戰(zhàn)裝備與作戰(zhàn)樣式方面入手，介紹其發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，基于超空泡技術(shù)提出了發(fā)展超空泡反潛彈藥方案設(shè)想，對其深水運動的彈道性能進行了仿真計算，探討了超空泡反潛彈藥的應(yīng)用前景。

1 反潛作戰(zhàn)裝備發(fā)展現(xiàn)狀與作戰(zhàn)樣式分析

1.1 反潛魚雷的發(fā)展

反潛魚雷是用于攻擊潛艇的魚雷，通過水面艦艇、潛艇和飛機攜載使用。反潛魚雷是現(xiàn)代反潛的主要武器。按照直徑和發(fā)射方式劃分，可分為重型魚雷、輕型魚雷和火箭助飛魚雷。

1）重型魚雷。

重型魚雷一般由潛艇管裝發(fā)射，通常兼具反艦與反潛功能。俄羅斯的重型魚雷有由水面艦艇管裝發(fā)射的，還有專用反艦或?qū)Ｓ梅礉摰?。如水面艦艇管裝發(fā)射的CЭT–65Э魚雷、以及潛艇管裝發(fā)射專用反艦的 53–65КЭ 魚雷、專用反潛的 TЭCT–71線導魚雷[3]。目前國外現(xiàn)役重型魚雷大都為線導魚雷，直徑通常為533 mm（俄羅斯還有650 mm 直徑的重型魚雷，如 65–73魚雷、65–76魚雷等）、長度約7 m、重量約1.5 t、戰(zhàn)斗部裝藥量在 200 kg以上，具有人在回路導引、航程遠、隱蔽性強、制導精度高和毀傷威力大等特點。

美國裝備的重型魚雷主要是 MK48 系列熱動力魚雷[4]。目前現(xiàn)役最新型號為 MK48 Mod 7魚雷。該型魚雷是在MK48 Mod 6魚雷的低噪聲雷型上，采用通用寬頻帶先進聲自導技術(shù)，有效提升了淺海自導性能并提高真假目標識別能力。

俄海軍現(xiàn)役最新型主戰(zhàn)重型魚雷為 Futlyar熱動力魚雷[5]。該型魚雷是 Fizik-1 魚雷的升級版，適度提高了最大航速、拓展了魚雷航程，采用了線導+尾流/聲自導模式，自導作用距離遠且具有尺度識別能力。

歐洲國家裝備的重型魚雷[6]主要有英國的“旗魚”魚雷、意大利的“黑鯊”魚雷、德國的DM2A4魚雷等。英國的“旗魚”魚雷為熱動力魚雷，航速、航程可達40 km/70 kn（淺水）或40 km/55 kn（深水），最大作戰(zhàn)深度超過900 m。意大利“黑鯊”魚雷是電動力重型魚雷的最高水平的代表，最高航速50 kn、混合航程50 km、最大作戰(zhàn)深度400 m。德國DM2A4電動力魚雷是世界上唯一采用共形陣的魚雷，具有更大的搜索扇面。

2）輕型魚雷。

輕型魚雷既可由水面艦艇管裝發(fā)射，及固定翼反潛巡邏飛機或反潛直升機前飛或懸?？胀妒褂茫部勺鳛橹w魚雷戰(zhàn)斗載荷使用，主要執(zhí)行反潛及反魚雷作戰(zhàn)任務(wù)。

目前，國外現(xiàn)役輕型魚雷直徑通常為324 mm，長度約3 m，重量約300 kg，戰(zhàn)斗部裝藥量約50 kg。部分俄羅斯輕型魚雷直徑為350 mm，如 AПP–3魚雷；部分美國在研反魚雷魚雷直徑小于324 mm，如在研的Smart反魚雷魚雷直徑為160 mm、長度約2.8 m。

