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海战利器 -- 日本在太平洋战争中使用的九三式氧气鱼雷
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作者:
Frank
时间:
2014-11-28 16:54
标题:
海战利器 -- 日本在太平洋战争中使用的九三式氧气鱼雷
本帖最后由 Frank 于 2014-11-28 17:00 编辑
在太平洋战争中，逞凶一时但后劲不足的日本海军和英美对抗长达3年零9个月，除了战争初期"日本式的闪击战"所夺取的短暂优势外，日本精心研制的所谓"制胜武器"也发挥了重要的作用，其中最为著名的就是氧气动力鱼雷，西方称之为"长矛"鱼雷。氧气动力鱼雷是日本在二战时期最为成功的武器之一，其中最基本和最主要的型号是93式鱼雷，正式命名为"六十一厘米九三式无气泡氧气动力鱼雷"（日文原文称"氧气鱼雷"为"酸素鱼雷"）。 这种被日本人称为"青色杀手"的怪物，一直让英美海军感到畏惧和神秘，且直到战争结束，任然不明其庐山真面目。
当然，这种堪称二战最强鱼雷的超级武器并不是日本人妙手偶得，而是经过了长期艰辛的研究好努力所得。19世纪中叶，日本还是一个封闭的东方岛国，不具备工业化生产能力。1853年，美国海军准将佩里率领的舰队率先打开了日本的大门，使日本人看到了西方先进武器的威力。早在幕府末期，日本就积极从国外进口武器，1868年明治维新后，日本开始向近代国家过渡，奉行"富国强兵"政策，引进武器和军事技术的热情更加高涨。明治8年（1875年），初建的日本海军向英国订购了最现代化的军舰，也包括一些类似现代鱼雷的武器。於明治11年（1878年） 交付給日本海军（日本人称之为"外装水雷"）。
这种武器是鱼雷的雏形，其使用方法和现代鱼雷"相差甚远"，只是在小艇上绑几根长杆，杆头捆绑着水雷，作战时需要操纵小艇趁着夜色接近敌舰，使杆头的水雷碰撞舰舷而诱发爆炸，毁伤目标。想当然尔，这种近乎於自杀的作战方式非常危险，因此在历史上，也就没有取得什么惊人的战果。日本人把这种"碰杆式水雷"称为"外装水雷"，并在1号水雷艇（共4艘，1号、2号、3号、4号，二战后期的"震洋"特攻艇，就是这种明治时代外装水雷艇的改进型。）上装备过，並据说曾在甲午海战中使用过。
世界上第一枚真正意义上的鱼雷，是1866年由英国人怀特黑德（Whitehead）在阜姆（Fiume，今克罗地亚里耶卡）制造成功。它利用压缩空气驱动活塞发动机带动螺旋桨前进。最初航速只有6节，雷头装药量也仅有10几千克，而且航行深度不稳定。由于怀特黑德的名字直译是"白头"，於是，他发明的鱼雷也被称作"白头鱼雷"。日本称这种能自航的水中兵器为"自动水雷"。
1877年—1878年俄土战争期间，俄国海军第一次在实战中使用鱼雷，並击沉了土耳其军舰"塞弗"号，從此之後，各海军强国也开始重视这种威力强大的武器。日本也在明治17年（1884年）年进口了最早的动力鱼雷，但不是从英国，而是从一个德国厂家——柏林的"施瓦茨科普夫股份有限公司"（Schwartzkopf）采购的。该公司拥有生产怀特黑德鱼雷的专利权。日本人從其购买了200枚魚雷，直径356毫米（14英寸）。这种带有深度调节器的鱼雷被德国人称为"黑头鱼雷"(这命名方式真是强大...)，日本人购进后改称为84式"朱式鱼雷"，雷头装药量为21千克，以压缩空气为动力前进，航速8节，射程约300米。
明治21年（1888年），日本又购买了307枚最新式的德制鱼雷，称为88式"朱式鱼雷"，弹头装药量增大为40千克，航速也提高到22节，射程增加到600米。而日本人之所以选择德国货而不是英国鱼雷，是因为德制鱼雷航速"更高"，而且其青铜制的压缩空气容器不易生锈。
明治26年（1893年），日本从德国购买鱼雷的情况发生了改变。
