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标题: 神奇的机械：记1943年英国皇家空军用跳弹轰炸鲁尔大坝 [打印本页]

作者: 寂静天花板 时间: 2015-5-21 12:45
标题: 神奇的机械：记1943年英国皇家空军用跳弹轰炸鲁尔大坝
炸毁鲁尔河大坝的行动是第二次世界大战期间筹划最出色的空袭行动之一。
1913年7月。默内河谷大坝（Mohnsee Staumauer）在一片欢庆的气氛中举行了剪彩仪式。这是当时全欧洲最大的一座水坝，高40米，最宽的地方有34米，长640米，花了五年时间才建成。在它后面的水库中储存了1.3亿立方米的鲁尔河水，为面积达416平方公里的德国工业心脏地带——鲁尔工业区提供了足够的水源，并且把鲁尔河上游的水深提高到能够供驳船队航行的水平。大坝还带有泵站和水力发电站，当情况需要时，默内大坝可以把它拦截的河水全部排干，并用由此而获得的巨大能量来发电。
在默内河大坝之后两年竣工的埃德尔河谷大坝（Edersee Staumauer）拦截了埃德尔河的河水，使用水泵将水抽到威悉河中，提高了与其相连的德国内陆运河网、尤其是重要的中部运河（Mittellandkanal）的水位，而且为邻近的卡塞尔工业区提供了水源和电力。它的规模比默内河谷大坝大三分之一，这座大坝的设计者林克博士在1932年7月号的德国工程学期刊《燃气与水力工程》（Gas-und Wasserfach）上用详细的文字和图片，相当自豪地介绍了大坝的各种技术细节。
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1939年10月，第二次世界大战爆发之后一个月，一位英国科学家以同样的热情研究了同一篇文章。巴恩斯·沃利斯教授（1887-1979），英国航空工程学家和发明家，他在二战前参加了R-100号飞艇、“沃尔斯利”和“惠灵顿”轰炸机的研制工作，并在二战中开发出“修理店”、“高脚柜”、“大满贯”等巨型炸弹，二战后开发了可变翼飞机，参与TSR2战斗轰炸机和“协和”式超音速客机的研制工作，获得了英帝国勋章，正在研究一个重要的战略问题：如何最有效地摧毁德国的大坝和水电站。沃利斯出生于德比郡的一个工人家庭，17岁时就进入船厂工作，通过自学获得了伦敦大学的工程学函授学位。他在第一次世界大战期间就开始为英国海军设计飞艇，在三十年代设计了英国最大的硬式飞艇R100号，还为维克斯飞机公司设计了“沃尔斯利”式轻型轰炸机和著名的“惠灵顿”中型轰炸机。在后两种设计中，他把飞艇的网状结构应用到机翼和机身设计中，令其成为当时世界上最牢固的飞机。
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在林克博士那篇德文文章的基础上，沃利斯写了一份一页的备忘录，特意强调了摧毁德国中部一系列水坝的战略重要性。英国空军部收到这篇备忘录后，对其深表赞同，于是成立了一个委员会来协助沃利斯教授研究如何对那些大坝进行最有效的破坏。委员会包括军方的爆破专家和一些著名的科学家、工程师和力学专家，他们对沃利斯建起来的一座比例为四十分之一的默内河谷大坝模型进行了反复研究，最后得出结论说，要想通过空中轰炸来摧毁这座大坝，至少需要40吨当量级的炸弹。但是当时英国最大的轰炸机——还在设计和试飞阶段中的阿弗罗“兰开斯特”重型轰炸机，最多只能搭载十四吨的炸弹。经过计算，专家组认为如果能在4万英尺（12200米）高度投下、并准确命中坝体的话，10吨的炸弹也可以达到同样的效果，但即使是“兰开斯特”轰炸机的飞行高度也只有23500英尺（8160米）
但是沃利斯教授并没有放弃努力。他进行了一系列水下爆炸试验，以验证水下冲击波对坝体的影响。他发现同样当量的炸弹，在水下爆炸所造成的破坏力要比直接命中坝体要大得多。另一方面，沃利斯认识到向大坝发射鱼雷是没有用的，因为德国人在大坝外面张布了好几道防鱼雷网。
