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【转载】本子91式航空鱼雷的发展

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日本是个相当重视鱼水雷战的国家,在各海军列强中拥有独一无二的水雷战队,在对美七段渐减迎击作战中充当先锋的作用。其为水雷战队准备的93式氧气鱼雷更是为大家所熟知,更是日本海军在二战中少数几件在技术上完全领先美国人的装备。另一个方面,海军对于航空鱼雷的重视程度也很高,其所用的91式航空鱼雷也是一件相当先进的武器,可以说偷袭珍珠港的行动如果没有了91式鱼雷是不可能完成的。而且与难伺候的氧气鱼雷相比,91式航空鱼雷并没有危险,维护困难等问题,因此在二战中一直都是日军主力的航空鱼雷。


IP属地:北京来自Android客户端1楼2016-02-12 23:55回复
    占着二楼以备不测


    IP属地:北京来自Android客户端2楼2016-02-12 23:55
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      三楼还想跑


      IP属地:河北3楼2016-02-12 23:58
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        二、框板的引入和结构的加强
        早期91式鱼雷的壳体和结构都较为脆弱(也许是为了减重考虑),这给飞机在投放航空鱼雷时的飞行速度、高度和姿态等提出了很高的要求,在实际使用中,对于老式的双翼机而言,这不算什么大的问题(飞机本身就飞不快,双翼机的低速性能又很好)。再加上舰政本部当时正一门心思扑在93式氧气鱼雷的航空鱼雷改造的工作上,因此91式鱼雷的发展一度陷入了停滞。
        但当1936年最大速度达到277km/h的96式舰攻、以及最高速度达到348km/h的96式陆攻投入使用后,只能以低速投放的91式鱼雷就显得落后了,96式舰攻不得不以60节的低速投放,96式陆攻也必须要降到104节)。更重要的是,新型攻击机在挂雷低速投放时的飞行品质也没有较老的机型来得好。
        对此,海军空技厂方面在分析原因后,认为造成投放91式鱼雷苛刻的飞行速度、高度等要求的原因和鱼雷不良的入水姿态的有关。为了改善这一点,海军方面给出的解决方案是安装一种被称为“框板”的可脱落式木制尾翼,这种尾翼会在鱼雷入水时脱落。其主要功能是为了保证鱼雷以正确的姿态入水(可以减少对鱼雷薄弱部位的冲击)。
        这次的调整相当成功,鱼雷入水的姿态得到了很好的调整,同时也将91式鱼雷的最大入水速度稳定在120节。
        这样的设计从当时来说是很先进的,英美使用的鱼雷直到1943年前后才逐步换装类似设计的空中稳定装置。(鱼雷入射角度与飞机的高度-速度之间的关系,阴影部分的含义不明,或许是有效入射角度)




        IP属地:北京来自Android客户端5楼2016-02-13 00:04
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          除去“框板”外,1937年舰政本部还尝试在91式鱼雷上加装另一种被称为“缓冲器”的稳定器,并对其在500m,1000m高度下投放91式鱼雷进行了测试。
          而结构脆弱的问题也在1938年得到了改善,同时还增加了战斗部的装药,代价是新鱼雷的全重也增加了,不过随着新的载具——97式舰攻投入量产,这个问题其实也不是那么致命了。
          91式航空鱼雷改2。
          91式改2航空鱼雷
          直径:45cm
          全场:5.47m
          全重:838kg
          战斗部炸药量:204kg
          航速/射程:
          42节/2000m
          动力:高压空气+煤油
          最大入水速度:224节(计划数据)
          最大入水高度:200m(计划数据)


          IP属地:北京来自Android客户端6楼2016-02-13 00:08
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            三、旋转稳定器和深度控制
            在91式航空鱼雷安装了框板之后,91式鱼雷入水前的空中稳定性得到了保证,克服了鱼雷入水姿态不稳定的问题。但当鱼雷投放速度从130节提高到180节的时候,新的问题暴露了出来:鱼雷在水中会绕长轴旋转。
            一般来说,航空鱼雷在入水的时候都会由于自重沉下一段距离,然后在陀螺仪、定深装置、马达和舵面的作用下升到制定深度后然后向前。但实际上,早期的91式航空鱼雷和那个时期的航空鱼雷一样有这么一个问题:如果在很高的速度下,或者是在高海况的情况下投放航空鱼雷的话,很多时候鱼雷都会失控,鱼雷会直接冲入海底,或者飞出水面,甚至与会向反方向驶去(还好飞机在天上)。因此只有最优秀的飞行员,在风平浪静的海面上才能保证准确地进行鱼雷攻击。


