艦艇動力系統熄火彈的可行性研究

摘 要:通過分析艦船的動力系統情況，分析了導致艦艇動力系統熄火的幾種可能方式，并討論了采用微膠囊方式的研制艦艇動力系統熄火彈的可能性。

關鍵詞:艦艇 動力系統 熄火彈 微膠囊

中圖分類號:U664文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0004-02

隨著國際形勢的變化，局部戰爭和地方沖突成為未來一個時期戰爭的主要形式，諸如國際維和行動、打擊恐怖主義活動、制止暴亂、打擊走私販毒等。在這些行動中，強殺傷性武器(導彈、坦克、大炮、機槍等)往往派不上用場，現代軍事行動最終的目標不再是通過殲滅對手來完成，而是使敵軍人員(或暴亂人群)和作戰設備(車輛、艦艇、飛機和基礎設施等)暫時或永久地喪失正常機能，從而影響敵方作戰行動、為己方爭取有利戰機。非致命性武器[1][2]在軍事行動中的應用可以有效達到以上目標，成為完成現代軍事任務、恢復和平與穩定的有效途徑。因此，世界許多國家都在積極開展非致命武器的研究工作，使非致命武器異軍突起。在海戰中，利用非致命性武器，影響艦艇動力系統的正常運轉，可以達到破壞敵軍作戰編隊、切斷能源供應等目標，成為有效應對海上威脅、控制危機和影響作戰形勢的新型軍事戰術和戰略。但是由于艦艇作戰環境的特殊性，在陸地上對車輛、坦克和飛機等適用的動力系統熄火技術在艦艇上很難得到有效應用，必須對艦艇的動力裝置系統進行研究，探索適用于艦艇的動力系統熄火技術。目前對于使艦艇的動力系統熄火的研究還比較少。

針對艦艇的動力系統的工作特點，研制開發一種可使艦艇自我癱瘓的新型反裝備型非致命武器—— 艦艇動力系統熄火彈，將成為海軍武器發展的必需。

1 艦艇的動力系統

艦艇的動力系統包括推進艦艇和為艦艇提供其他所需的動力和能源(電、蒸汽、熱水、壓縮空氣、壓縮液體等)的全部動力裝置。動力系統在艦艇上占有非常重要地位，被稱為艦艇的心臟。目前應用在艦艇上的動力系統主要有三種:柴油機、燃氣輪機和聯合動力裝置。

柴油機是以柴油為燃料的內燃機。柴油機因具有熱效率高、功率覆蓋范圍寬、能耗低、起動容易等優點，在各型民用船舶和中小型艦艇動力裝置中占主導地位。燃氣輪機是利用燃油和空氣混合燃燒，高速沖擊渦輪葉片的動力裝置。燃氣輪機重量輕、功率大，有很高的功率-重量比，20世紀50年代以后燃氣輪機開始在艦艇上獲得應用。但燃氣輪機的經濟性差，燃油消耗率高，在部分負荷及低工況時油耗值更高[3]。聯合動力裝置是將柴油機和燃氣輪機聯合使用，可以相互取長補短，成為能滿足現代大型艦艇要求的理想推進裝置。根據不同的聯合情況，目前采用的主要有以下幾種聯合動力裝置:柴油機和柴油機聯合裝置(CODAD)，柴油機和燃氣輪機聯合裝置(CODAG)，柴油機或燃氣輪機聯合裝置(CODOG)，柴電和(或)燃氣輪機聯合裝置(CODELAG/CODELOG)以及柴電和燃電聯合裝置(CODEG)等。

艦艇在正常航行時，不論動力系統是柴油機還是燃氣輪機，都會產生大量的熱量。柴油機在工作時，氣缸內燃燒氣體的最高瞬時溫度可達2000℃，整個工作循環內的氣體平均溫度也在600～1000℃范圍[4]。與高溫燃氣相接觸的零件，如氣缸套、活塞、氣缸蓋、進排氣門等都將強烈受熱，如不加以適當冷卻，受熱零件的溫度就會劇烈升高而過熱，造成一系列嚴重后果。為了確保動力系統的正常運轉，必須安裝艦艇動力系統的冷卻水系統，通過冷卻水系統把大量的多余熱量傳遞給海水。艦艇動力裝置的冷卻水系統有開式海水系統、閉式淡水冷卻系統和中央冷卻系統等3種[5]。開式海水系統和閉式冷卻水系統由于自身的缺陷，目前已經很少應用。在現代化船舶中，大多采用中央冷卻系統。中央冷卻系統是在19世紀70年代開始出現的一種新型的冷卻系統，它由高溫淡水、低溫淡水和海水三個分系統組成。兩個淡水循環系統是相互獨立的閉式系統，高溫淡水系統的工作溫度約為80～85℃，低溫淡水系統的工作溫度約為30～40℃。高溫淡水用于冷卻主柴油機、發電柴油機氣缸套、氣缸蓋、廢氣渦輪增壓器等，而低溫淡水用于冷卻高溫淡水、增壓空氣、活塞冷卻油、柴油機系統滑油、空氣壓縮機、船舶空調冷凝器、蒸汽冷凝器等。海水用于冷卻低溫淡水。