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正是这些防雷网令沃利斯教授产生了一个新的想法：如果你以很小的角度朝池塘的水面丢过去一颗卵石，那么它会在水面上弹跳好几次才会沉入水中。此外，沃利斯对造船和船舶史颇有研究，他知道在1451年，奥斯曼土耳其的统治者穆罕默德二世在博斯普鲁斯海峡修建了一座叫“割喉堡”的要塞，用来封锁东罗马帝国的运粮航道。这座要塞的大炮位置很低，从炮膛里水平发射出去的弹丸在海面上弹跳得很远，然后砸入东罗马运粮船的水线和龙骨，将其击沉。既然如此，那么是不是可以设计一种炸弹，让它蹦蹦跳跳地越过防雷网，然后沉到大坝下面去爆炸呢？
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专家组很快在位于伦敦郊区泰丁顿的海军试验中心里搭起了一座大水槽，用来探讨这种“弹跳炸弹”的设计方案。沃利斯在试验中发现，球体形状的炸弹在水面上的弹跳效果最好，其弹跳距离和直径有关。如果这个球体以和其投放的方向相反的角度旋转的话，它不仅可以跳过防雷网一类的障碍物，而且在碰到坝体之后会由于离心力而附着在上面，然后缓慢地旋转着沉入水下。
另一方面，如果球体自传的方向和投放的方向相同的话，它在碰到坝体时会一下子反弹回去，或者飞跃过去。沃利斯为此专门设计了一种炸弹挂架，它包括两个带有电磁吸盘的机械连接机构和一个电磁连接机构，下面挂着球形炸弹（试验时使用的是模型）。炸弹和吸盘连接的部位是被削平的，以便能够更牢固地吸附在吸盘上。投弹时先松开吸住炸弹顶部的电磁开关，然后启动机械连接机构上面的电动马达，吸附着炸弹的两个电磁吸盘一转动起来，炸弹就可以沿着与机身前进方向相反的角度形成自转了，然后在这时候把炸弹丢出去。
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根据这个实验结果，沃利斯认为如果将炸弹的引信设定为在某个深度的水压下爆炸，那么它就会炸毁大坝的基础部位，在它最厚的地方炸开一个裂缝，从而造成溃坝。不过，沃利斯的这一套设计理论实在是太超前了，所以专家组的其他成员对这种“弹跳炸弹”方案都是满腹狐疑，甚至在沃利斯用深水爆炸的方法炸毁一座废弃不用的大坝之后也仍然如此。1942年12月4日下午，一架经过改装的“惠灵顿”轰炸机带着沃利斯教授设计的第一枚“弹跳炸弹”起飞了。沃利斯教授坐在轰炸瞄准员的位子上。经过一年多的试验、研究和争论，沃利斯终于获得拨款制造6枚“弹跳炸弹”，其直径只有35英寸（890毫米），是设想用来轰炸鲁尔大坝的炸弹的二分之一。“惠灵顿”的炸弹舱门必须拆下来，才能把这个圆头圆脑的怪家伙挂上去。一飞到海面上，沃利斯就按下投弹按钮，看着他的炸弹落到了海面上。但不幸的是这枚炸弹的外壳太脆弱，在海面上弹跳了几次之后，海水造成的冲击力就把它给扯碎了。
12月12日，沃利斯再次进行试验，这次他加厚了炸弹的外壳，并且让飞行员绕开了海岸防空炮的阵地。炸弹丢下去之后，在海面上优美地弹跳了好几次，然后才沉入海中。观察员在岸上拍下来的照片有力地证明了这种炸弹是一种成功的设计，沃利斯可以成功地说服军需部的审理委员会成员参观他的下一次试验，这次试验将决定沃利斯是否得到许可来制造实际尺寸的炸弹，以及是否能够得到专门改装以用来投放这种炸弹的“兰开斯特”轰炸机。事实上前来观摩试验的委员们对这种新型炸弹都印象深刻，甚至当一枚炸弹投错了方向、蹦蹦跳跳地朝站在岸上的委员们飞过来之后（一场虚惊，炸弹里面没有装药），代表们仍没有改变主意。委员会向丘吉尔提交了一份详细报告，后者对沃利斯的炸弹表现出了极大的兴趣和热情。
沃利斯教授在给丘吉尔的报告里写道：
“……我们知道，生产一吨钢铁大约需要150吨水。我们也知道战争时期鲁尔河流域的水资源是非常宝贵的。那些水储存在几座水库里，其中默内河谷和佐尔佩河谷的两座是规模最大的。所以我们决定炸毁这些大坝。我们已经得知使用常规炸弹是无法摧毁这些大坝的；它们由系有浮筒的钢制防鱼雷网保护，所以也无法实施鱼雷攻击，无论那些鱼雷有多么大。
“我们在一些只有一米高的小水坝上进行了无数次试验，最后发现默内河谷大坝只能用深水爆破的方式来炸毁，爆炸点要贴近坝体，靠近大坝的基座部位。因此我们必须开发出一种炸弹，它不仅能够从防鱼雷网上面跃过去，而且还得能够从罩在大坝上面的钢网底下钻过去。最后，它要正好碰到大坝的“自由边缘”，也就是说位于水面之上的那一部分坝体。
