舰船新型水基燃烧防御技术

刘阳娜，金良安，苑志江

(1.海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018，2.中国人民解放军91550部队，辽宁 大连 116023)

0 引言

防御技术是现代舰船的一种极为重要的基本技术［1－2］。当前国内外舰船的常规防御武器主要有导弹、舰炮、鱼雷以及各种干扰对抗技术等，它们在舰船防御中所发挥的重要作用已被大量事实所证明［3－7］。然而，随着舰船面临的威胁日益复杂，现有的防御技术仍不能确保舰船的绝对安全［8］。为此，研究现代舰船的新型防御技术，一直备受国内外有关部门的高度重视。本文专门提出并初步研究一种以特定的水基燃烧为关键手段的舰船防御新技术，以期通过其独特的技术性能，为现代舰船防御新技术的寻求提供一条简单高效的实用性新技术途径。

1 水基燃烧防御技术概述

1.1 思想内涵

水基燃烧防御技术是本文提出的一种以特定的水基燃烧为关键手段的舰船新概念防御技术。它以使用海域的海水和空气为激活条件而引发预设的燃烧，旨在直接引燃致爆敌方舰船，或者遏阻、干扰敌方舰船及其编队的航渡。它无需额外的点火装置，仅利用其自身特定的化学自持点火扳机反应，即可实现在使用区域水－气界面的自行引燃。利用其布撒装置的特定设计，既可以实现预定形状和强度的燃烧作用区域，分别形成火柱、火墙或火环等不同战术形式，也可满足从水下、水面或空中进行投掷的需要，从而适于舰船等不同作战平台。

1.2 主要特性

水基燃烧防御技术具有诸多独特的性能特点和技术优势，主要包括:1)燃烧强度与作用范围均可控，并且作用时间可调，因而可以满足不同的战术需求;2)海水燃烧过程是“自我维持”过程，无需人为干预，因而使用的便捷性好;3)技术具有很强的通用性，其核心部分只需稍作改造，即可符合不同作战平台的使用要求;4)使用后的残留物对海洋环境友好，几乎不会造成污染;5)使用的时机、方式、效果等受天气条件的影响均较小;6)采用的化学药品与原材料均常见、易得而且廉价，效费比很高，便于实现和推广应用。

根据水基燃烧防御技术的上述思想，下面分别就其核心的主、副剂反应，燃烧程度控制和防御使用等主要环节的设计思想进行阐述。

2 水基燃烧防御技术的设计

2.1 主、副剂反应的设计

主剂、副剂是水基燃烧技术最为核心的两大部分。根据主剂、副剂的设计要求和具体用料的物理化学特性，然后经大量的专门实验比较，即可确定其用料配方。

1)主剂反应设计。以特定性能的常见廉价化学原料为主剂，使其与大量的天然海水发生化学反应，持续产生水基燃烧技术所需的大量易燃气体，并可通过对主剂粒径分布的设计，来控制易燃气体的生成速率与反应持续时间。

2)副剂反应设计。通过在主剂中掺杂一定比例的特种材料副剂，依靠副剂与海水反应生成点火气体并提供点火能量，从而在水－气两相界面处发生“点火反应”，利用其放热燃烧产生明火，引燃水上的易燃气体，起到“点火扳机”的作用。

2.2 水基燃烧程度的控制

1)控制的基本思想。针对舰船不同的防御使用，对水基燃烧的程度有着不同的要求，因此需要对其燃烧的程度进行控制。显然，这一控制无疑也是水基燃烧防御技术的关键环节。由于燃烧的程度通常表现为燃烧的剧烈程度和燃烧的持续时间等主要方面，而燃烧的剧烈程度和燃烧的持续时间都是可通过对燃料燃烧反应的程度进行控制来加以实现的，因而本文特通过对主、副剂相关反应的专门设计来实现其燃烧程度的控制。

