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剪水鹱的博客

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单壳体的迷思  

2014-09-05 16:56:33|  分类: 潜艇 |  标签: |举报 |字号 订阅

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单壳体的迷思 - puffinus - 剪水鹱的博客

MD 海军 SSN-716 “盐湖城” 号攻击型核潜艇。以 SSN-688 “洛杉矶” 级为代表的美军攻击型核潜艇普遍采用了单壳体构型,使得很多兔子误以为该布局是潜艇发展的终极选择,并为单壳体制造出了信号特征小,最小活动水深浅,水动力特性好等诸多 “优点”。而长期由 SX 领衔的双壳体流派则被认为落后于时代。事实远非如此简单。

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奠定 MD 流派攻击型核潜艇设计基调的 SSN-593 “长尾鲨” 级,其艇身中段仍部分采用了双壳体构型。在 “长尾鲨” 基础上改进而来的 SSN-637 “鲟鱼” 级 (下) 同样并非纯粹的单壳潜艇。

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直到 SSN-688 “洛杉矶” 级,MD 攻击型核潜艇才彻底完成了向 “纯粹” 的单壳体构型的过渡。弹道导弹核潜艇由于龟背的存在从未真正单壳化。

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SSN-21 “海狼” 级沿用了 “洛杉矶” 的 “纯” 单壳构型。
 
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但三号艇 SSN-23 “卡特” 号为了执行特殊任务,又改回了混合构型。

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相当于 SSN-688 深度升级版的 SSN-774 “弗吉尼亚” 级为单壳体构型。

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然而后续版本插入 VPM 后又将重返混合构型王国。

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日已落帝国皇家海军拥有西方世界第二强的攻击型核潜艇部队,其 “特拉法尔加” 级与 “机敏” 级等攻击型核潜艇的非耐压上层建筑从艇首一直覆盖至艇尾。换句话说,英国根本就没有装备过真正的单壳核潜艇。在潜艇技术方面颇有建树,发明了减振浮筏和泵喷射推进的日已落帝国对 “纯粹” 单壳潜艇的态度很能说明问题。

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矮子也没有亦步亦趋地效仿 MD 走上单壳化道路。


1. 信号特征
由于高频声波衰减太快,中远程反潜探测只能依赖中低频声纳。对于中低频声波而言,灌满海水的非耐压结构基本上是透明的,目标反射截面积取决于充满空气的耐压壳体的尺寸,水面排水量相同时单壳潜艇与双壳型号相比显然没有任何优势。鱼雷等反潜武器使用的高解析度高频声波倒是能 “看” 到非耐压结构,但鉴于主动声纳能量的 4 次方递减效应,双壳潜艇就算吨位比单壳类型增加 30%,被反潜武器锁定的距离也只增加不到 4.5% (假定两者外形相同),这还没有考虑到高频声波随传递距离的增加而衰减的因素。更重要的是与雷达波相似,声学信号的反射强度不仅取决于目标的物理尺寸,也取决于对象的外形特征,后者的作用往往还大于前者,否则隐形飞机根本不可能出现。为了保证抗压强度,单壳潜艇必须采用圆形横截面,通过改变外形来压缩声纳反射信号特征的余地微乎其微,双壳潜艇的非耐压壳则能在横截面形态上大做文章以控制回波强度。双壳潜艇面对主动声纳时易于遭到探测的理论不能成立。 

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双壳潜艇高速航行时轻质外壳较易因水动力激励振动而产生噪声,但这一问题能够通过合理的结构设计和采用高阻尼材料得到解决。

2. 最小活动水深
潜艇的水下机动模式类似于固定翼飞机,能够有效机动的最小水深因此取决于艇长而非艇体直径。水面排水量相同情况下,不需要在首尾两端安装大型压载水舱的双壳潜艇全长更短,可实施有效垂直机动的水深小于单壳潜艇。

3. 水动力特性
双壳潜艇通常储备浮力较大,水面排水量相同时水下吨位高于单壳潜艇,这是 “单壳潜艇水动力性能胜出” 流派的基本论据。然而随着潜艇的大型化,在两层壳体间距固定的前提下,双壳潜艇与单壳潜艇的储备浮力水平实际上在逐渐接近。“白蜡树” 级的储备浮力与 “海狼” 级相比已经只有几个百分点的差距。双壳潜艇的舷侧声纳阵列无需突出于非耐压壳之外,表面光顺性优于 “皮肤” 显得疙疙瘩瘩的单壳类型,有利于提高其海军部系数。同样使用制造难度和成本较低的 10 米级耐压壳,且安装相同的武器,传感器,动力系统,水面排水量接近时,双壳攻击型核潜艇潜艇易于实现接近理想值 (7-9) 的长宽比,而单壳潜艇则将过于细长,既增大阻力,又增加回转半径。

非耐压壳复合材料化,消灭两层壳体间距硬性指标后,即使对于吨位较小的常规潜艇而言,单壳体现有的储备浮力小,水动力性能占上风的优势也将彻底蒸发。美军攻击型核潜艇单壳化的根本因素并非单壳体的内在优越性,而是单壳体焊点少,生产成本低 (对于人力费用高,造船业自动化水平及效率偏低的 MD 而言)。

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在耐压壳上安装侧舷声纳阵列对于艇体的光顺性显然不是什么好消息。
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