            IP属地:北京来自Android客户端8楼2016-02-13 09:18
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              以广田大尉为首的一批科技人员在分析了大量的数据之后,终于在1939年找到了导致高速下鱼雷失控的原因,当鱼雷在高速下投放时,鱼雷很有可能会在空中(绕长轴)转上好多圈。在高海况下入水也会使得鱼雷因为受到激烈的冲击而自转。这种旋转会使得鱼雷入水时的初始状态与预想状态完全不同,而鱼雷的姿态调整装置(陀螺仪,定深装置以及舵面)只适用于小幅度的调整,一旦鱼雷开始绕长轴快速的自转,控制舵面就会离开它原有的位置,例如水平舵会落到垂直舵的位置上,甚至于整个鱼雷的舵面会上下翻转,从而导致姿态调整装置失控(即使定深装置和陀螺仪工作正常),导致整条鱼雷失控。
              这种情况有点像写程序的时候一个变量没有赋初值导致整个系统出现一些莫名其妙的错误。但是对于鱼雷的姿态控制而言,“初值”这个状态的确定可不是那么简单的,这意味着鱼雷入水前的旋转稳定系统不能只是个缓冲系统(指框板),只能将细微的变化调整过来。而必须要能够对角加速度进行控制,而在当时对角加速度的控制,或者说旋转的控制是一个难题,大家都认为是不可能解决。因此这个问题就这么拖了两年。
              问题的突破正好发生在1941年春,先是空技厂的家田工长开发出了旋转稳定器,仅在10天之后,海军技师野间发明了另一套相同功能的系统。两个系统都被送去测试。测试结果表明,后者拥有更短的延迟时间,因此91式鱼雷决定采用。
              整个装置是由一组空气阀门、小型旋转舵、相关机械部件组成的小部件。它被安装在鱼雷的尾部,能将鱼雷的旋转控制在正负22.5度。但它确确实实是航空鱼雷技术上的一次重大技术革新。安装了这种旋转稳定器的91式航空鱼雷改2型终于能够在高海况的情况下使用了。
              除此之外,这种旋转稳定器还有一个好处,能有效减少航空鱼雷在入水时的入水深度,传统的91式航空鱼雷在入水后通常要沉入40m深的水下才能上浮到定深,但加装了稳定器的91式航空鱼雷的下沉深度不会超过20m。实际上,偷袭珍珠港的第一航空舰队的精锐飞行员能够使得鱼雷入水后的下沉深度不超过10m。可以说,如果没有这种旋转稳定器,偷袭珍珠港是很难达成的。


              IP属地:北京来自Android客户端9楼2016-02-13 09:21
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                四、后续改进和试制型号
                在加装了旋转稳定器后,91式鱼雷的改进仍在继续,但主要只是一些修修补补。重点无非就是两点:1. 增加战斗部炸药量,提升威力。2. 提高鱼雷头部强度,以适应越来越高的投雷速度。例如,改3型的战斗部装药量提高到了235kg,为此鱼雷的全重增加到了848kg,疑惑的是鱼雷的长度又恢复到了改1型时5.27m,而且有说法说旋转控制器被拆掉了(因为这个装置很贵)。
                改3改行为了适应“天山”式鱼雷轰炸机的高速,特地在改3型的基础上强化了雷头的强度。
                改5型(改3强化型)则缩小了压缩空气室,节省重量来强化雷身,并容纳更多的炸药,因此减少了500m的射程(当然这并不影响作战),但使得最大入水速度提高到了350节,可以配合“流星”以及“银河”等飞机进行夜间高速雷击偷袭。
                到最后供陆地起飞的双发飞机(银河,以及陆军的Ki-67飞龙)所用的改7型鱼雷头部炸药量已经达到了420kg,导致鱼雷全重增加到了1060kg,全长夜被延长到了5.71米。配合三式起爆装置(设计用于在船底起爆),威力着实惊人,不过这种型号的91式鱼雷的射程缩短到了只有1500m(当然这并不影响作战)。但到此时,想必IJN和IJA已经很难进行有威胁的雷击行动了。
                有资料指出,91式鱼雷还有一种基于91式改五型设计的简化版91式鱼雷,被称为四式一号空雷,有二型、四型等亚型号,可能主要用于训练,因此材质较差。


                IP属地:北京来自Android客户端10楼2016-02-14 09:27
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                  五. 91式航空鱼雷改3型的结构
                  1. 战斗部和引信(长 1460mm)
                  当鱼雷在水下运行一段时间后引信保险解除,引信采用惯性起爆方式,当鱼类命中后,引信中的重物会碰到底火引爆战斗部。战斗部分的壳体经过加强,保证被20mm炮弹命中后不会引燃战斗部(当时确实有鱼雷被机枪扫射后爆炸或是失去动力的记录)。
                  在具体进行雷击的时候,鱼雷从空中落下,会受到很强烈的冲击,如果飞行速度在0.5马赫(约合563km/h)从100m空中投放鱼雷的话,鱼类头部将会受到超过100G的冲击力,因此必须要对头部进行补强。
                  为了对抗入水时强烈的冲击力,在壳体内部下部还加装了T型的加强筋。在实际量产型号中,雷头的内部下方共有5条加强筋,看上去就像星形被的上半部分被切掉了。有时也会使用在雷头上混合使用T型和^型的加强筋来替代。另外,雷头的上部还有两条细小的针状线条以提高爆炸时的效果。在战争末期的版本,鱼雷头部还有两个钩子。