美國裝備的輕型魚雷主要有MK46系列、MK50、MK54 熱動力魚雷[7]，其中MK46 系列魚雷自20世紀60年代列裝部隊開始，在保持總體、動力等基本不變的前提下，不斷對自導、控制等性能進行升級，至今仍是國際上裝備數(shù)量最大的輕型魚雷。MK50魚雷主要針對前蘇聯(lián)大潛深核潛艇，采用先進蘭金循環(huán)的閉式循環(huán)熱動力推進系統(tǒng)，最大作戰(zhàn)深度可達 750～800 m、全高速航程達到了12 km，并采用了捷聯(lián)慣導，自導性能、水聲對抗能力、淺海作戰(zhàn)能力均比 MK46 魚雷有明顯提高。MK54魚雷采用組合化研發(fā)模式，集成 MK46、MK50、MK48 等魚雷先進技術(shù)研制而成，是典型的組合魚雷，具有良好的性價比，后續(xù)將以組部件替換形式逐步完成對美國庫存的 MK46 Mod 1、MK46 Mod 5 魚雷的升級換代。

俄羅斯新型輕型魚雷MTT魚雷采用35/58 kn雙速制，直徑324 mm、長度3.2 m，具有較好的多平臺適裝性[8]。

歐洲國家的先進輕型魚雷代表是法、意聯(lián)合研制的MU90電動力魚雷[9]。該型魚雷是在充分繼承法國“海鱔”魚雷和意大利 A290 魚雷基礎(chǔ)上研制而成，采用鋁氧化銀電池、無級變速、聚能裝藥戰(zhàn)斗部以及垂直命中技術(shù)，并且在水面艦艇管裝發(fā)射時采用了入水穩(wěn)定器，具有良好的淺海作戰(zhàn)能力及水聲對抗能力。

3）火箭助飛魚雷。

為滿足水面艦艇中程快速反潛作戰(zhàn)急需，世界各海軍強國開始研制并陸續(xù)裝備助飛魚雷，在國外，助飛魚雷又為反潛導彈，通過運載系統(tǒng)將戰(zhàn)斗載荷（通常為輕型魚雷，也有的為深水炸彈）投送至目標上方附近，再由輕型魚雷入水搜索、追蹤、攻擊潛艇[10-11]。

20世紀60年代美國海軍研制裝備了傾斜發(fā)射的 RUM–5A“阿斯洛克”助飛魚雷；20世紀 90年代后，研制裝備了垂直發(fā)射的 RUM–139A“阿斯洛克”助飛魚雷，以適應(yīng) MK41 通用垂直發(fā)射系統(tǒng)的裝載與發(fā)射要求。上述2型助飛魚雷目前仍是北約國家最主要的助飛魚雷，僅 RUM–5A“阿斯洛克”助飛魚雷迄今為止共生產(chǎn)了2萬枚以上。

為了與美國軍事力量進行抗衡，前蘇聯(lián)研制出了第1代艦載反潛導彈FRAS–1和SS-N–14“石英”。FRAS–1相較于美國“阿斯洛克”的射程更大，采用了雙聯(lián)裝可轉(zhuǎn)動發(fā)射架發(fā)射。“石英”是一種飛航式反潛導彈，能夠在海面滑翔一段時間，在具備反潛的同時也兼?zhèn)浞磁災(zāi)芰Α?0世紀80年代研制出SS –N–19新型艦載反潛導彈，其制導方式采用自動駕駛和無線電，具備傾斜發(fā)射和垂直發(fā)射能力，打擊深度范圍為15～500 m，射程最大可達23 km。