2 艦艇動力系統熄火的可能方式

要達到使敵方艦艇的動力系統熄火的目的，也就是要使敵方艦艇發動機停機，可以針對艦艇發動機的結構和原理采用不同的方式。

(1)通過一定的方式在發動機的燃料中加入某些化學添加劑而阻滯燃料的燃燒致使發動機發生故障。國外對具有熄火功能的軍用特種化學添加劑的研究已經涉及到氣體、液體和固體三種形態的材料，已對各種各樣的化合物進行了廣泛深入的研究和篩選評價，發現對于不同種類的發動機，功能材料的熄火效果有很大的差別[6]。隨著新技術的發展，將有越來越多的具有熄火效能的功能材料應用于戰場。但是，在廣闊的海域上，如何讓敵方艦艇把具有熄火功能的添加劑吸入發動機，實施起來存在一定的困難。

(2)破壞發動機燃料的輸送管道，使燃料不能順利到達燃燒室而使發動機停機。例如通過一定的釋放技術和途徑使得具有特殊功能的材料被吸入發動機中的輸油管道中，功能材料在發動機中發生固化或者體積膨脹等方式導致發動機停止運轉，達到使發動機熄火的目的。這種方法存在與前一種方法相同的困難。

(3)通過一定的手段破壞發動機的控制系統，使發動機不能夠正常工作。目前艦艇的動力系統一般都是采用電路控制，可以考慮采用電磁炸彈等方式來破壞電動機的控制系統，從而達到使動力系統熄火的目的。

(4)破壞艦艇發動機的冷卻系統，使發動機溫度過高而停機。于海瀾[7]曾提出一種使艦艇動力系統熄火的新概念武器的原理方案:將一種高吸水率的固體微粒用一種遇熱即熔融的疏水材料包裹起來制成微膠囊，在臨戰前利用一定的手段使其分散在敵艦要經過的海域，當敵方艦艇經過時，微膠囊被吸入發動機的冷卻系統，微膠囊遇熱后，囊壁熔融破裂，釋放出里面的功能材料。功能材料遇水后大量吸水，體積迅速膨脹，變成彈性凝膠狀或泡沫狀固體，堵塞發動機冷卻系統的管道，使發動機停止工作，由此使敵方艦艇癱瘓。

3 采用微膠囊方式的艦艇動力系統熄火彈的可行性

根據于海瀾的設想，需要選擇一種合適的遇熱即熔融的疏水材料作為微膠囊的壁材和具有高吸水率的功能材料作為微膠囊的芯材，采用合適的方法制備成大小適合的微膠囊。這種微膠囊的至少應具備的性質包括:(1)尺寸足夠小，能夠穿過冷卻系統的過濾系統;(2)能夠穩定地懸浮于水中;(3)微膠囊的壁材的可溶性;(4)微膠囊芯材的吸水性。

隨著微膠囊技術的進步，目前已經可制備出直徑為1～1000μm的微膠囊[8][9]，完全能夠穿過過濾系統。而粉末狀的聚丙烯鹽酸類、淀粉-丙烯酸鹽接枝聚合產物、交聯羥甲基纖維素等高吸水材料[10][11]可以作為微膠囊的芯材。這些高吸水材料在大量吸水以后，體積迅速膨脹，形成具有一定強度的凝膠，能夠有效地造成冷卻系統管道的堵塞。微膠囊的壁材要根據芯材的物理性質和微膠囊的作用來取[12]，選用熱敏型的非水溶性的材料，其熔化溫度必須處于低溫淡水系統和高溫淡水系統的工作溫度之間。微膠囊在被艦艇發動機吸入冷卻系統前能夠穩定地懸浮于水中，而一旦被吸入能夠迅速在低溫淡水系統中融化從而釋放出芯材。

為了檢驗這種技術方案的可行性，于海瀾選用熔點范圍在52～58℃的石蠟作為微膠囊壁材、體積膨脹率為85.5倍的淀粉接枝聚丙烯鹽酸類作為芯材，采用熔化分散冷凝法制備了直徑為5～300μm、密度為1000kg/m3的微膠囊，并通過實驗驗證了這種微膠囊能夠滿足使艦艇動力系統自我癱瘓的要求。

4 結語

通過分析艦艇的動力系統情況，分析了導致艦艇動力系統熄火的幾種可能方式，并討論了采用微膠囊方式的研制艦艇動力系統熄火彈的可能性。

參考文獻

[1]約翰#8226;亞歷山大，董銘等譯.未來戰爭-21世紀戰爭中的非致命武器[M].北京:知識產權出版社，2004.

[2]薛海中.新概念武器[M].北京:航空工業出版社，2009.

[3]陸威崙，用于大型艦船的聯合動力裝置和實例分析[J].柴油機，2010，32(2):7～11.

[4]王鵬.氣缸冷卻水系統的維護[J].船舶節能，2001(3).

[5]郭軍武，陳寶忠，黃黨和.船舶動力裝置冷卻水系統的可靠性分析[J].中國航海，2008，31(4):350～351.

[6]馬應龍.軍用熄火劑研究[C].中國化學會第五屆防化學術討論會論文集，2001，8:687～690.

[7]于海瀾，段成金，張恒.一種非致命新概念武器的可行性研究[J].材料導報，2008，22:201～203.

[8]郝紅，梁國正.微膠囊技術及其應用[J].現代化工，2002，22(3):60～62.

[9]李志強，任彥榮.微膠囊技術及其應用研究進展[J].化學推進劑與高分子材料，2004，2(6).

[10] 何小維.高吸水性碳水化合物材料[M].北京:化學工業出版社，2006.

[11]吳季懷，林建明，魏月琳.高吸水保水材料[M].北京:化學工業出版社，2005.

[12]宋健，陳磊，李效軍.微膠囊化技術及應用[M].北京:化學工業出版社，2001.

①作者簡介:吳世永(1981-)，男，漢族，廣東陽春人，講師，碩士，研究方向:沖擊動力學。