日本海军向英国订购"吉野"号巡洋舰的时候，还從怀特黑德公司采购了100枚"白头鱼雷"，运回国后称为26式鱼雷。从此以后，日本人和英国的厂家建立了亲密的关系。1895年，鱼雷技术发生了一次重大的飞跃，怀特黑德将奥地利人路德唯格.奥布里（Ludwig Obry）制作的陀螺仪，安装到鱼雷的舵机上，從此之後，魚雷的射击精度有了极大的飞跃。明治31年（1898年），日本海军从怀特黑德公司购买了一枚弹径457毫米(18英寸)、带方向舵、两叶螺旋桨的鱼雷。为了和同样购自该公司带有四叶螺旋桨的鱼雷相区别，前者被称为30式A型鱼雷，后者称为30式B型鱼雷。以这两种鱼雷为基础，位于吴港的海军兵工厂进行了仿制和批量生产。最初是完全地复制外国产品，后来日本技术人员也开始尝试进行一些自主改进。在随后的几年中，日本又从怀特黑德公司进口了两种弹径分别为356毫米和457毫米的鱼雷，分别命名为32式和34式鱼雷。在32式鱼雷的基础上，吴港、横须贺和佐世保的海军工厂仿造出了457毫米的37式鱼雷，装药量增加到100千克。
上述的这些鱼雷都没有燃烧室，采用压缩空气作为动力，也被称为“冷动力鱼雷”（日本人称之为：冷走鱼雷）。
1905年，鱼雷技术又发生了一次质的飞跃——靠空气和燃料混合燃烧来产生动力推进的"热动力鱼雷"研制成功（日本人称为：热走鱼雷）。这种鱼雷是美国工程师莱维特，于1904年发明之燃烧室的基础上发展起来的。其原理是将燃料和空气混合后喷入燃烧室点燃，靠急剧膨胀的气体来驱动扭杆，进而带动螺旋桨旋转前进。"热动力鱼雷"又分为两种："干式热动力鱼雷"和"湿式热动力鱼雷"，区别在于后者在燃料燃烧之际向燃烧室内喷洒水雾，产生水蒸气，使得燃烧室内的燃气急剧膨胀，以增大动力。 后者在雷体中存有淡水，在燃烧室壁周围循环，一部分用来冷却燃烧室，另一部分用来喷洒水雾产生蒸汽增强鱼雷动力。
由于速度更高，射程更远，"湿式热动力鱼雷"成为了世界鱼雷发展的主要方向，日本人也加紧了这方面的前进步伐。吴海军工厂鱼雷部通过对湿式鱼雷发动机的研究和实验，在1911年研制成功44式1型（533毫米）和2型（457毫米）鱼雷，这是日本最早的国产"湿式热动力鱼雷"。压缩空气罐起先是进口产品，几年后由日本的室兰钢铁公司和往友炼钢厂自行生产，而鱼雷其它零部件从一开始就由吴厂制造，国产化程度很高。44式鱼雷最高速度36节，射程7000米，533毫米的1型雷头装药量为160千克。
44式鱼雷的发动机和加热系统偶尔会失灵，射程也相对较短，这些缺点促使了6年式鱼雷的开发。
后者在大正3年（1914年）开始设计，全新的发动机和加热系统使射程达达增加，达到了15000米，最高航速36节，雷头装药量为205千克，并且在1916年投入现役之前经过了横须贺鱼雷学校的测试。长崎的三菱兵工厂参与了这种鱼雷的制造，在此前鱼雷的开发制造由完全海军工厂独揽，不允许民间共产参与的。在6年式鱼雷的基础上，日本又开始发出8年式鱼雷，直径达到了610毫米（24英寸），雷头装药量为345千克，最高航速38节，射程高达20000米，是当时世界上投入使用的最大的鱼雷。它采用了和6年式鱼雷相同的系统构造，于1921年研制成功。同年，"华盛顿"会议召开，各海军列强商定，将鱼雷的最大直径限制为533毫米，所以日本的超口径鱼雷，在国内被严格保密。
《华盛顿海军条约》使日本海军的规模只能保持在美国海军的70%， 为了能够和数量上占优势的对手抗衡，日本海军决心走质量制胜的道路，开发战斗力更强的舰船和威力更大的武器。鱼雷自问世以来，就是小型舰艇对付大型战舰的一种主要手段，日本人称之为"弱者的兵器"。鱼雷被日本海军当做一种对舰队具有强大支援作用的大威力武器。对雷击战术的重视，日本几乎到了一种变态的地步，所以，尽管有条约限制，日本人还是投入了巨大的精力，秘密研制更强大的大口径鱼雷。
