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凌的潜艇博客

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双壳体潜艇适合中国海军吗?  

2009-10-17 16:21:56|  分类: 中国潜艇 |  标签: |举报 |字号 订阅

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   双壳体潜艇还适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

             09-I型鱼雷核潜艇的陆上模型,双壳体的舷侧结构一目了然。

  我国是在前苏联帮助下,建立起完整的潜艇建造工业体系的。在潜艇壳体结构上,也一直沿用着前苏联的双壳体结构。自1955年江南造船厂开建第一艘6603型(W型)常规潜艇以来,在长达54年的时间里,我国潜艇壳体结构形式一直没有出现变动。而我海军作战潜艇也都是双壳体潜艇。然而,纵观潜艇建造史,可以发现随着科学技术的进步和海军作战模式的改变,潜艇的壳体结构也会产生较大的变革。上世纪末后随反潜技术的巨大进步,潜艇壳体结构的发展方向也出现深刻的变化。原本以单、双壳体结构为主流的局面已经被打破,传统的双壳体结构正被日渐边缘化,并有逐渐被各潜艇建造国放弃的倾向。而单壳体和以单壳体为主的混合壳体结构,则大有占据主流发展方向的趋势。

双壳体潜艇适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

面对壳体结构的新发展趋势,老牌的双壳体潜艇建造国俄罗斯也开始建造单壳体潜艇,最新的拉达

级AIP潜艇就放弃了双壳体转而采用单壳体。

   即使是一些习惯使用双壳体潜艇的国家,如俄罗斯、日本、法国也开始转向单壳体或者以单壳体为主的混合壳体结构。在这种背景下我国在潜艇壳体结构上,是继续坚持半个多世纪都不变的双壳体结构,还是顺应发展潮流做出积极的应变,就是个值得深思的问题了。而且,随着新世纪我国海军长期战略建设目标的形成,从我海军潜艇部队作战需求的角度出发,考虑潜艇壳体结构是否应该做出变革也显得更为迫切。那么,就如题头所说:双壳体潜艇适合中国海军吗?

双壳体潜艇还适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客双壳体潜艇还适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

   从我国海域情况看,黄海和东海的大部都位于大陆架上,总体海域深度较浅。黄海平均深度只有44米,北部黄海均深只有38米。东海平均深度虽然有349米,但实际上自我东南沿海向外150余公里的大陆架范围内,平均深度都不足120米。东海舰队主要基地舟山岛屿向东100公里的扇形区域内,水深也都在60米左右。这样的海域深度对我潜艇部队的作战是十分不利的,我海军潜艇部队只有突入第一岛链前方的冲绳海槽后(最大深度2000-3000米左右),才能获得较为充裕的隐蔽空间。但是在突入冲绳海槽前,隶属于北海和东海舰队的我海军潜艇,必须在自西向东长达200-500公里的大陆架海域上进行长时间的航渡。但面对日美庞大的航空和水面水下反潜体系,战时在该海域航渡的我海军潜艇部队所承受的反潜压力将非常大。

双壳体潜艇适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

            从这张海区图可以清楚的看到,舟山周边海域深度是较浅的。  

   因此,以东海、北海潜艇部队的作战需求看,我国海军并不适合采用体积庞大暴露率高的超大型潜艇,而应该采用吨位小隐蔽性好的小吨位潜艇。但我国的南海海域深度较大海域广阔,需要大型潜艇作战。同时我海军还肩负突破一二岛链,将近岸防御向积极主动的近海防御战略转变的重任。再考虑到未来海军要承担保护海上交通线,我国潜艇吨位也就不能设计的过小,以免限制潜艇部队的远洋作战能力。所以,我国潜艇吨位设计所受到的各方面制约是较多的,只能在平衡各方利益的基础上选择走中间路线。即在满足海军潜艇部队远洋作战的前提下,也要尽可能的控制潜艇的水下满排吨位,以降低水下暴露率提高隐蔽性。在这样的现实条件下,提高我国潜艇耐压艇体容积,在整艇排水量中的比重就显得尤为重要。只有在有限吨位下,尽可能的扩大耐压艇体容积,才能够满足我潜艇部队既要小暴露率高隐蔽性,又要远航作战所需的大耐压艇体空间的多重作战需求