2)控制的具体过程。根据燃烧的化学反应原理，通过对主剂粒径的控制即可形成不同强度的燃烧;而通过对副剂外层进行覆膜等处理，并利用不同的覆膜厚度，便可控制点火时间的长短。具体而言，对于持续、缓慢燃烧的实现，可采用较大粒径的主剂，以形成长时间持续、稳定的主剂反应，而为保证其点火的可靠性，则由多种覆膜厚度的副剂形成长时间连续的副剂点火反应;对于剧烈燃烧的实现，显然其关键就在于要形成足够强烈的主剂反应，这可通过布撒大量较小粒径的主剂来实现，与此相应，只需由单一覆膜厚度的副剂形成可靠的副剂点火反应即可。

2.3 水基燃烧军事防御的使用设计

1)设计的基本考虑。军事防御使用设计要充分考虑战场的各种实际情况，如果能够根据使用目的、敌我态势等因素，对燃烧作用区域和投掷方式进行针对性设计，将有助于舰船在防御时灵活使用，从而达到事倍功半的效果。为此，可对现有武器的弹头部分进行改装，从而实现燃烧作用区域的预设，便于使用时形成火柱、火墙或火环，并且可采用从水下、水面或空中进行投掷等方式。一般可采用弹射或飞机布撒等方式，根据我方想要达到的何种效果、海上冲突和我方所处优、劣势等具体情况，通过燃烧作用区域和投掷方式的组合，在敌方舰船的相对合适的位置，远距离、精确实施水基燃烧，从而有效地进行积极防御。

2)一般设计过程。针对敌方单舰、编队来袭2种主要态势，分别就其防御使用进行初步设计:一是当敌方单舰来袭时，可在敌方舰船航行的前置点形成持续的长条型火焰，以威慑、阻滞敌方舰船行进;或者形成持续的大尺度圆环型火焰，以将敌方舰船置于该环型区域内，彻底阻滞其行动;而在局面紧迫、冲突升级的情况下，则可在合适位置形成立柱型的爆燃火焰，以直接引燃致爆敌方舰船，达到击沉或重创敌舰船的目的。二是当敌方舰船编队来袭时，关键是要把编队最重要的目标 (如指挥舰)摧毁或将其从编队中割裂出来，此时可参照上述敌方单只舰船的战术使用进行实施;而多次使用持续的长条型火焰或者圆环型火焰，则可对敌方舰船的整个编队实施分割，将其编队队形完全打乱并割裂为若干部分，实施分割包围。

3 水基燃烧的实现技术

3.1 水基燃烧的化学反应原理

如前所述，水基燃烧是水基燃烧防御技术的核心，而主剂与副剂则是该技术最重要的两大组成部分。当该技术使用时，其中存在着主剂、副剂与使用海域的水、空气以及反应过程产生的可燃气之间的一系列化学反应，主要为以下5个方面:

3.2 水基燃烧防御技术的化学配方

根据上述分析，主剂与副剂的化学配方是水基燃烧防御技术的关键，显然它们可以采用不同的化学配方组合。本文以常见的碳化钙 (电石)和金属钾［9－10］，分别作为主剂与副剂，则在上述系列反应中，即有2个方面的重要过程:一是主剂碳化钙与水发生反应，产生大量的易燃气体乙炔;二是副剂金属钾作为“点火扳机”，它在水面以下将发生上述副剂水化反应，产生可燃的点火气体氢气;而它在水－气界面处，又将与水以及空气中的氧气同时接触，发生强烈反应，并燃烧产生明火，进而引燃由主、副剂不断产生并升至水面的可燃气体乙炔和氢气等，使得燃烧持续不断地进行。

同时，为了分别达到持续缓慢燃烧和短暂强烈燃烧的不同技术使用要求，特对主剂碳化钙和副剂金属钾分别进行相应的包覆处理和采取粒径控制等措施，从而形成水基燃烧的2种典型技术方案。表1列出了这2种典型方案的一些主要技术特性，其中的有效作用时间、火焰高度等技术性能，可能与海水的组分有一定关系，表中参数对应的海水于2012年7月份取自大连石槽海域。

