鱼雷在水下运动时螺旋桨靠什么能驱动？

鱼雷沙皇——「核动力」波塞冬鱼雷

由于俄罗斯在无力继续发展航母，就把更多的精力投入到了核潜艇上了，而鱼雷是潜艇重要的攻击手段。

鱼雷是能在水下自航、制导，攻击水面或水下目标的水中武器。

自1866年鱼雷在英国诞生以来，陆续出现了各种各样的鱼雷。

1、压缩空气鱼雷：第一枚鱼雷就是利用压缩空气驱动活塞发动机带动一个螺旋桨推进。

2、热动力鱼雷：又称蒸汽瓦斯鱼雷，热动力发动机代替了压缩空气发动机。

3、电动力鱼雷：电动力克服了热动力鱼雷航行中因排出气体而暴露航迹的缺点。

4、线导鱼雷：二战时德国研制的线导鱼雷，采用线导加末段被动声自导，发射舰艇通过导线与鱼雷连接并进行遥控，不易被干扰。

5、反潜鱼雷：美苏争霸时期，研制出了双平面主被动声自导鱼雷，既能反舰又能反潜。

6、火箭鱼雷：顾名思义，利用火箭使鱼雷经空中助飞一段距离再入水航行，增大了鱼雷的攻击距离和速度。

7、尾流自导鱼雷：利用舰船航行时产生的尾流导向目标的反舰鱼雷。

8、超空泡鱼雷：俄罗斯用两级火箭（一级为固体火箭发动机，二级为铝镁加海水作反应燃料的喷气发动机）作为动力装置，研制出了“暴风”鱼雷，在鱼雷研制方面，俄罗斯确实有一套。

最后登场的就是核动力的核鱼雷——波塞冬鱼雷。

2018年3月1日，俄罗斯首次承认其存在。这种使用核动力推进的并携带核弹头的鱼雷，是真正的大杀器，被搭载在俄罗斯最先进的核潜艇“别尔哥罗德”号核潜艇上。

波塞冬核鱼雷实际是一种无人潜航器，此前也称之为“状态-6”海洋多用途系统，是俄罗斯研制的一种采用自杀式攻击方式并携带有核战斗部的大型核动力无人自主式潜航器，所以也可以看作是一种超大型鱼雷。

波塞冬核鱼雷直径达到了1.6米（有信息称为1.5米），长度为24米，重约100吨，潜深达到了1000米，配备有一个8兆瓦的小型液态金属冷却核反应堆以及一套喷水推进装置，水下巡航速度约为30节，水下最快航速可达约100节左右，最远航程可达10000公里。

由于波塞冬鱼雷配备的应用了人工智能技术的自主式导航控制系统，它可以自主计算路线，悄无声息地达到目标，引爆最大千万吨TNT当量的核弹头，瞬间就能掀起百米巨浪。

波塞冬核鱼雷也就成为了俄罗斯对于美国航母战斗群、港口城市的重要核威慑力量。

1866年，英国工程师罗伯特·怀特黑德发明了第一枚实用鱼雷，在此后的一百多年里，鱼雷成了海战中最重要的武器之一。二战期间，死于鱼雷之手的航空母舰就有17艘之多，还有战列舰、驱逐舰、商船等无数冤魂。

它专门攻击舰艇薄弱的水下部分，一枚重型鱼雷就能将3000吨大型军舰拦腰折断，成了各国海军既避之不及，又趋之若鹜的杀手锏。

1、最早的鱼雷使用压缩空气发动机，驱动螺旋桨前进，速度很慢，射程很短，只有640米。此后，鱼雷动力系统经过了数代发展。

2、20世纪初，鱼雷进入热动力时代。热动力鱼雷采用开式、半开式或闭式循环发动机，将化学能源通过燃烧转化成机械能。

热动力鱼雷发动机有活塞式、涡轮式、燃气轮机、火箭发动机等等。美国现役主力 Mk48 Mod 5重型鱼雷，就采用半闭式循环的摆盘活塞发动机，最大航速55节，最大航程46千米。

▲Mk48 重型鱼雷

活塞式发动机又分为往复式、凸轮式、周转斜盘/摆盘式等等。

鱼雷在水下运动，不能从周边获得氧气，所以要自已携带氧化剂、还原剂，就像火箭在太空中飞行要携带氧化剂一样。鱼雷热动力发动机先进与否主要看推进剂的能量密度高低。

早期的热动力发动机使用酒精、煤油+压缩空气燃料，能量密度很低，比能量只有0.197Wh/kg。后来，推进剂飞速发展，从煤油+氧气、煤油+过氧化氢、煤油+硝酸，一直到现在广泛使用的奥托II及其组合燃料，比能量已经达到470 Wh/kg，比最初提高了2300多倍。