法國研制了“馬拉豐”近程亞音速巡航式火箭助飛魚雷，其戰(zhàn)斗部為魚雷，具有超高的飛行速度和打擊準確性，提高了驅(qū)逐艦反潛能力。法國和意大利兩國合作研制的“米拉斯”相比“馬拉豐”，該技術(shù)將意大利艦載反潛導彈“奧托馬特3”彈體和MU 90撞擊魚雷戰(zhàn)斗部進行結(jié)合，并采用了先進的慣性導航系統(tǒng)。澳大利亞在20世紀50年代末期研制了“伊卡拉”反潛導彈，它是一種飛航式近程反潛導彈，可以攜帶不同類型的魚雷，可裝配在小型艦艇上。20世紀60年代，英國對“伊卡拉”進行了改進，采用計算機增加其火控系統(tǒng)的自動化程度，并改良了“伊卡拉”的彈翼為折疊翼，更名為“RN伊卡拉”。1985年，澳大利亞開始研制“超伊卡拉”反潛導彈，該彈采用了小型渦輪發(fā)動機并裝備了更智能的制導系統(tǒng)，能夠在目標上空待機，射程可達96 km，戰(zhàn)斗部可以攜帶多種魚雷。

1.2 深彈的發(fā)展

深水炸彈是一種下潛到一定水深爆炸而毀傷潛艇的水中兵器，主要用于攻擊潛艇，也可以用來開辟雷區(qū)通道或者攻擊其他目標[12]。深水炸彈可由水面艦艇或飛機投放，也可以由反潛導彈攜帶。

現(xiàn)代反潛作戰(zhàn)是一場立體戰(zhàn)，單一兵力和武器難以完成任務(wù)，只有多種兵力和武器協(xié)同作戰(zhàn)才能取得應(yīng)有的效果。如在英阿馬島海戰(zhàn)中，英國和阿根廷雙方都使用了魚雷對潛艇發(fā)動攻擊，結(jié)果均無建樹。與此相反，一架英國直升機用 MKII 航空深水炸彈一舉擊傷阿根廷“圣菲”號潛艇，充分說明了深水炸彈反潛的重要作用[13]。馬島海戰(zhàn)之后，尤其是“冷戰(zhàn)”結(jié)束以來，深水炸彈武器得到了很多國家的重視。1985年，瑞典的海事公司為瑞典海軍設(shè)計了直升機用的 SAM204 型航空深水炸彈。該型深水炸彈使用末端制導技術(shù)，發(fā)射前，搜索和航行系統(tǒng)鎖定目標，彈道采用2種不同速度，借助降落傘完成最后降落。頭部裝有主動微型水聲自導系統(tǒng)，自導的作用距離雖短，但多角色系統(tǒng)執(zhí)行水面和水下任務(wù)時深、淺水特性俱佳，導引精度高，可直接命中目標。

20世紀90年代以來，俄羅斯、意大利、瑞典、美國等相繼開發(fā)了航空自導深水炸彈[14]。俄羅斯的C3B無動力自導深水炸彈外型與一般航空深彈相似，適用于固定翼飛機和旋轉(zhuǎn)翼飛機使用，如伊爾–38反潛巡邏機、卡–28 以及雅克–36 艦載垂直起降飛機，并且該型深水炸彈與反潛機有電接口，能在機上進行引信設(shè)定，必要時能使深水炸彈切換成打擊水面狀態(tài)或半潛狀態(tài)的潛艇。目前世界上較先進的自導深彈有俄羅斯的3агон–2航空深彈和德國“海矛”火箭自導深彈。

1.3 現(xiàn)有反潛作戰(zhàn)樣式分析

1）反潛深彈。對于淺水海域，低成本的深彈武器是最有效的反潛武器。隨著潛艇的速度、潛深范圍加大，常規(guī)深彈攻潛范圍變“窄”，散布變大、效率變低、命中概率減小，且潛艇自身抗打擊能力變強，使得常規(guī)深彈反潛的毀傷半徑降低。自導深彈技術(shù)的發(fā)展有效提升了作戰(zhàn)效能，俄羅斯發(fā)展的自導深彈[15]，最大下沉速度可達18 m/s，自導探測距離達450 m，命中率可達60%，然而其效費比已超航空魚雷。

