国外鱼雷动力发展研究

赖 鸣，齐国英，朱鹏飞

(1.中国船舶重工集团公司 第七一四研究所，北京100012;2.中船重工物资贸易有限公司，北京100861)

0 引 言

鱼雷动力系统主要由能源和发动机组成，是推动鱼雷前进、提供全雷各系统电源的关键部分，在整个鱼雷构成中具有举足轻重的地位。从鱼雷诞生伊始对水下动力的探索就从未停止，因此发展出多种多样的动力形式，如压缩空气、电力、发条、飞盘、火药、燃油等。这些动力形式的发展不是盲目出现的，其具有一定的规律，有多种因素影响着鱼雷动力发展的路径和方向。对国外鱼雷动力发展进行研究和分析，有助于梳理出影响鱼雷动力形式发展的关键因素，得到未来鱼雷动力系统的发展方向，为我国鱼雷动力发展提供参考和借鉴。

1 国外主要国家鱼雷动力发展历程

1.1 美国

最初美国探索自己的鱼雷动力系统(如飞轮)，后来接受了压缩空气动力系统。二战结束前，美国鱼雷动力以跟随欧洲技术为主。二战后，美国鱼雷动力的发展分为2 个阶段:第1 阶段从二战末期到20世纪60年代，鱼雷采用电动力技术;第2 阶段从20世纪60年代至今，采用热动力技术。

20世纪50年代后，随着苏联核潜艇的服役，电动力鱼雷Mk37 由于在使用深度、速度上的不足，已不能满足作战需要。同时，限于当时的电动力技术，鱼雷航速和航程大幅增加的可能性不大。因此，为与苏联潜艇展开对抗，在20世纪60年代后，美国开始着手研制热动力鱼雷。

1963年，采用固体火药为能源的MK46 热动力鱼雷服役，比采用银镁海水电池的MK44 电动力鱼雷航速提高15%，航程增大80%，航深增加50%。

经过投标竞争，1981年美国海军选择了霍尼韦尔公司的热动力方案。该方案采用锂加六氟化硫闭式热循环系统，废气无需排出雷体外，航速不受海水背压影响，且无航迹，隐蔽性好。采用该动力系统的MK50 鱼雷，航速达到55 kn，航程20 km，于1994年服役。尽管有很高的性能，但是该系统的维护较为复杂，美国在新型MK54 鱼雷上并没有采用该动力系统。

从型号发展上看，从MK46 开始，美国鱼雷从电动力型式完全转变为热动力型式。随着对鱼雷航速航程的要求不断提高，美国除了继续改进“奥托”Ⅱ燃料热动力技术外，还开发了锂/六氟化硫热动力技术。

1.2 俄罗斯

1877-1905年俄罗斯使用的是“白头”及其派生型鱼雷，利用压缩空气驱动;一战和二战期间使用热压缩空气和活塞发动机的热动力鱼雷;二战后，苏联鱼雷有了飞速发展，尤其在动力装置上，采取热电并举的策略，并开创性的使用了水下火箭动力，取得很高成就。

20世纪50年代，53-51 型、53-56 型、53-57 型鱼雷均采用双缸往复式活塞发动机，以煤油、空气和海水为能源。PAT-52 型鱼雷首次采用固体火箭发动机，以硝酸加煤油为能源，为其后研制的各型火箭发动机鱼雷奠定了基础;60年代，СЭТ-65КЭ 鱼雷采用电动力推进系统，以一次银锌电池为能源。53-65КЭ 鱼雷用燃气轮机替代了往复式活塞发动机，以煤油、氧气和海水为能源;70年代，53-68 型鱼雷应用了汽轮机，用煤油和过氧化氢为能源;80年代的ДПТ- 65 鱼雷仍采用汽轮机，但ТЭСТ- 71 鱼雷采用了银锌电池;进入90年代，УЭТТ 鱼雷采用一次镁-氯化铜海水电池。АПР 高速空投反潜鱼雷采用固体燃料的喷气或喷水发动机。УГСТ 鱼雷采用“奥托”Ⅱ单元液体燃料，20世纪末将其发动机改为开环式涡轮发动机，燃料采用“奥托”Ⅱ+HAP+海水。“狂风”鱼雷二级火箭发动机，一级为固体火箭发动机，二级为镁铝加水作反应燃料的喷水发动机。

1.3 英国

英国是老牌的鱼雷大国，从生产“白头”鱼雷开始走上鱼雷研制生产的道路。英国的鱼雷动力发展经历过压缩空气、热动力、电动力、以及热电并存4 个阶段。

英国最初的鱼雷是“白头”鱼雷，其动力系统也是压缩空气(冷动力)。二战期间主要发展了热动力技术。1940年，英国在作战中得到德国G7e-T2 电动力鱼雷，随后开始电动力鱼雷的研制，但由于军方没有明确需求，导致电动力鱼雷发展不顺利。