日本在昭和元年（1926年），从怀特黑德公司订购了最新型的高速鱼雷。它采用双动双汽缸发动机取代了原来的四缸发动机作为动力，航速达到了46节，分别比6年式和8年式鱼雷快了10节和8节。在制造过程中，7名日方技术专家被允许考察了整个生产过程，这为他们以后开发本国的高速鱼雷打下了基础(不得不说，当时仍旧存在的日英同盟，对日本海军来说，是一个不折不扣的蜜月期)。
为了加快本国鱼雷研制的步伐，吴海军工厂在1922年建立了鱼雷实验部，积极引进外国先进技术，同时对自身的研发经验进行总结，而这一切，都为日本开发610毫米和533毫米高速鱼雷创下了良好的条件。起先，新式610毫米鱼雷被称为"C型实验鱼雷"，于1928年命名为90式鱼雷，但一般认为1932年才投入服役。533毫米改进型鱼雷被称为"D型实验鱼雷"，也就是后来的89式鱼雷。通过效仿怀特黑德鱼雷发动机的技术，89式鱼雷的速度达到了45节，90式鱼雷则为46节，射程分别为10000米和15000米。
但要使鱼雷的射程增大、威力增强，必须携带更多的燃料和炸药，这势必会增大鱼雷自身的体积，但大型鱼雷会给驱逐舰的搭载带来非常大的困难，影响到舰艇的灵活使用，反而发挥不出鱼雷的威力，产生本末倒置的结果。在鱼雷体积一定得前提下增加航行距离，最好的办法就是使用动力更强、效率更好的推进器。“湿式热动力鱼雷”的推进原理都是让空气罐中的压缩空气进入燃烧室，和燃料充分混合。像煤油之类的燃料是由86%的碳和14%氢构成，当油气混合物燃烧时体积会膨胀14.5倍，而且产生高温，这很容易损伤发动机。因此，水被用来充当冷却剂，使1200℃的气体在进入主发动机时降为900℃， 同时产生一部分水蒸气被导入燃烧室助燃。如何提高发动机的动力，技术专家们将目光击中在作为助燃剂的空气上。空气中对燃烧起强氧化作用的是氧气，但它只占空气的的21%，其它的79%都是氮气和少量的二氧化碳及惰性气体。显而易见，氧气才是对燃烧有用的成分，而氮气则没有用处。因此，为了能提供比现有型号鱼雷更快的速度和更远的射程，需要利用效率更高的助燃物，人们开始对空气构成的比例打起了主意。
经过研究，用纯氧替代普通空气进行助燃显然效率最高(这种设想最早是由法国人提出来的)，有以下三点优势：
1.相同的气体体积下就可以得到是原来5倍的能量（当然也导致鱼雷行走机构的巨大改进），射程会增加，而且作为一项已经广泛使用的技术，纯氧的获得已经不是那么苦难了。
2.使用压缩纯氧会为雷头战斗部提供更大的空间，能填充更多的装药，增大鱼雷威力。
3.去除了氮气等不产生化学反应的气体后，鱼雷驱动时产生废气的主要来源就消除了（石化燃料的成分碳、氢与氧气结合变成二氧化碳和水，而二氧化碳易溶于水），雷迹几乎消失了，大大加强了鱼雷的隐蔽性。 所以使用压缩纯氧作为一种新式推进动力的优势是显而易见。
从20世 纪初期开始，很多国家的鱼雷专家们都被动员起来去完成氧气鱼雷的研究。可是，他们很快都一个接一个地放弃了对这种"梦幻式"武器的开发。原因很简单——氧气的处理非常危险。学过化工吧？虽然氧气自身不是爆炸物，但"氧化"这个词和"燃烧"是同义词，急剧的"燃烧"（氧化）就是"爆炸"。纯氧在狭小空间内引起的"燃烧"，很容易转变成致命的"爆炸"。这种"火爆脾气"成了研制氧气鱼雷最大的技术难关。各国在研制氧气鱼雷的过程中都发生过严重的爆炸事故，让不少追逐超级鱼雷梦想的技术人员遗恨九泉。许多国家在屡遭挫败后后放弃了对氧气鱼雷的开发，唯独日本还在执着地坚持着。
日本海军是从什么时候开始有氧气鱼雷的"想法"还不能确定，但是早在大正5年（1916年），日本海军舰政本部就下达了研究用纯氧代替压缩空气作为鱼雷氧化剂的命令。以小仓德四郎技术大尉为首的开发小组，开始用普通型的44式457毫米鱼雷进行试验，但很快就陷入了和其他国家同样的困境：无法找到一种让纯氧在鱼雷内部安全燃烧的途径。日本人虽然采用了逐渐增加氧气含量的谨慎办法，但当氧气含量增加到30%后，点火时燃烧室會立即发生"爆炸"，发动机随之停止工作。