2）反潛魚雷。魚雷憑借其自動導引并追蹤目標，破壞威力大等特點在反潛作戰(zhàn)中具有重要的地位。對于管裝魚雷反潛方式，由于速度不高、海底跟蹤環(huán)境復(fù)雜等因素影響，魚雷反潛時容易丟失目標，且可給潛艇提供足夠時間進行機動規(guī)避，同時管裝魚雷反潛距離較短，一般都在10 km以內(nèi)。

3）火箭助飛魚雷。反潛導彈反潛方式具備射程大、隱蔽性好等優(yōu)點，但由于反潛導彈技術(shù)復(fù)雜，研制費用大，另外反潛導彈還需要進一步提高其落水點精度，以發(fā)揮其戰(zhàn)斗威力。

4）直升機反潛。直升機反潛具有機動性強、反應(yīng)迅速、搜索效率高等優(yōu)點，但是直升機反潛存在航程近、續(xù)航時間短等缺點。

2 超空泡武器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 超空泡技術(shù)內(nèi)涵

超空泡減阻技術(shù)是一種革命性減阻技術(shù)，在超空化狀態(tài)下，航行體壁面附近的流體由水變?yōu)闅怏w，如圖1所示，由于氣體的密度遠遠小于水的密度，因此航行體的航行阻力大幅降低，航行體入水后能夠保持高速航行狀態(tài)。該技術(shù)是水下航行器提高航速、增大航程的重要技術(shù)手段。

圖1 通氣超空泡發(fā)展形態(tài)Fig.1 Developed shape of ventilated supercavitation

2.2 超空泡生成機制

利用以下方法產(chǎn)生的超空泡將運動體與水隔離，可以大大降低水阻力，從而提高水中兵器的速度。

1）在以火箭發(fā)動機為動力的雙層殼體的彈體內(nèi)安裝氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器產(chǎn)生的氣體從分布在殼體上的微孔噴出，包圍整個彈體；

2）采用前置火箭發(fā)動機為射彈提供動力，同時以噴氣方式形成氣體包層；

3）采用后置發(fā)動機，向彈頭開孔的噴管噴出射流形成超空泡；

4）設(shè)計特殊形狀和尺寸的彈頭段，以形成水蒸氣，充滿氣體包層。

2.3 超空泡武器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

美國主要發(fā)展2類超空泡武器：超空泡射彈和超空泡魚雷?？焖贆C載水雷消除系統(tǒng)[16（]RAMICS）能夠通過發(fā)射超空泡射彈摧毀水面和近水面水雷，該系統(tǒng)迄今進行了地面試驗和空中測試。同時還發(fā)展了一種水面艦艇艦載的 RAMICS系統(tǒng)（能夠摧毀尾跡自導魚雷的近戰(zhàn)武器系統(tǒng)）和水下高速彈藥的全水下火炮系統(tǒng)（AHSUM，即超空泡動能炮彈）。超空泡魚雷是水中航速速度超過200 kn的高速魚雷。該項研究工作涉及發(fā)射、流體力學、聲學、引導和控制、推進動力裝置等領(lǐng)域的課題。

俄羅斯早在1960年就開展了超空泡魚雷的研究工作，并于20世紀80年代研制成功了第1代“暴風雪”超空泡魚雷，速度達到100 m/s。俄羅斯超空泡射彈試驗由2部分組成：1）約束模超空泡射彈試驗。該試驗?zāi)軌虮ＷC穩(wěn)定的試驗彈道，為研究穩(wěn)定的超空泡流空泡的初生、發(fā)展、潰滅，以及在射彈入水階段的不穩(wěn)定過程創(chuàng)造了可能性，主要速度范圍是50～150 m/s；2）自由飛行高速射彈試驗。該試驗?zāi)軌蚋诱鎸嵉卦佻F(xiàn)射彈的工作環(huán)境，通常在真實海洋環(huán)境條件下進行。