热动力鱼雷的优点是：航程大、航速快、噪声也大，但同时因为开式、半开式循环与外界工质交换，所以会产生明显的航迹，不利于隐蔽。

3、除了热动力鱼雷，推动螺旋桨的还有电动鱼雷。

电动鱼雷，采用电池组推进，和电动自行车原理差不多，但电池性能好很多。从早期的铅酸电池、镉镍电池，一路到银锌电池、镁/氯化银海水电池、镁/铜海水电池、铝/氧化银电池，能量密度迅速增加，已达到100~150 Wh/kg，但从数据上看仍不如热动力鱼雷强悍。

意大利和法国联合开发的MU90鱼雷，采用无极变速的单转永磁无刷电机，最高航速50节，最大航程25千米，已经接近优秀热动力鱼雷的性能指标。

电动鱼雷不受海水背压影响，潜深大，无航迹，噪音低，但航程短、航速低，正好与热动力鱼雷相反。

4、此外，还有不用螺旋桨推进的喷射式鱼雷，一种是喷气的，一种是喷水的。

著名的俄罗斯“暴风雪”超空泡鱼雷，使用火箭发动机，镁基金属水反应燃料，最高航速达到惊人的200节，但航程只有10千米左右。

5、而最新推动螺旋桨的，还有俄罗斯刚刚公布的 “波塞冬(Poseidon)”核动力鱼雷。

它用液态金属反应堆驱动螺旋桨前进，拥有无限航程，可在水下潜伏数十天，航程1万公里，可携带核弹头，是真正的战略级武器，名副其实的“海神”。

虽然现在的鱼雷，因射程太短被反舰导弹夺去了主角光环。但随着先进燃料和发动机的不断发展，未来拥有超远射程和自主导航能力的鱼雷仍将是军舰、潜艇的噩梦，甚至有可能让水下重型装甲重新回归呢。

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现代鱼雷的驱动方式主要有两种，分别是热动力和电动力。所谓的热动力就是使用燃料+燃料发动机，电动力则是使用电池+电动机。热动力鱼雷使用的燃料发动机包括有燃气轮机、活塞式发动机、火箭发动机等，至于燃料，早期的鱼雷使用空气+水+煤油或者酒精，后面发展到使用单组燃料的，比如奥拓燃料、过氧化氢等，也有使用多组燃料的，即过氧化氢+奥拓2+水等，比如俄罗斯的53式重型鱼雷，其中53-65和53-65M型使用的是煤油+过氧化氢的涡轮发动机，53-65K型则是使用煤油+压缩空气燃气轮机，下图为53式鱼雷的发动机结构：▲53式鱼雷发动机结构

然后是电动力鱼雷，动力系统为电池+电动机的组合。最早的电动力鱼雷诞生于1873年，不过因为当时的电池技术不过关，所以是采用外部电缆供电的方式给电动机提供电力。而世界上第一款采用电池供电的鱼雷由德国在二战期间发明，即G7E鱼雷，使用铅酸可充电电池，不过这种电池对震动过于敏感，在使用过程中需要经常维护，并且需要提前余热才能达到最佳的使用性能，后面又诞生了G7E鱼雷的改进型，使用原电池的G7EP鱼雷，随着电池技术的发展，后面出现了镉镍电池、银锌电池、氧化银电池等，比如英国的MK-24“虎鱼”鱼雷，使用的就是氧化银电池。▲鱼雷的电池舱

最早的自行式鱼雷诞生于1866年，使用压缩空气为动力来源，储存的空气压力高达2.55兆帕，当这些压缩空气冲击鱼雷上的活塞发动机时，活塞发动机将会带动螺旋桨以每分钟100转的速度转动，可以使鱼雷以6.5 节（约12公里/小时）的平均速度行进约180米的距离，后面的改进型更是可以让鱼雷以35节（约65公里/小时）的平均速度行进约1000米。到了19世纪末期，美国最先发明了飞轮动力鱼雷，也就是提前使用机械飞轮蓄力，然后驱动鱼雷的螺旋桨转动，从而给鱼雷带来行进的动力，这种飞轮式鱼雷可以以25节（46公里/小时）的速度行驶约370米，且跟压缩空气式鱼雷不同，飞轮式鱼雷在水中航行时没有气泡，隐蔽性相对更好，下图为美国海军“Howell”鱼雷的飞轮：

