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標題: 神奇的機械：記1943年英國皇家空軍用跳彈轟炸魯爾大壩 [打印本頁]

作者: 寂靜天花板 時間: 2015-5-21 12:45
標題: 神奇的機械：記1943年英國皇家空軍用跳彈轟炸魯爾大壩
炸毀魯爾河大壩的行動是第二次世界大戰期間籌劃最出色的空襲行動之一。
1913年7月。默內河谷大壩（Mohnsee Staumauer）在一片歡慶的氣氛中舉行了剪彩儀式。這是當時全歐洲最大的一座水壩，高40米，最寬的地方有34米，長640米，花了五年時間才建成。在它后面的水庫中儲存了1.3億立方米的魯爾河水，為面積達416平方公里的德國工業心臟地帶——魯爾工業區提供了足夠的水源，并且把魯爾河上游的水深提高到能夠供駁船隊航行的水平。大壩還帶有泵站和水力發電站，當情況需要時，默內大壩可以把它攔截的河水全部排干，并用由此而獲得的巨大能量來發電。
在默內河大壩之后兩年竣工的埃德爾河谷大壩（Edersee Staumauer）攔截了埃德爾河的河水，使用水泵將水抽到威悉河中，提高了與其相連的德國內陸運河網、尤其是重要的中部運河（Mittellandkanal）的水位，而且為鄰近的卡塞爾工業區提供了水源和電力。它的規模比默內河谷大壩大三分之一，這座大壩的設計者林克博士在1932年7月號的德國工程學期刊《燃氣與水力工程》（Gas-und Wasserfach）上用詳細的文字和圖片，相當自豪地介紹了大壩的各種技術細節。
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1939年10月，第二次世界大戰爆發之后一個月，一位英國科學家以同樣的熱情研究了同一篇文章。巴恩斯·沃利斯教授（1887-1979），英國航空工程學家和發明家，他在二戰前參加了R-100號飛艇、“沃爾斯利”和“惠靈頓”轟炸機的研制工作，并在二戰中開發出“修理店”、“高腳柜”、“大滿貫”等巨型炸彈，二戰后開發了可變翼飛機，參與TSR2戰斗轟炸機和“協和”式超音速客機的研制工作，獲得了英帝國勛章，正在研究一個重要的戰略問題：如何最有效地摧毀德國的大壩和水電站。沃利斯出生于德比郡的一個工人家庭，17歲時就進入船廠工作，通過自學獲得了倫敦大學的工程學函授學位。他在第一次世界大戰期間就開始為英國海軍設計飛艇，在三十年代設計了英國最大的硬式飛艇R100號，還為維克斯飛機公司設計了“沃爾斯利”式輕型轟炸機和著名的“惠靈頓”中型轟炸機。在后兩種設計中，他把飛艇的網狀結構應用到機翼和機身設計中，令其成為當時世界上最牢固的飛機。
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在林克博士那篇德文文章的基礎上，沃利斯寫了一份一頁的備忘錄，特意強調了摧毀德國中部一系列水壩的戰略重要性。英國空軍部收到這篇備忘錄后，對其深表贊同，于是成立了一個委員會來協助沃利斯教授研究如何對那些大壩進行最有效的破壞。委員會包括軍方的爆破專家和一些著名的科學家、工程師和力學專家，他們對沃利斯建起來的一座比例為四十分之一的默內河谷大壩模型進行了反復研究，最后得出結論說，要想通過空中轟炸來摧毀這座大壩，至少需要40噸當量級的炸彈。但是當時英國最大的轟炸機——還在設計和試飛階段中的阿弗羅“蘭開斯特”重型轟炸機，最多只能搭載十四噸的炸彈。經過計算，專家組認為如果能在4萬英尺（12200米）高度投下、并準確命中壩體的話，10噸的炸彈也可以達到同樣的效果，但即使是“蘭開斯特”轟炸機的飛行高度也只有23500英尺（8160米）
但是沃利斯教授并沒有放棄努力。他進行了一系列水下爆炸試驗，以驗證水下沖擊波對壩體的影響。他發現同樣當量的炸彈，在水下爆炸所造成的破壞力要比直接命中壩體要大得多。另一方面，沃利斯認識到向大壩發射魚雷是沒有用的，因為德國人在大壩外面張布了好幾道防魚雷網。