                  IP属地:北京来自Android客户端11楼2016-02-14 09:34
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                    三式起爆装置是91式鱼雷改7型所用的用于破坏船底的起爆装置。从wiki上的日文描述来看,鱼雷落水后,在鱼雷上方约2.2m处会有一个引爆装置,并用10m左右的缆索项链,当引爆装置碰到对方舷侧的时候,缆索就会控制着鱼雷进入战舰的船底并起爆。这样做势必要将鱼雷的定深调整到所要攻击的船只的深度。这套装置最初在1944年10月中旬的台湾海空战中使用,但实际效果不佳。毕竟这种通过缆索来引爆的装置过于复杂,一旦海况较差很容易就会失去目标,因此台湾海空战以后这种引爆装置就不再使用了。
                    2. 压缩空气室(长 1068mm)。
                    压缩空气室是一个圆柱体薄壳,由于内部要填充175-215个大气压的压缩空气,因此对壳体的强度要求很高。实际是使用制造战列舰装甲板的镍铬钼钢来制作压缩空气室的。由于日本自身工艺水平的问题,为了保证加工时的强度,是将合金钢墩成圆柱形的毛坯,然后通过切削等手段内部掏空支撑,这使得压缩空气室是整个鱼雷所有部件中造价最高的。相对而言,英美制造的压缩空气室是将金属板弯成筒装然后焊接而成,成本上要便宜不少。


                    IP属地:北京来自Android客户端12楼2016-02-14 19:35
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                      3. 前部浮室(长 733mm)
                      在前部浮室中还包括了纯水箱,燃料箱和深度计。
                      深度计被安放在浮室的下部,主要功能是探测水深的变化,并控制尾部的水平舵按深度调整角度,从而保证鱼雷以一定深度前进。
                      4. 发动机室(长 427mm)
                      这部分是开放式的,允许水自由进入其中以帮助冷却系统给鱼雷的发动机降温。它包括启动器、气压缓冲器、湿式燃烧室、主发动机以及水平舵控制器等部分组成。
                      启动器在鱼雷投下时即启动,主要用于控制各种仪器的启动,包括垂直舵控制器,旋转稳定器,而此时水平舵则固定在最大向上的状态。当鱼雷入水时,启动器启动主发动机。
                      当鱼雷被挂载在飞机上时,启动器会被一根厚金属卡榫或是别的什么东西卡住(各个机型不同,97舰攻使用的是铁丝,天山和后来的流星会用不同的东西)启动器,当鱼雷被投下的时候,金属卡榫被释放(会留在飞机机体的下方),启动器启动。


                      IP属地:北京来自Android客户端13楼2016-02-14 20:51
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                        气压缓冲器(或者说调和器)主要负责缓冲压缩空气的压力。它实际上是一个两段式的压力控制器,每段都有一个双压可调气压调节阀。它能将气室中215~50个大气压的压缩空气降压,并稳定以10个大气压的压力供给给主发动机,以保证鱼雷以43节的恒定速度前进。
                        湿式燃烧室由耐热钢组成。和其他二战时期的鱼雷一样,91式航空鱼雷使用湿式热动力发动机(蒸汽瓦斯动力)。湿式热动力发动机有效地提高了鱼雷发动机的燃烧效率。它通过燃烧高压空气和煤油气的混合气体来产生高热,将喷洒在燃烧室外的纯水汽化,产生水蒸气推动主发动机工作。高压油气混合气体会以800度的温度燃烧,同时纯水产生的水蒸气会和混合油气一同产生水蒸气爆炸,使得汽化的煤油完全燃烧。
                        91式鱼雷的主引擎是一个星形单排8缸活塞式内燃机。
                        水平尾舵控制器则通过杆状机构与在前部浮室中的深度计相连,由其来决定尾舵的姿态。


                        IP属地:北京来自Android客户端14楼2016-02-14 20:51
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                          97式舰攻挂放鱼雷的示意图,注意铁丝部分

                          天山、流星挂放鱼雷的示意图,注意铁丝被铁箍取代

                          世界的杰作机——97舰攻的封面,注意投放后的97舰攻上海吊着铁丝

                          某流星模型的细节图,注意鱼雷的搭载方式
                          再给几张安装鱼雷的实际照片

                          97舰攻挂载鱼雷时的特写

                          天山舰攻挂载91鱼雷的照片,注意中间的铁箍

                          挂载91式鱼雷的流星


                          IP属地:北京15楼2016-02-15 10:16
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                            补11楼的图
                            91式改三型航空鱼雷的结构图


                            IP属地:北京16楼2016-02-15 10:17
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