▲“Howell”鱼雷上的飞轮装置

除了上面提到的几种鱼雷的动力方式，其实历史上还出现过“加热空气式”鱼雷，即把空气和煤油混合点燃，燃烧会产生更多的气体，使气体体积进一步膨胀，提高鱼雷的速度和射程；然后还有“湿加热式”鱼雷，即使用水来给鱼雷发动机的燃烧室降温，可以解决发动机的发热问题，使其可以燃烧更多的燃料，同时还可以将生成的水蒸汽与燃烧产物一起送入发动机来产生额外的动力，这就是“师加热式”鱼雷的主要工作原理，第一次世界大战和第二次世界大战中使用的鱼雷大多数是都是“湿加热式”鱼雷。

鱼雷被压缩空气推出发射管几十米后，雷体内的动力装置开始工作带动螺旋桨旋转，并且推动鱼雷向前。

目前，鱼雷的动力系统有两种，一种：以电池释放出电能提供给鱼雷的微电机，驱动螺旋桨。另一种是：鱼雷携带燃料在鱼雷的“热动力机”燃烧做功带动驱动机械，再由驱动机械带动螺旋桨。

目前鱼雷用电池有两种，一种上面所说的“银锌蓄电池，一种是“镉镍蓄电池。电池鱼雷的优点就是航行时没有“航迹”！我们看关于潜艇的影片时都会有这样的情节出现：舰船上的瞭望哨发现一条明显的航迹极速来袭…瞭望哨发出警报，舰长口令××满舵…鱼雷在船上一片尖叫当中滑过舰船…这其实是热动力鱼雷才有现象！电动鱼雷是没有航迹的，所以电动鱼雷隐蔽性很强，而且它的噪音也很低，缩短了声呐探测的距离，但不论是“银锌蓄电池”还是“镉镍蓄电池”能量储备都很少，通常情况下一枚鱼雷里蓄电池的重量为340～580公斤，比能量是50～70瓦时/公斤，鱼雷是体型很大的水下兵器，533毫米雷径的鱼雷重量都在1300～1500公斤以上，这么点能量只能让鱼雷有8公里左右的航程（40节），显然是攻击距离太短了，对潜艇来说是不安全的，并且“银锌电池组”价格也很昂贵！由于有这些暂时克服不了的问题，所以目前大型鱼雷的型号很少使用蓄电池为动力。
这个就是鱼雷的热动力机，是一个结构非常复杂的装置，并且从精密铸造开始→机械加工，工艺等级要求极高！没有高深的工业化能力根本制造不出来。

热动力机能量输出大、持续时间久，可以让鱼雷航行的更快、更远（最快的50节/50公里）是目前大型鱼雷（533毫米和650毫米雷径）的动力首选，而且热动力鱼雷在和平时期训练当中可以反复使用（操雷）将大大的提高了潜艇的作战能力！

热动力鱼雷的燃料最早期的是酒精，比能量很低，到了一战期间使用的是：煤油+氧气，但是这种鱼雷非常危险！内置氧气瓶如果释放不均匀很容易引起爆炸，对潜艇和鱼雷都是不安全的！随后又出现了：煤油+过氧化氢，在安全系数上略有提高。

过氧化氢进过稀释之后就是我们日常皮肤外伤消毒用的“双氧水”，它在浓度很高的时候遇热可以释放出来氧气助燃煤油，但是过氧化氢也是不安全的！也有氧气释放不均匀情况的发生，浓度太高会引起煤油燃烧过旺，有可能引起热动力机爆炸！图片上“库尔斯克号”核潜艇事故最后查明就是：携带的65-76型鱼雷内部过氧化氢溶液释放出的氧气浓度太高所致..。

现代的热动力鱼雷普遍采用了先进的六氟化硫为主的热动力燃料（奥托Ⅱ燃料组合），由于没有氧气助燃它的安全性大大的提高，而且比能量输出达到了470瓦时/公斤，远远的超过了“银锌电池组”！
热动力机为活塞式发动机，又分成了：往复式、凸轮式、周转斜盘式和摆盘式，图片上这个就是周转斜盘式，由于它的活塞行程比较长，所输出的功率要比其它几种形式略大一些
。
这个是摆盘式
由于摆动幅度较大，也提高了功率输出。
鱼雷的驱动机械部分运行式就是这个状态。