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正是這些防雷網令沃利斯教授產生了一個新的想法：如果你以很小的角度朝池塘的水面丟過去一顆卵石，那么它會在水面上彈跳好幾次才會沉入水中。此外，沃利斯對造船和船舶史頗有研究，他知道在1451年，奧斯曼土耳其的統治者穆罕默德二世在博斯普魯斯海峽修建了一座叫“割喉堡”的要塞，用來封鎖東羅馬帝國的運糧航道。這座要塞的大炮位置很低，從炮膛里水平發射出去的彈丸在海面上彈跳得很遠，然后砸入東羅馬運糧船的水線和龍骨，將其擊沉。既然如此，那么是不是可以設計一種炸彈，讓它蹦蹦跳跳地越過防雷網，然后沉到大壩下面去爆炸呢？
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專家組很快在位于倫敦郊區泰丁頓的海軍試驗中心里搭起了一座大水槽，用來探討這種“彈跳炸彈”的設計方案。沃利斯在試驗中發現，球體形狀的炸彈在水面上的彈跳效果最好，其彈跳距離和直徑有關。如果這個球體以和其投放的方向相反的角度旋轉的話，它不僅可以跳過防雷網一類的障礙物，而且在碰到壩體之后會由于離心力而附著在上面，然后緩慢地旋轉著沉入水下。
另一方面，如果球體自傳的方向和投放的方向相同的話，它在碰到壩體時會一下子反彈回去，或者飛躍過去。沃利斯為此專門設計了一種炸彈掛架，它包括兩個帶有電磁吸盤的機械連接機構和一個電磁連接機構，下面掛著球形炸彈（試驗時使用的是模型）。炸彈和吸盤連接的部位是被削平的，以便能夠更牢固地吸附在吸盤上。投彈時先松開吸住炸彈頂部的電磁開關，然后啟動機械連接機構上面的電動馬達，吸附著炸彈的兩個電磁吸盤一轉動起來，炸彈就可以沿著與機身前進方向相反的角度形成自轉了，然后在這時候把炸彈丟出去。
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根據這個實驗結果，沃利斯認為如果將炸彈的引信設定為在某個深度的水壓下爆炸，那么它就會炸毀大壩的基礎部位，在它最厚的地方炸開一個裂縫，從而造成潰壩。不過，沃利斯的這一套設計理論實在是太超前了，所以專家組的其他成員對這種“彈跳炸彈”方案都是滿腹狐疑，甚至在沃利斯用深水爆炸的方法炸毀一座廢棄不用的大壩之后也仍然如此。1942年12月4日下午，一架經過改裝的“惠靈頓”轟炸機帶著沃利斯教授設計的第一枚“彈跳炸彈”起飛了。沃利斯教授坐在轟炸瞄準員的位子上。經過一年多的試驗、研究和爭論，沃利斯終于獲得撥款制造6枚“彈跳炸彈”，其直徑只有35英寸（890毫米），是設想用來轟炸魯爾大壩的炸彈的二分之一。“惠靈頓”的炸彈艙門必須拆下來，才能把這個圓頭圓腦的怪家伙掛上去。一飛到海面上，沃利斯就按下投彈按鈕，看著他的炸彈落到了海面上。但不幸的是這枚炸彈的外殼太脆弱，在海面上彈跳了幾次之后，海水造成的沖擊力就把它給扯碎了。
12月12日，沃利斯再次進行試驗，這次他加厚了炸彈的外殼，并且讓飛行員繞開了海岸防空炮的陣地。炸彈丟下去之后，在海面上優美地彈跳了好幾次，然后才沉入海中。觀察員在岸上拍下來的照片有力地證明了這種炸彈是一種成功的設計，沃利斯可以成功地說服軍需部的審理委員會成員參觀他的下一次試驗，這次試驗將決定沃利斯是否得到許可來制造實際尺寸的炸彈，以及是否能夠得到專門改裝以用來投放這種炸彈的“蘭開斯特”轟炸機。事實上前來觀摩試驗的委員們對這種新型炸彈都印象深刻，甚至當一枚炸彈投錯了方向、蹦蹦跳跳地朝站在岸上的委員們飛過來之后（一場虛驚，炸彈里面沒有裝藥），代表們仍沒有改變主意。委員會向丘吉爾提交了一份詳細報告，后者對沃利斯的炸彈表現出了極大的興趣和熱情。
沃利斯教授在給丘吉爾的報告里寫道：
“……我們知道，生產一噸鋼鐵大約需要150噸水。我們也知道戰爭時期魯爾河流域的水資源是非常寶貴的。那些水儲存在幾座水庫里，其中默內河谷和佐爾佩河谷的兩座是規模最大的。所以我們決定炸毀這些大壩。我們已經得知使用常規炸彈是無法摧毀這些大壩的；它們由系有浮筒的鋼制防魚雷網保護，所以也無法實施魚雷攻擊，無論那些魚雷有多么大。
“我們在一些只有一米高的小水壩上進行了無數次試驗，最后發現默內河谷大壩只能用深水爆破的方式來炸毀，爆炸點要貼近壩體，靠近大壩的基座部位。因此我們必須開發出一種炸彈，它不僅能夠從防魚雷網上面躍過去，而且還得能夠從罩在大壩上面的鋼網底下鉆過去。最后，它要正好碰到大壩的“自由邊緣”，也就是說位于水面之上的那一部分壩體。