在发生了一系列事故之后，这一计划被暂时搁置起来，等待相关的技术难题克服以后再议。实际上造成这种状况的原因，是燃烧室的结构强度没有随着氧气含量增加而增强。
大约10年后的一件事，促使日本重新继续在这一领域的研究工作。1926年，在英国韦矛斯港（Weymouth）的怀特黑德工厂，受日本海军的委托生产20枚高速鱼雷。大八木静熊造兵大尉（后来晋升为技术少将）当时正作为日方技术代表在工厂里学习鱼雷设计，偶然間听到一些关于英国皇家海军的"小道消息"：新式战列舰"纳尔逊"级（Nelson）将装备氧气鱼雷！(实际上在这型战列舰上根本没有装备鱼雷，日本又被坑了一次)受到这一消息的影响，日本人以一种"宁可信其有，不可信其无"的心态再度上马。1928年，日本海军舰政本部水雷部，命令吴海军工厂对氧气鱼雷进行重新研究和实验，研究小组的主要成员之一，就是从英国学成归来的大八木静熊大尉。在他的指挥下，技术人员開始利用90式鱼雷进行了大量实验，积累了不少数据。但是，关于纯氧与燃料混合后的点火问题，依然像只拦路虎一样阻挡着日本人的成功。在随后几年中，研究工作始终没有取得突破。
1931年，日本海军得到情报，说美国已经放弃了鱼雷方面的研究，并且从巡洋舰以上上拆除了鱼雷装备。这让紧张的日本人多少感到有些轻松，但很快就传来噩耗：美军重巡洋舰装备的新型203毫米舰炮，射程能达到20000米以上！这超出了日军当时主战鱼雷的射程很多，意味着日军舰艇在还没有接近到鱼雷攻击范围前，就会遭到美军猛烈的炮火"欢迎"，因此，超远程鱼雷的研究不仅不能停下来，反而要快马加鞭。
一次意外事故，让苦恼的日本鱼雷技术人员看到了一丝转机。
昭和6年（1931年），在横滨海上举行的观舰式上，水上飞机母舰“能登吕”号发生了汽油库爆炸事故。在研究相关预防措施时，发现使用汽油抗暴剂能收到很好的效果。这让鱼雷设计部门的技术人员们，眼前如探照灯般亮起。在之前的氧气鱼雷实验中，一旦空气里混入超过25%的氧气，就容易发生爆炸，如果加入汽油抗暴剂会怎样呢？海军舰政本部希望东京大学的长井教授，能够为海军研究这个课题。当时，舰政本部拨发的委托研究费仅有大约7000日元，实在是有些囊中羞涩阿...好在舰政本部部长衫正人机关中将，和第一课课长长星野夫大佐，又私人赞助了6000日元，这才解决了经费问题。
三个月后，长井教授向海军汇报了研究结果：他试验了各种比例的氧气空气混合气体的燃烧反应，想找出预防爆炸的方法，但是没有成功。只不过呢ㄈ，他也发现了一个有趣的现象，就是当点燃氧气和雾化石油的混合气体时，会发生爆炸；但如果点燃石油后再吹入纯氧，则不会 爆炸...(再拿多一点日元过来)
这一发现对海军来说是个绝好消息。只要明白了这点，剩下的问题就可以交给海军技术部门解决了。海军技术主任朝熊利英造兵中佐（后来晋升为造兵中将）被派到 吴鱼雷实验部，负责建造相关的实验装置，解决相关的技术问题。为了避免造成 人员伤亡，吴海军工厂接受朝熊中佐的建议，在203毫米舰炮炮塔内进行实验，从炮塔外部操纵阀门开关。朝熊在现场亲自指挥。舰政本部則提供了两套8年式鱼雷的改良空气罐、发动机和推进器用于实验。
在接下来的日子里，大八木静熊和他伟大的同事们(只要一出错，虽然不会死人，但计画就真的吹了)，开始在实验成果基础上完善技术细节，潜心研究氧气鱼雷的实用化。虽然点火问题解决了，但要制成能够投入实战的鱼雷，还有很多问题要解决呢！例如向燃烧室里输送氧气和空气的混合气体的问题，日本技术人员在氧气罐边增加了一个小的启动燃烧室，氧气先在这里和空气混合，再进入主燃烧室和雾化的煤油混合燃烧。在燃烧室体积加大以后，使得原来放置淡水冷却器的空间，这时变得非常紧张了。