二战后，英国计划采用德国和美国的过氧化氢鱼雷动力技术改装MK8 型鱼雷，但由于过氧化氢动力的不稳定性，1955年试验中发生严重事故，随后改装计划终止。此后20 余年里，电动力鱼雷得到重点发展，形成的典型装备是80年代服役的“鯆鱼”鱼雷和MK24-2 “虎鱼”鱼雷，前者采用银镁海水电池，后者采用银锌电池。

与美国类似，由于苏联潜艇航速的提高，英国在70年代后重新开始发展热动力技术。80年代末，英国马可尼空间与防务系统公司研制的“旗鱼”鱼雷服役，其采用HAP-OTTO 涡轮动力系统，速度达到了创纪录的70 kn。

对于配电线路，相对于输电线路输送距离较短，可以忽略波过程的影响，同时还可以忽略对地电容的影响，此时，配电线路可以等效为线路电阻和电抗，其等效电路如图1所示。

1.4 法国

二战前，法国研制了M12D，M18，M26V和26DA 等型号鱼雷，均采用热动力(煤油、酒精热动力方案)，航速35 ～44 kn，航程2 ～13 km。二战开始不久，法国战败，鱼雷工业丧失殆尽。战后，作为战胜国，法国得到德国鱼雷的装备和技术(电动力)，并在此基础上开始发展自己的电动力鱼雷装备。

50年代先后研制了E12，Z12，Z16和K2 型鱼雷，采用铅酸电池;60年代研制出L3，L4，E14，E15，Z13/Z15 等型号，采用镍镉电池;70年代研制了L5，L7，E18 型鱼雷，采用银锌电池，如L4-2 鱼雷采用一次银锌电池，比能量为42.68 Wh/kg，工作时间6.5 min;80年代末的F17-2 鱼雷动力同样采用银锌电池，但电池和电机都有了很大提高。F17-2 采用了新的、结构紧凑的双极堆式电池，使电池舱长度缩短了近1 m，比能量为82.6 Wh/kg，工作时间18 min;90年代的MU90 鱼雷或目前最先进的F21 鱼雷均采用一次铝氧化银电池，比能量为160 Wh/kg。

1.5 德国

德国在19世纪70年代便开始仿制“白头”鱼雷。一战失败后，德国加快了鱼雷的发展，到第二次世界大战前和二战期间，德国鱼雷在种类和性能上都处于领先地位。德国二战时基本使用G7a 与G7e 两大系列鱼雷，包括热电2 种动力形式。G7e为铅酸电池能源，二战后期射程为7 500 m，成为战后多国的仿制对象。

1957年4月，德国海军决定研发、生产DM1“海蛇”(Seaschlange)鱼雷，其采用银锌电池，20 kn速度时射程12 km。1961年，为打击水面舰艇，德国海军决定研制热动力鱼雷，即“水精”鱼雷。然而，由于德国在热动力技术上出现日益严重的问题，而国家又不愿意继续对非必要的研发项目进行投资，因此“水精”鱼雷的研发工作在20世纪70年代被搁置。

1963年4月德国决定研制过渡装备DM2 “海豹”(Seal)鱼雷。DM2 大量采用了DM1 的相关配件和组件，但银锌电池容量提高1 倍。

1982年1月，潜艇用鱼雷研发项目得到批准，将以DM2 A1 为基础，通过改进定位、电子以及制导系统，并提高推进系统功率形成DM2 A4 鱼雷。由于研发热力推进系统的时间更长，风险更大，所以德国仍选择了电力推进系统，采用高速7 相永磁非同步电机和银锌电池。

1.6 意大利

意大利白头鱼雷公司是鱼雷技术的开拓者和先进技术代表，其使用的压缩空气驱动发动机曾被多国模仿，后期的热动力技术也性能卓越。但二战失败阻碍了白头鱼雷的发展。

战后，白头公司面临迁址、经济萧条等不利因素，鱼雷工业几乎停滞。60年代末，意大利以美国MK44 鱼雷为基础开始研制A244 鱼雷，该鱼雷最初采用铅酸电池，后改为银锌电池;1981年服役的A184 重型鱼雷使用银锌电池，电池功率114 kW，高速条件下放电时间大于13 min;1984年服役的A244/S 改进型鱼雷采用了镁/氯化银海水电池，电池功率32 ±2 kW，工作时间不少于6 min，平均储存寿命为5年。

