水下放风筝——布伦南对线导鱼雷的海岸防御
想象这样的场景。
1895年的一天，作为一艘前无畏级战舰的船长，你正在执行对某个位置进行岸上轰炸的任务。该地点位于一个狭长的峡湾，在进入炮击区之前必须通过一条狭窄的水道。如你所知，这种地形非常不利于战舰贸然进入。敌人很有可能会在水路两侧建立岸上防御堡垒，但是狭窄的空房间限制了战舰的规避和机动。所以，你站在舰桥上，警惕地观察两边的巨大山脉，在你看到堡垒的那一刻，试着命令战舰起飞——你的战舰在前半球有两挺305毫米主炮和六挺203毫米副主炮，所以摧毁堡垒不成问题。
我知道我画不好，所以不要吐出来...]
但是很奇怪。你看不到任何电池，只有偶尔出现的几栋奇怪的建筑，上面矗立着一座像水塔一样的钢塔；该建筑离水面很近，在山脚下与水面交汇处有几个规则的方形开口，似乎是上述建筑的排污口，所有的开口都淹没在水面下。也许这是一个固定的了望台，你知道。但是没有理由不为了望哨配备一个堡垒...
-"在左舷发现鱼雷！"
突然，你的了望员喊道。你迅速向左边看去，你看到一个v形的薄浪在海上疾驰。
你不要惊慌；因为在19世纪末，鱼雷的速度普遍不高，真正实用的蒸汽气体鱼雷直到1904年才被发明(当然，当时你并不知道)。所以，你不慌不忙地命令舵室转向右舵躲避，并要鱼雷擦到战舰的左舷。
这艘战舰开始将它巨大的船首向右倾斜。
但是你突然发现情况不对；这种鱼雷的速度惊人。在短短的半分钟内，这个v形的水花已经越过了400多米的距离，直直地朝着战舰的左舷砸去！你害怕丢脸，但你什么也做不了。然后是震耳欲聋的噪音，你亲眼看到舷外飞溅的水花。你曾经引以为豪的战舰开始快速倾斜，几分钟后它沉入峡湾的冷水中...
这种速度惊人的鱼雷是这篇论文的主角:布伦南外部动力鱼雷。
当时，这种鱼雷几乎是划时代的发明，主要体现在其特殊的动力系统上。
众所周知，鱼雷发动机需要同时满足两个条件:一个是小的，另一个是大到足以满足速度要求。然而，在当时有限的工业水平下，一个足够小的大功率发动机无法安装到鱼雷上，只能用压缩空空气发动机或飞轮来折衷，所以鱼雷的速度基本上是难看的。
但是布伦南鱼雷不同。它跳出了发动机必须安装在鱼雷里的刻板印象——如果你不能制造一个足够小的大功率发动机来安装在鱼雷里，你能制造一个大功率发动机吗？在这种情况下，我能不能在岸上的发射基地安装一个普通的大功率发动机，然后通过一些联动装置与鱼雷连接，就像传送带或链条一样，而鱼雷的螺旋桨是由岸上的发动机通过联动装置驱动的——这样我就解决不了鱼雷的功率问题了？
这是布伦南鱼雷的动力系统。因为它的引擎不在鱼雷内部，所以我们可以称它为外动力鱼雷或外动力鱼雷。
布伦南偶然发明了这种鱼雷。有一天，这个家伙真的很无聊，所以他把一卷棉线放在地上，开始玩它；摆弄完之后，他突然发现似乎有什么不对劲:当线从线轴的顶端拉出时，快速拉动棉线会将线轴拉回来；但是如果棉线是从下面拉出来的，只要你拉得够快，线轴就不会被你拉回来，而是会很快滚开，好像是要从你身上逃脱。
[如果你这样拉线，线轴会被线顺时针拉动，从而向后滚动...]