“试验结果表明，一枚装药量为3500公斤的高爆炸弹，在水面以下大约30英尺的深度爆炸时，可以破坏掉大坝的石砌结构。一开始，像我说过的那样，我们在一米高的水坝上进行了许多、许多次的试验，后来幸运地在威尔士山区发现了一座尺寸大约为默内大坝五分之一的水坝（注：埃兰河谷水库大坝）。我们从水利部门那里得到许可，可以将这座大坝炸毁以供搜集试验数据。试验的结果非常成功，我们决定把这项研究推进下去，并且对默内和佐尔佩大坝发动类似的袭击。这将给我们带来许多战略上的收益：第一，我们可以破坏掉鲁尔工业区的水源来源，使其生产和生活在一定的时间里陷于停滞；第二，我们可以在鲁尔河谷地区造成洪水；第三，如果我们对埃德尔大坝也采取这种袭击，炸掉大坝本身和通往威悉河的泵站，那么可以降低德国中部运河网的水位，破坏掉德国的内陆航运网。
“……正如前面告诉过您的那样，我们进行了一系列试验，发现如果让炸弹以与前进方向相反的角度旋转的话，它会在水面上弹跳，然后碰上大坝顶端，沉入水中。在大约三十英尺的深度上，水的压力会触发炸弹上的一个水压引信，从而引爆炸弹。
“您知道，试验的结果极其令人满意。我们相信这是结束战争的最快、也是最有效的方法。我们认为在河谷下游的村镇中，不会有人在防空洞里被淹死。我们猜测那些防空洞是建在远离河道的地方的，这样当我们把大坝炸毁以后，洪水不会将其淹没。
“目前的一个主要困难在于炸弹的制造。我们在英格兰只能弄到很少的钢铁，有关部门告诉我，我们需要排队等两年时间，才能够分配到制作足够炸弹所需的钢铁。
“我们在国家物理实验室的威廉-弗洛德船型实验站进行过一系列试验，证明球形的炸弹弹跳效果最好，距离最远，但是我没有足够的钢铁来制作一枚球形炸弹，所以只好将它设计为圆柱体的形状，它们飞得没那么远，而且如果飞机投下炸弹时稍微摇晃一点儿的话，它们的弹跳轨迹就会变成斜线。
“当我们最终决定炸弹的尺寸时，发现全英国只有一种合适的飞机能够搭载这种炸弹飞到默内河谷或埃德尔河谷那么远的地方，那就是巨大的、带有四台引擎的兰开斯特式轰炸机。它刚刚投入使用。不幸的是兰开斯特飞机的炸弹舱尺寸也不够大，我们不得不把舱门拆掉……代之以两个支架，把炸弹悬挂在支架之间。炸弹的直径是1.5米，长2.5米。挂弹架上装有可以旋转的滚珠轴承，这样我们在丢下炸弹时可以给它一个初始的推力，让它开始反向旋转。驱动这个轴承的水压装置是我们从一艘英国潜艇的操舵系统里拆下来的，这是我们不用自行开发的少数专门设备之一。
“……另一方面，根据那些水库的蓄水进度，我们必须在六个星期之内把剩下的全部工作都做完，为此必须日夜加班。与此同时盖伊·吉布森空军中校将完成第617中队的组建工作，以执行这项任务……”
后面部分是作战描述，有兴趣的到下面的链接继续阅读
http://weibo.com/p/1001603844214940166973

作者: 2266998 时间: 2015-5-21 12:51
我们上大学时候学的这个案例，

英国数学，举世无双，直到今天，

作者: 爱猫人士薛定谔 时间: 2015-5-21 12:56
精彩！

作者: lanxuerenfly 时间: 2015-5-21 12:57
受教了

作者: 螺旋线 时间: 2015-5-21 13:15
有电影可看的，黑白片。

作者: 唐朝的花 时间: 2015-5-21 13:45
牛

作者: addagain 时间: 2015-5-21 13:59
说明创意是很重要的

作者: 芥子 时间: 2015-5-21 14:16
精彩！考虑的真周到，连人怎么疏散都想到了。

作者: 请叫我财神 时间: 2015-5-21 15:52
说句不好听的话，战争逼迫人的求生意志，也逼迫人的聪明才智。

作者: bmlsw 时间: 2015-5-23 21:38
压力才有动力

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