目前意大利正研制“闪黑”(flashblack)鱼雷，其具有先进的电力推进模块，采用可充电的锂聚合物电池，最大航速超过50 kn，射程超过20 km。

2 国外影响鱼雷动力发展的关键因素

2.1 作战对象性能不断提高推动鱼雷动力发展

一方面，水面舰船、潜艇的航速不断提高，迫使鱼雷不断增加航速。例如由于核潜艇的使用，使潜艇速度大幅提升，导致当时美国的电动力主战鱼雷MK37 不堪使用，同时当时的电动力技术不足以大幅提高鱼雷航速，因此，促使美国转而发展热动力鱼雷。另一方面，舰船反潜能力提高后，迫使鱼雷增加航程，以降低潜艇被发现的概率。从发展历程上看，最初的鱼雷射程只有数百米，目前轻型鱼雷航程超过20 km，重型鱼雷超过50 km。

2.2 作战使用的要求影响对鱼雷动力的选择

经过实践检验而广泛应用的动力形式只有热动力和电动力2 种。在20世纪90年代之前，这2 种动力各有特点:热动力能量大，有助于提高鱼雷的航程和航速;电动力噪声低、无尾流痕迹，但速度和航程不如电动力(当前电动力和热动力在各项指标上已非常接近)。因此，基于作战使用上的不同考虑，不少国家有选择的重点开发某型动力系统，例如德国侧重隐蔽作战，重点发展电动力鱼雷系统;俄罗斯基于降低敌反应时间的需要促进了高速水下火箭动力的发展等。

2.3 经济是制约动力发展的一个关键因素

鱼雷动力系统的研制技术挑战大，研制成本高。在鱼雷动力发展历程中，经济性是关键影响因素。德国曾在20世纪60年代和80年代2 次计划发展热动力鱼雷，但均由于投入过大而放弃;MU90 鱼雷是国际合作的产物，其原因也是投入成本过大，法、意两国独立研制的鱼雷均面临经费不足的问题，因此决定合作研发鱼雷。

2.4 技术的扩散/交流推动了鱼雷动力的发展

早期的鱼雷技术扩散有2 次;一次是怀特压缩空气技术的扩散，使美、英、德等国开始拥有较为实用的鱼雷动力系统，为以后的发展奠定基础;另一次是二战中德国电动力鱼雷技术被缴获后的扩散，这次扩散直接推动了美、俄、英、法等国研制生产电动力鱼雷。

目前深入的鱼雷技术交流仅限于盟国之间。如美国在研究MK48 鱼雷时，最终竞争的热动力方案分别是涡轮机方案和斜盘机方案，美国选择了斜盘机方案用于MK48，而涡轮机方案被英国选中，改进后成为“旗鱼”鱼雷的动力系统。

3 鱼雷动力未来发展趋势

从当前的发展来看，随着水中兵器作战领域的扩展，特别是以高速超空泡鱼雷、反鱼雷鱼雷等新型武器装备的出现，对水下动力提出了更高要求，促进了以高能量、大功率、低成本、安全性能好为特征的新型动力能源技术的快速发展。

从动力类型来看，在未来相当长的时间内，水下动力源将保持热动力和电动力共同发展的格局，两者的发展略有不同。

3.1 热动力以现有技术持续改进为主，缺少变革性

技术

目前，热动力技术的发展主要集中在改进现有动力系统的功率密度、热效率、安静性和安全性能上，今后一段时间内活塞发动机和涡轮发动机仍是热动力系统的主要形式。使用金属燃料的热动力系统因为功率密度高，受到较大关注，未来可能应用在更广的领域，其代表动力系统有先进型Li/SF6 闭式循环热动力、水反应金属燃料动力等。

3.2 电动力技术发展活跃，存在技术突破点

20世纪90年代前后，电动力技术有了长足进步。以铝氧化银电池、锂离子电池、锂和亚硫酰氯电池等为代表的技术获得良好发展，一些新型电动力技术应用到水中兵器上。如意大利最新推出的“闪黑”鱼雷已经采用了新型的锂聚合物电池。

电动力技术未来仍将处于快速发展阶段，高比功率、高效率、低噪声、集成化、模块化、组合化将是未来鱼雷电动力发展趋势。其中高能密度的电化学系统、新型电动机(如轴流盘式电动机、永磁直流电动机、无轴电力推进集成电机)等是当前研究的重点。除了已经开始应用于鱼雷的锂离子动力系统外，还有其他一些电动力系统有望在鱼雷上应用，包括硼氢化钠电池动力、固体氧化物燃料电池动力等。

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