[但是如果你像这样拉线，线轴将被逆时针拉动；在这种情况下，如果你吸烟的速度足够快，线轴将不会走到一起，但也会很快消失。】
如果一般人看到这种现象，估计它可能不会被考虑在内，但它只会是有趣的；然而，布伦南敏锐地抓住了这一现象，所以他设计了这种鱼雷，在当时有着非凡的性能，并给他带来了大量的收入。因此，在我们的日常生活中，我们会看到一些我们已经习惯的现象，我们绝不能认为我们已经习惯了；也许在一些普遍现象的背后，隐藏着一个惊人的财富密码。
好了，关于成功研究的讲座到此结束。让我们回到正题上来。
布伦南鱼雷的主体是细长的橄榄形，弹头安装在鱼雷头部的位置。鱼雷头部和尾部各有一组十字形舵面:水平方向的升降舵负责控制鱼雷的航行深度；垂直方向舵负责控制鱼雷的航向。鱼雷的中部装有动力系统。在鱼雷的背面，有一根叫做“桅杆”的又高又细的鱼竿，它刚刚划到水面，留下了一个v形的尾波；至于这根桅杆有什么用，我以后会详细说明。
[布伦南鱼雷简图]
让我们从这个鱼雷最微妙的动力系统开始。
布伦南鱼雷的动力系统主要由两个圆柱形筒管组成。线轴沿着鱼雷的轴向布置，并穿过传动轴，在传动轴上紧密缠绕有坚韧的钢丝。当钢丝被用力拉出时，由于钢丝和线轴之间的摩擦，线轴也会一起旋转，然后带动螺旋桨旋转。
[布伦南鱼雷动力系统在鱼雷体内的部分]
缠绕在卷筒上的钢丝由卷筒上侧的牵引轮引出，矫直并穿过卷筒前部的导向轮，然后伸出中空的螺旋桨传动轴，从螺旋桨轴的端部拉出，连接到陆上蒸汽机驱动的绞车上；鱼雷尾部的螺旋桨是一组反向旋转的螺旋桨，由两层桨叶组成，是老式鱼雷的常规布局。由于两线筒上钢丝的缠绕方向相反，当两线筒在蒸汽机的拉动下同时放出时，两线筒将反向旋转，分别驱动对转螺旋桨中的两对叶片，从而达到平衡单个叶片扭矩的目的。
但是有一个问题。随着钢丝的不断释放，钢卷将变得越来越短；如果牵引轮固定，钢卷的后缘将离牵引轮越来越远，导致钢卷到牵引轮的钢丝越来越紧；这样，当钢丝上的张力达到一定水平时，要么拉紧的钢丝拉下牵引轮，要么钢丝断裂。
解决这一问题的方法是使牵引轮和钢丝的后缘同步移动，使牵引轮和钢丝的后缘之间的距离保持不变。
为了准确同步牵引轮和钢丝之间的运动，布伦南设计了一套精巧的牵引轮驱动系统。系统的结构如下图所示:
如图所示。螺旋桨的传动轴通过齿轮1和2与水平放置的伞齿轮相啮合；伞齿轮的轴上有一个螺旋形构件，螺纹与另一个垂直放置的齿轮啮合，如下图所示。
[螺纹齿轮结构将水平旋转变为垂直旋转]
当伞齿轮转动时，“螺钉”上的螺纹将一起转动，像螺钉一样向前推动凸起螺纹上的齿轮齿；因此，通过齿轮1、齿轮2、伞齿轮和螺纹的三级传动，螺旋桨传动轴在垂直平面内沿左右方向的旋转变成在垂直平面内沿前后方向的旋转。
那么，为什么要费心改变齿轮的旋转平面呢？
很简单，为了驱动一个左链轮和一个右链轮。
旋转轴螺纹连接在最终输出齿轮上。转轴的左右两端分别固定有链轮；链条从一侧的链轮开始，绕过水平放置在前面的两个链轮，然后回到另一侧的链轮；因此，当传动轴高速旋转时，链条将被一侧的链轮放出，并被另一侧的链轮收回。两个牵引轮不是固定在架子上，而是固定在链条上；这样，随着链轮的转动，固定在链条上的牵引轮将自然地随着链条移动，并慢慢地跟随钢卷的后缘。