德國在20世紀80年代中期，開始“梭魚”超空泡射彈的研制工作，并在20世紀末進行了多次水下射彈試驗。試驗表明：在一定深度下，射彈速度可保持在120 m/s，試驗航程誤差僅為0.5～0.8 m。此外，德國人還提出了帶自導和轉(zhuǎn)向功能的超空泡水下火箭式射彈開發(fā)計劃，并取得了關(guān)鍵技術(shù)的突破。

挪威DSG防務(wù)公司發(fā)展了標準口徑設(shè)計、兼具空中及水下性能的“多環(huán)境彈藥”（MEA）。MEA彈藥[17]采用常規(guī)膛線自旋穩(wěn)定方式，該系列彈藥有5.56 mm、7.62 mm、12.7 mm、20 mm、30 mm等多種口徑子彈。平滑水面條件下，MEA彈藥出入水角達 7°～10°，最小穩(wěn)定出入水角小于 2°。步槍口徑的MEA彈藥可為特種作戰(zhàn)提供有效的陸地及水下武器，較大口徑的MEA彈藥則可用于反水雷、反魚雷作戰(zhàn)。

3 超空泡反潛彈藥方案設(shè)想

3.1 超空泡反潛彈藥基本原理

超空泡反潛彈藥是將大口徑火炮發(fā)射技術(shù)、超空泡減阻技術(shù)與制導炮彈技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)艦炮平臺對潛艇等水下高價值目標的跨介質(zhì)打擊，拓展傳統(tǒng)火炮武器在水下攻防作戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用。超空泡反潛彈藥主要由戰(zhàn)斗部、制導艙、通氣系統(tǒng)、水下發(fā)動機等部分構(gòu)成，能夠通過大口徑火炮平臺發(fā)射，在空中高速遠距離飛行，在預(yù)定點以大落角姿態(tài)高速穩(wěn)定入水，入水后在發(fā)動機與通氣系統(tǒng)共同作用下高速航行，快速對深水潛艇目標進行動能毀傷。

圖2 超空泡反潛彈藥作戰(zhàn)示意圖Fig.2 Operational diagram of anti-submarine supercavitation ammunition

3.2 超空泡反潛彈藥技術(shù)優(yōu)勢

常規(guī)魚雷與反潛導彈存在造價高、水下攻擊速度慢、攻擊末端抗干擾能力弱、易受反魚雷武器攔截等缺點。超空泡反潛彈藥相較于常規(guī)魚雷、反潛導彈的技術(shù)優(yōu)勢十分明顯。

1）速度快。超空泡反潛彈藥利用火炮發(fā)射，在空中飛行速度可達到700 m/s量級，水下速度可達150 m/s以上，飛行速度是火箭助飛魚雷的2倍以上，魚雷水下航速的20倍以上，對10～100 km范圍內(nèi)的目標進行有效殺傷。

2）射程遠。常規(guī)反潛彈藥的射程可達10～20 km，若采用彈形減阻或底排減阻等增程技術(shù)，可使其射程達到30 km以上，采用滑翔增程或沖壓發(fā)動機增程技術(shù)，可實現(xiàn)50～110 km射程，極大擴展了反潛攻擊的范圍。

3）可全向、全天候發(fā)射。超空泡反潛彈藥只要目標在有效射程內(nèi)，無需進行占位和航向機動，只需通過調(diào)整火炮高低與方位即可實施發(fā)射，可實現(xiàn)快速攻擊。

4）攻擊效果好。由于超空泡反潛彈藥速度快，攻擊時間短，因此潛艇對其探測難度大，預(yù)警時間短，難以進行有效的機動規(guī)避；同時，反潛彈藥對目標以動能進行打擊，各種潛艇干擾器材難以奏效，從而大大提高了攻擊效果。

5）攔截成功率高?；谂炤d、機載等多種搜潛方式的綜合運用，實現(xiàn)對水下目標的精確定位與實時跟蹤，利用無線電指令制導的方式，炮彈可對水下目標實施點對點的精確打擊。另一方面，利用大口徑艦炮每分鐘10～12發(fā)的高射速特點，可在水下目標的航路上合理布置攔截火力，對其實施分層攔截，提高對水下目標的攔截成功率。