热动力鱼雷虽然有高速度大航程的优点，但是热动力机在运行过程中需要将燃烧废气排出到鱼雷的外面，这样就会形成一条非常明显的航迹，过早的暴露身影，会被舰船提早的发现组织兵器对它进行防御，而且热动力机做功时也会产生噪音，让“被动声呐”过早的发现，这些都是热动力鱼雷目前克服不了的缺陷，但它的利要大于弊，所以现代鱼雷仍然以它为主要动力方式。

总之，鱼雷目前仍然是最主要的水下兵器，能制造它的国家没超过10个！都是工业能力强大的国家，鱼雷将来发展的方向仍然是以智能化为主，现在热动力机是鱼雷的主要动力，如果有新型的高容量、大功率、材料价格便宜电池出现，那将是鱼雷技术的革命。

鱼雷因为拥有自主寻找目标的能力（声导和线导），也可以称之为水下导弹，而与导弹相比，鱼雷装药量更大，又专门攻击军舰水线以下部位，加之水下倍增效应的BUFF加成，威力往往是同等反舰导弹的数倍，很容易将军舰倾覆甚至击沉。因此鱼雷在一战之后就已经成为了各国军舰仅次于舰炮的第二大杀手锏，如今虽然反舰导弹推陈出新，但是鱼雷因为其不可替代性，仍旧是主要海军强国争相追逐的重要武器！

（美军一枚MK48鱼雷就将澳大利亚2500吨的河级护卫舰炸成两段）

目前全世界的鱼雷主要分为两个流派，一个是热动力鱼雷，一个是电动力鱼雷。所谓热动力鱼雷其实就是通过在鱼雷内部安装燃料发动机，燃料燃烧产生高温高压燃气推动发动机做功，发动机再带动螺旋桨旋转。热动力鱼雷因为使用成熟的燃料发动机，而且不断有各类能量密度超高的燃料研制出现，因此热动力鱼雷的航程非常大，速度也比较快（苏联的65型鱼雷最大航程超过100千米，速度也接近100千米/小时），从二战至今一直是鱼雷界的霸主！
（我军装备的鱼6热动力鱼雷）

与一部分AIP潜艇一样，因为鱼雷在水下航行时发动机无法得到氧气，因此鱼雷内部必须自己携带过氧化氢和压缩氧之类的氧化剂，但是这也带来一个巨大的缺点，因为发动机燃料与氧化剂混合燃烧以后会产生海量的诸如二氧化碳之类的无用气体，因此这些气体就会排出并上升至海面形成一连串的气泡，这就是鱼雷航迹，航迹过于明显也导致敌方军舰老远就能发现这类热动力鱼雷的攻击，并能预测其航向进行有效的闪避。
（鱼雷航迹明显）

那么如何避免气泡航迹的产生呢？人们想到了通过更换动力装置的方式来解决，将燃料发动机直接更换成电动机，电动机因为直接使用电池中的电能推动螺旋桨，所以没有气泡产生。不过相比燃料发动机而言，受制于现在蓄电池的能量密度太小，因此大部分电动力鱼雷的航程短，速度也更慢（最先进的意大利黑鲨鱼雷采用4组铝氧化银电池，最大航程90公里，最大速度90千米/小时，已经有赶超热动力鱼雷的趋势），电动力鱼雷要淘汰掉热动力鱼雷，未来还得仰仗超高能量密度的新款电池助攻。
（德国海鲟电动力鱼雷）

除了这两种动力方式之外，鱼雷在1866年被英国人怀特黑德发明之初，使用的是压缩空气动力，也就是将大量空气注入鱼雷内部的压缩罐内，在鱼雷发射时就打开一个小阀门，空气就会向外喷射而出，从而推动螺旋桨旋转。这种驱动方式过于原始，压缩空气释放动力太弱，鱼雷只能维持10公里/小时的速度，而且压缩空气很快就会释放完毕，鱼雷即可停止运动，因此这个时候鱼雷的航程也普遍不超过2公里，压缩空气动力鱼雷很快就被热动力鱼雷淘汰了。
（世界最早的压缩空气鱼雷）

目前最先进的鱼雷动力当属火箭发动机驱动，火箭发动机自身携带氧化剂与燃料，燃烧后直接向后喷射高速混合气体推动鱼雷前进，速度堪称水中火箭。苏联著名的“风暴”超空泡鱼雷即是采用这种推进方式，它的水下速度能够达到370千米/小时，比陆地上跑的高铁还要快，几乎是防不胜防！不过因为火箭发动机功率大，爆发性强，燃料消耗快，因此风暴鱼雷的航程只有15千米，这也是为什么火箭驱动虽然高大上，但是却没有成为主流的原因！
（俄罗斯暴风雪鱼雷的火箭发动机喷口）