[链轮转动后牵引轮的运动]
[牵引轮驱动系统3d仿真图]
鱼雷的直接动力系统是岸上的两台单缸蒸汽机。注意是“两个单缸”而不是“一个双缸”，左右蒸汽机的转速可以不同；这种设计的原因也将在后面提到。两台蒸汽机中的每一台都驱动一台绞车，绞车上缠绕着一根从鱼雷推进器尾部伸出的钢丝。蒸汽机的蒸汽由安装在锅炉房的两台卧式单锅筒燃煤火管锅炉提供。在蒸汽机的快速拉动下，鱼雷可以以27节的速度前进，这在当时是闪电般的速度——就像开始模拟的场景一样，你在最后一刻与它相隔了400米，它已经在一眨眼的时间里冲到了你的眼前，甚至1800米的极限范围也只有两分钟多一点。
所以现在记住！不要相信任何说布伦南鱼雷是未来的电动鱼雷。这种鱼雷不仅是一种电动鱼雷；如果我们把牵引驱动部分放在一边，这种鱼雷仍然是一种真正的热鱼雷，它的动力取决于蒸汽机！
然后还有第二个问题——为什么鱼雷后面有一个桅杆？为了方便敌人观察？
一半对。这根桅杆实际上是为观察而设计的，但不是为了方便敌人，而是为了方便自己的观察。
实际上，令许多人惊讶的是，布伦南鱼雷可以被引导！
现在让我们看看布伦南鱼雷的制导系统。
[转向引导系统]
你还记得前动力系统中有一个非常重要的部分——导轮吗？从线轴上引出的钢丝被牵引轮拉出，穿过导向轮后改变方向，向后拉出螺旋桨；但实际上，左右导轮的外侧都装有螺纹轴，与以前驱动牵引轮的螺纹轴相同。当导向轮随着钢丝的快速退出而转动时，螺纹轴上的螺纹将向外旋出，将齿轮1的齿向外推，从而带动齿轮1转动；与齿轮1同轴的齿轮2带动与之垂直的另一个齿轮3，最终通过转轴将旋转输入到球形差速器齿轮箱中。另一侧的导向轮外也有类似的机构。然而，因为两个导向轮是镜像对称的，所以两个螺纹轴上的螺纹分别被拧到左侧和右侧，并且齿轮1的旋转也是相反的，这将最终导致两个齿轮3的反向旋转。
[差速齿轮箱]
上图是差速器齿轮箱的结构图。
假设通过调整蒸汽供应，可以更快地抽出左股蒸汽，同时可以更慢地抽出右股蒸汽。显然，左右齿轮的转速是不同的。最初，左右齿轮转向相反，但转速相同，前后齿轮都不原地移动；但现在左齿轮的转速更快，由于右齿轮的限制，前后齿轮的转速比左齿轮稍低；因此，快速旋转的左齿轮抬起前齿轮并压下后齿轮，由四个齿轮组成的整体倾向于向后倾斜——如果你想理解这一点，你可以想象一个极端的例子:假设前齿轮、右齿轮和后齿轮是固定的，旋转的左齿轮肯定会随着整个系统一起旋转。因此，从齿轮系统延伸的滑动杆(灰色，这里以后滑动杆为例)沿着在环形框架上开口的凹槽向下滑动，同时向环形框架施加向上的反作用力；在反作用力的作用下，环架开始逆时针转动，带动水平放置的摩擦轮逆时针转动，通过链条将方向舵推向左侧。反之，如果右线画得更快，这个系统就可以把舵转向右边，达到右舵的目的。
两台蒸汽机上都有一个方向盘。方向盘实际上是一个蒸汽阀，它可以控制流入左右两侧蒸汽机的蒸汽量。如果方向盘左转，左侧蒸汽机的供汽量会增加，右侧蒸汽机的供汽量会减少，鱼雷会左转；如果方向盘向右转，右侧蒸汽机的蒸汽供应将增加，而左侧蒸汽机的蒸汽供应将减少，因此鱼雷向右转。
[带方向盘的蒸汽机示意图]