6）效費比高。以國外反潛導彈造價為參考，反水下目標炮彈預(yù)計成本約為前者的十幾分之一，具有顯著的低成本優(yōu)勢，效費比高。

3.3 超空泡反潛彈藥彈道性能分析

1）仿真工況。

超空泡反潛彈藥以350 m/s著速、斜射80°、1°正攻角入水，設(shè)計推力60 kN，設(shè)計通氣流量為= 0.007(h-5)kg/s，計算深水航行至300 m過程中的空泡形態(tài)的發(fā)展規(guī)律與彈道特性。

圖3 不同水深空泡形態(tài)Fig.3 Cavitation morphology in different water depths

圖4 縱平面彈道曲線Fig.4 Longitudinal plane ballistic curve

2）仿真結(jié)果。

新型超空泡彈藥在水下深水運動過程中空泡始終包裹彈身，具有良好的水彈道性能，彈體以尾拍動態(tài)穩(wěn)定維持運動航行至300 m水深，終點存速在360 m/s，彈著點偏差在8 m左右（取與入水點相對位置）。

4 應(yīng)用前景分析

現(xiàn)有反潛作戰(zhàn)裝備在快速進行遠距離巡邏、大區(qū)域快速攻潛等方面的技術(shù)水平與裝備規(guī)模依然滯后。超空泡反潛彈藥得益于超空泡技術(shù)的應(yīng)用，可跨水空介質(zhì)對水下目標實施高效打擊，極大提升了反潛武器的攻擊效能，該武器系統(tǒng)依托大口徑火炮（艦炮）進行發(fā)射，采用“BD+慣性制導+無線電指令制導”的復(fù)合制導模式，是一種相對廉價的新型對潛快速精確打擊武器系統(tǒng)。其與現(xiàn)有其他反潛作戰(zhàn)裝備之間可以優(yōu)勢互補，形成以下多方面效果。

1）超空泡反潛彈藥作為中近程武器，與其它反潛作戰(zhàn)武器形成遠、中、近層次銜接的反潛武器裝備體系。

2）利用超空泡反潛彈藥打擊深度范圍大的優(yōu)勢，完善深海立體反潛作戰(zhàn)能力。

3）利用超空泡反潛彈藥效費比高的優(yōu)勢，與機載/艦載輕型魚雷、火箭助飛魚雷協(xié)同搭配，豐富單艦/編隊水下作戰(zhàn)手段。

4）向功能多樣化、口徑系列化方向發(fā)展。超空泡反潛彈藥除可用于反潛，亦可用于反魚雷、破障、反UUV等水下作戰(zhàn)行動；同時發(fā)展適用于小、中、大口徑火炮的彈藥，增加水下打擊能力，如30 mm、76 mm、155 mm等超空泡水下增程彈藥。

5 結(jié)束語

超空泡反潛彈藥基本定位在利用反潛彈藥速度快、射程遠、可全向全天候發(fā)射、攻擊效果好、效費比高等顯著優(yōu)勢，對作戰(zhàn)平臺10～20 km乃至更大范圍內(nèi)的敵方潛艇進行快速、持續(xù)、高效地打擊。與現(xiàn)有的反潛作戰(zhàn)武器裝備優(yōu)勢互補，構(gòu)筑更加綿密高效的反潛網(wǎng)絡(luò)，提高海上作戰(zhàn)平臺的反潛能力。同時，超空泡反潛彈藥技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用賦予了火炮武器水下攻防作戰(zhàn)能力，不僅拓展了傳統(tǒng)火炮武器的作戰(zhàn)領(lǐng)域，還將對未來反潛作戰(zhàn)方式及其裝備發(fā)展產(chǎn)生革命性影響。