氧气鱼雷的燃烧室和发动机的问题变得麻烦起来，用于冷却的水也大幅增加，所以大八木静熊抛弃了淡水冷却容器，而是直接设计了一个水泵在发动机上，抽取海水来冷却发动机和燃烧室。这一设计又带来一个潜在的问题：海水中的盐分会结晶引起堵塞！好在1200℃的高温环境下，海水中的盐分不会对鱼雷的运行造成太大的影响。主发动机由普通空气来助燃启动，然后海水由泵吸入。缓冲后的海水一部分被引进发动机助燃，另一部分则冷却燃烧室。先前混合的气体被耗尽后，已经处于燃料燃烧状态的主发动机中会吹入纯氧，启动燃烧室的剩余气体（空气中的氮）则被输送去作为尾舵的启动动力。当开始燃烧时，使用空气和纯氧混合，以及用海水取代淡水进行冷，便是氧气鱼雷能否成功的关键。
所有研究人员都陷入了一种狂热的工作状态(疯人院状态)，大八木静熊在战后回忆说："那个时候呀，所有相关技术人员没有一个回宿舍睡觉，大家都挤在厂房里，废寝忘食地工作。"
到1932年夏天，一枚实验型氧气鱼雷被制造出来，并进行了成功的测试，没有发生爆炸(平时有烧香？)，运行的状态也非常好，这枚鱼雷被称为"特B型"鱼雷。但是，由于吴海军工厂生产的氧气压缩机尺寸太小，鱼雷的速度和射程都低于预期。
在朝熊利英的主持下，技术人员借鉴了"特B型"鱼雷的优点，设计了"实验A型"鱼雷，并最终发展成为真正实用的氧气鱼雷，既著名的93式1型鱼雷。"实验A型"鱼雷有以下几处改进：
1.不同的电路结构排列；
2.纯氧氧气罐压力达到每平方厘米225千克；
3.独立的启动燃烧室（第一空气室），体积13.5升，压力达到每平方厘米235千克；
4.主发动机靠普通空气启动，然后逐渐增加氧气含量最后达到100%；
5.主发动机结构强度加大；
6.改进的海水缓冲器。
"实验A型"鱼雷在1932年年底完成设计，吴海军工厂鱼雷部生产出了2枚样雷，并进行了陆上测试。1933年初，终于迎来了氧气鱼雷水中实验的时刻，所有参与研制工作的技术人员都聚集在发射装置附近。尽管他们知道这样很危险，一旦发生爆炸，所有在场的人都会灰飞烟灭，化为尘埃，但没有人离开，他们以高度的自信期待着发射的那一刻，他们要亲眼见证多年心血的结晶瓜熟蒂落，颇有一种不成功、便成仁的气概！
似乎，每个人心中都默念道："一定要发射出去呀！"
随着操作人员扳下开关，长长的鱼雷伴随着一声爆鸣从发射管中窜出，跃入水中，激起很大的水花，在人们关切的目光下，鱼雷以难以置信的速度在水中航行！世界上第一枚用于实战的氧气鱼雷诞生了！在场的每一个都呆在那里，甚至忘记了高呼"万岁"。深深地沉浸在成功的喜悦中。1933年是日本神武纪年2593年，因此这种氧气鱼雷，便被命名为93式鱼雷。
尽管水中实验取得了成功，鱼雷的总体性能令人非常满意，不过还是暴露出以下问题：
1.温度控制不当容易造成发动机损坏；
2.主发动机活塞杆易损坏；
3.速度不够；
4.偏离航向；
5.尾舵操纵力不足。
技术人员对这些问题进行了不断地改进，但日本海军对93式鱼雷最高速度不满意，希望能有所提高。
当时意大利研制了一种航速高达50节的鱼雷，日本闻讯立即购进10枚，进行了发射实验，发现鱼雷高速水下运行的奥秘，在于雷头前部存在一个空气空洞，降低了水中阻力。据此，日本人修改了93式鱼雷纯圆的雷头，加装了一个尖锐的小帽，使鱼雷的航速达到了50节(从理论上计算甚至能达到60节)！ 此外，当时日本海不能生产纯氧的制氧机，因此特意从德国进口了制氧机，由长崎三菱兵工厂加以仿制，进行批量生产，装备日本海军的巡洋舰和驱逐舰。巡洋舰用 纯氧从气体中提取，驱逐舰用纯氧从液体中提取。后者的制氧机虽然较小，但是所产生的氧气纯度倒还不错。经过一系列改进和准备，日本海军鱼雷学校于1935年在"鸟海"号重巡洋舰上进行了测试性发射，各项指标均让军方大为满意。
1935年11月28日，93式氧气鱼雷正式装备日本海军。
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