所以鱼雷后面有一根长桅杆。一般来说，一个12米高的钢结构观察塔矗立在布伦南鱼雷的发射位置；了望员站在了望塔上，用望远镜观察桅杆在水面上划出的轨迹，并通知掩体内的操作人员如何修正鱼雷的航向。对于当时缓慢而笨拙的战列舰来说，速度如此之快的鱼雷和眼睛无论如何也无法逃脱。毫不夸张地说，当布伦南鱼雷从滑道冲下，通过水面上的开口进入水中时，目标敌舰已经死亡。
[典型的布伦南鱼雷发射位置]
当然，为了让鱼雷能在一定深度稳定航行——这对布伦南鱼雷来说尤其重要，因为如果航行深度太大，桅杆就看不见了——布伦南鱼雷也装有测深仪。然而，与当时的白石鱼雷和布拉斯科洛夫鱼雷的液压圆盘测深仪不同，布伦南鱼雷的测深仪采用了另一种形状。
事实上，布伦南鱼雷深度测定系统的核心仍然是一个谜；当时，深度测定系统的技术原理被严格保密。所有的深度测定系统在出厂前都会被密封在一个封闭的盒子里，所以前线的士兵只能得到一个包装好的金属盒子，而且无法知道里面是什么样子；现在，那些保存下来的布伦南鱼雷要么没有深度固定系统，但有……你怎么能把它们作为珍贵的文物拆除呢？
但是我们至少知道两件事。首先，该深度固定系统需要由线轴的旋转提供动力；其次，深度测定系统的核心通过拉杆与鱼雷头部的水压传感器相连。水压传感器类似于霍尔鱼雷上的水压板系统，它是一个内有活塞和弹簧的圆柱形缸体；如果航行深度增加，水压增加，活塞克服弹簧的弹力被推向左边；如果航行深度减小，水压也会减小，弹簧会将活塞推向右侧以抵抗水压。
[布伦南鱼雷深度测定系统示意图]
根据这两个特点，蒸汽机的飞球控制系统最早出现在英国，有人认为布伦南鱼雷深度测定系统的核心实际上是一个飞球系统。如下图所示:
[在假定的固定深度系统的核心内]
如图所示，转轴通过摩擦轮1驱动转盘，转盘进一步驱动压在其上的摩擦轮2；当拉杆左右移动时，它将拉动摩擦轮2在转盘表面上滑动，就像维克斯钟的内部一样。由于转盘表面沿半径方向的线速度不同，当摩擦轮2沿半径方向滑动时，从伞齿轮输出到飞球控制器的转速也会改变。一个灰色的飞球挂在飞球控制器的左右两侧；随着控制器的转动，就像操场上的空飞椅一样，两个飞球会被离心力甩走，转速越高，上升越高。因此，上升的飞球向上推动套在转轴上的滑环，滑环通过连杆推动推轮，向外推动推杆，最终摩擦控制电梯的转轴。
在布伦南鱼雷的发射位置，封装深度确定系统的核心存储在嵌入墙壁的保险箱中。保险箱有一扇厚重的钢门和两个钥匙孔，需要两个保管员同时转动钥匙才能打开锁。在发射之前，两个看守人将同时打开保险箱，取出预设深度固定系统的核心，并通过雷头一侧的小门将其固定到位。因此，德国间谍几乎不可能窃取这个深度测定系统的秘密。
纵观历史，很少有像布伦南鱼雷这样的特殊鱼雷。利用当时的有限条件，布伦南鱼雷实现了高速和制导，这与当时的神话是一样的。尽管现在看来布伦南鱼雷无疑是落后的，而摆式发动机、hap三组分推进剂和声纳的广泛应用使得快速精确的重型鱼雷不再罕见，我们仍然应该记住，当时有一种特殊的鱼雷，虽然它的发展方向与历史不同，但它也在那一分支上开出了一朵绚丽夺目的花。
顺便说一句，布伦南鱼雷发射阵地的完整遗址仍保存在香港的梨门炮台；如果一个朋友感兴趣，他可以去那里亲眼看看那个大杀手。
[布伦南鱼雷存放在梨门堡，里面的卷轴可以清楚地看到]
莫比乌斯学会
文章来源：www.atolchina.com