按照上述这2种典型技术方案实现的水基燃烧防御技术的具体产品，均是干燥颗粒状的粉末，为行文方便，特将持续缓慢燃烧方案的产品记为A产品，而将短暂强烈燃烧方案的产品记为B产品。在本文后面的验证性实验研究中，分别利用了该2组产品。

表1 水基燃烧典型技术方案及其主要特性Tab.1 Typical technical solution of water-based combustion and its main characteristics

4 水基燃烧防御技术原理的实验研究

为检验水基燃烧防御技术使用的可靠性和燃烧程度控制的可行性，本文利用海军大连舰艇学院消防训练中心的相关设备，针对性地进行了其水上燃烧的原理性验证实验分析。

4.1 实验设备与方法

1)设备与药品

实验中用到的设备与药品主要有两部分:一是该消防训练中心的大号灭火盆，系一直径 (内径)为2.2 m的圆柱状桶形铁盆，盆内净高0.65 m;二是本文专门制备的颗粒粉末状水基燃烧技术产品 (前述A产品和B产品)，分2组进行，每组各300 g。

2)实验方法

为便于更清晰地考察火焰每个瞬间的状况，实验选在傍晚日落后进行。实验步骤如下:

第1步，在盆内放海水 (取自大连石槽海域)至高度约0.6 m，通过人工投掷方式，将产品掷入灭火盆中。

第2步，将A产品掷入盆中，考察海水表面着火的状况，测量火焰高度，并用高速摄像机记录实验过程。

第3步，重复第1步后，将B产品掷入盆中，考察海水表面着火的状况，并与上述第2步的结果进行比较。测量火焰高度，并用高速摄像机记录实验过程。

4.2 实验结果与讨论

1)实验结果

在上述第2步实验中，A产品掷入盆中后立即有气泡冒出，约0.2 s后海水表面有火星产生，约0.24 s微爆燃开始，约0.56 s微爆燃结束，海水表面开始正常稳定的燃烧，并伴有黑烟，火焰高度约0.2 m，整个过程持续约160 s。燃烧结束后，盆中海水表面不再有气泡冒出。

在上述第3步实验中，B产品掷入盆中后立即有较为激烈的气泡冒出，约1.04 s后海水表面有火星产生，约1.08 s爆燃开始，约1.20 s爆燃闪光，约持续0.12 s，约1.28 s时海水表面正常燃烧，并伴有黑烟，火焰最高可达3.5 m。整个过程约持续22 s，燃烧结束后，海水表面不再有气泡冒出。

2)分析与讨论

上述实验一的结果表明:通过较大粒径的主剂和多种覆膜厚度的副剂组成的配方，可形成持续、稳定的主剂反应与连续的副剂点火反应，从而保证水基持续燃烧的实现。

上述实验二的结果表明:通过较小粒径的主剂和单一覆膜厚度的副剂组成的配方，可形成短暂、强烈的主剂反应和集中的副剂点火反应，从而保证水基剧烈燃烧的实现。

综合2组实验的结果表明，本文提出的水基燃烧技术可行，通过对其主剂和副剂的包覆处理和粒径控制等，可达到持续燃烧和迅速爆燃的不同使用目的，因而完全可通过进一步的深入研究实现多种防御使用的具体要求。

5 结语

本文提出的新型水基燃烧技术，对舰船防御具有重要的现实意义。它通过一系列化学反应及其配方设计，利用特定主剂和副剂的包覆处理和粒径控制，可实现在气－水界面的预定燃烧，从而满足舰船不同防御使用的需求。后续可在本文研究的基础上，深入开展海洋环境因素的影响和舰船防御的具体使用等问题的研究，为其工程应用奠定基础。

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