“試驗結果表明，一枚裝藥量為3500公斤的高爆炸彈，在水面以下大約30英尺的深度爆炸時，可以破壞掉大壩的石砌結構。一開始，像我說過的那樣，我們在一米高的水壩上進行了許多、許多次的試驗，后來幸運地在威爾士山區發現了一座尺寸大約為默內大壩五分之一的水壩（注：埃蘭河谷水庫大壩）。我們從水利部門那里得到許可，可以將這座大壩炸毀以供搜集試驗數據。試驗的結果非常成功，我們決定把這項研究推進下去，并且對默內和佐爾佩大壩發動類似的襲擊。這將給我們帶來許多戰略上的收益：第一，我們可以破壞掉魯爾工業區的水源來源，使其生產和生活在一定的時間里陷于停滯；第二，我們可以在魯爾河谷地區造成洪水；第三，如果我們對埃德爾大壩也采取這種襲擊，炸掉大壩本身和通往威悉河的泵站，那么可以降低德國中部運河網的水位，破壞掉德國的內陸航運網。
“……正如前面告訴過您的那樣，我們進行了一系列試驗，發現如果讓炸彈以與前進方向相反的角度旋轉的話，它會在水面上彈跳，然后碰上大壩頂端，沉入水中。在大約三十英尺的深度上，水的壓力會觸發炸彈上的一個水壓引信，從而引爆炸彈。
“您知道，試驗的結果極其令人滿意。我們相信這是結束戰爭的最快、也是最有效的方法。我們認為在河谷下游的村鎮中，不會有人在防空洞里被淹死。我們猜測那些防空洞是建在遠離河道的地方的，這樣當我們把大壩炸毀以后，洪水不會將其淹沒。
“目前的一個主要困難在于炸彈的制造。我們在英格蘭只能弄到很少的鋼鐵，有關部門告訴我，我們需要排隊等兩年時間，才能夠分配到制作足夠炸彈所需的鋼鐵。
“我們在國家物理實驗室的威廉-弗洛德船型實驗站進行過一系列試驗，證明球形的炸彈彈跳效果最好，距離最遠，但是我沒有足夠的鋼鐵來制作一枚球形炸彈，所以只好將它設計為圓柱體的形狀，它們飛得沒那么遠，而且如果飛機投下炸彈時稍微搖晃一點兒的話，它們的彈跳軌跡就會變成斜線。
“當我們最終決定炸彈的尺寸時，發現全英國只有一種合適的飛機能夠搭載這種炸彈飛到默內河谷或埃德爾河谷那么遠的地方，那就是巨大的、帶有四臺引擎的蘭開斯特式轟炸機。它剛剛投入使用。不幸的是蘭開斯特飛機的炸彈艙尺寸也不夠大，我們不得不把艙門拆掉……代之以兩個支架，把炸彈懸掛在支架之間。炸彈的直徑是1.5米，長2.5米。掛彈架上裝有可以旋轉的滾珠軸承，這樣我們在丟下炸彈時可以給它一個初始的推力，讓它開始反向旋轉。驅動這個軸承的水壓裝置是我們從一艘英國潛艇的操舵系統里拆下來的，這是我們不用自行開發的少數專門設備之一。
“……另一方面，根據那些水庫的蓄水進度，我們必須在六個星期之內把剩下的全部工作都做完，為此必須日夜加班。與此同時蓋伊·吉布森空軍中校將完成第617中隊的組建工作，以執行這項任務……”
后面部分是作戰描述，有興趣的到下面的鏈接繼續閱讀
http://weibo.com/p/1001603844214940166973

作者: 2266998 時間: 2015-5-21 12:51
我們上大學時候學的這個案例，

英國數學，舉世無雙，直到今天，

作者: 愛貓人士薛定諤 時間: 2015-5-21 12:56
精彩！

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

作者: 螺旋線 時間: 2015-5-21 13:15
有電影可看的，黑白片。

作者: 唐朝的花 時間: 2015-5-21 13:45
牛

作者: addagain 時間: 2015-5-21 13:59
說明創意是很重要的

作者: 芥子 時間: 2015-5-21 14:16
精彩！考慮的真周到，連人怎么疏散都想到了。

作者: 請叫我財神 時間: 2015-5-21 15:52
說句不好聽的話，戰爭逼迫人的求生意志，也逼迫人的聰明才智。

作者: bmlsw 時間: 2015-5-23 21:38
壓力才有動力

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