 双壳体潜艇适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

双壳体潜艇过大的水下全排吨位与我国海军作战环境以及作战需求是有冲突的,图为我国09-I型405号攻击核潜艇

   但是双壳体结构潜艇在这方面的弊端却是非常突出的。因为在同等吨位下大储浮的双壳艇,其耐压艇体容积要比小储浮的单壳艇耐压艇体容积小的多。所以,双壳艇的耐压艇体容积占整艇排水量的比重较小,没有单壳体艇的理想。以我国采用的传统小分舱大储备浮力的双壳体潜艇为例,储备浮力一般达到30%,水下全排水量比水上排水量高出近40%左右。个别战略核潜艇因为上层建筑空间大,这一比例甚至还要更高。举个实际的例子,假设我某型攻击核潜艇水上排水量与美国的688型洛杉矶级都为6000吨,那么单壳体的洛杉矶级在水下排水量大约是6927-7177吨左右。而我国采用双壳体设计后,其水下全排体积将达到惊人的8400吨之巨。这显然与我潜艇部队需要兼顾南北海域作战环境,尽可能提高耐压艇体容积在整艇排水量中的比重,并控制整艇水下满排吨位的作战需求是背道而驰的

双壳体潜艇适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

从这张东海海底地形图可以发现,在突入冲绳海槽前我潜艇航渡的区域位于东海大陆架上,该海域深度浅海底地形平坦,适合敌方航空、水面反潜作战,对航渡中的我潜艇威胁很大。吨位过大暴露率高的潜艇显然是不适合装备我海军潜艇部队的。

 对于要从青岛、大连、舟山等地东出黄海、东海作战的我潜艇部队,双壳体艇的水下全排体积过大是个很大的弊端。在战时面对日、美发达的联合反潜体系,我潜艇部队要在浅深度的大陆架沿海,进行长时间的隐蔽航渡是较为困难的。为了照顾东海和北海舰队潜艇部队的作战需求,降低潜艇出基地到达任务区航渡时的暴露率,控制国产潜艇的水下全排体积也就成了必要的手段。这样我国潜艇的水下吨位也就受到了较大的限制,但对于双壳体艇,降低水下全排水量后,势必将连带着减少宝贵的耐压艇体容积。而随着耐压艇体容积的减少,潜艇的武备携带量、人员生活空间、设备布置空间都要受到较大的影响,这将显著降低我国潜艇的火力打击密度和持续作战能力,这当然也是与我海军作战需求所相悖的。双壳体潜艇还适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

随着各国对潜艇综合作战性能要求的提升,新一代潜艇的吨位越来越大,英国最新的机敏级攻击核潜艇就比上一代特拉法尔加级大了近70%。

 根据目前世界潜艇的发展方向来看,吨位大型化已是必然趋势。因为,只有较大的耐压艇体容积,才能有足够的空间去携带更多的武器,并安装体积更大的水声设备,来提高潜艇的攻击威力和水声探测水平。而布置功率更大、自然循环效率更高的先进核动力系统和一些降噪设备,比如整体浮筏,整体减振模块也需要较大的耐压艇体空间。所以,国际上新一代潜艇的整体吨位都在显著的增大。我国的二代核潜和二代常规潜艇,以及最新的三代AIP混合动力潜艇的吨位增加幅度也非常可观。而将来,为了提高新型潜艇的综合作战能力,新项目的吨位增加幅度或许还会更大。鉴于这种趋势,双壳体潜艇固有的水下全排吨位大、暴露体积大、耐压艇体容积小的弊端,与我海军自身作战需求的冲突将越来越激烈。这些弊端在不改变壳体结构前,是难以得到根本性扭转的。要改变这个现状,唯有转变壳体结构形式,选择水下吨位小、暴露面积少、耐压艇体容积比大的单壳体结构,才能符合我国海军作战环境的特点和作战需求,同时也能更符合目前壳体结构发展的总体趋势。

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  前苏联海军坚持使用双壳体潜艇,和其特殊的作战环境有关。

当然,谈到壳体结构的选择方向,就不能不谈单、双壳体在不沉性上的巨大差异。早期以前苏联为首的潜艇设计流派认为,双壳体潜艇储备浮力大、抗沉性好、生命力强。单壳体艇因为储备浮力小,又采用大分舱结构,水下不沉性差生命力薄弱。所以前苏联坚定的选择了双壳体艇,但前苏联形成这种设计思想是有原因的。前苏联的海军基地大部分位于高纬度高冰海区,前苏联海军又特别重视在浮冰遍布的北冰洋下作战。单壳艇暴露的耐压艇体以及较差的水下不沉性,要在北冰洋执行任务确实是不如双壳体艇来得保险的。然而我国的三大海域和前苏联的高冰海域环境差异很大,我海军作战需求和前苏联也有着本质区别。所以,我国的潜艇壳体结构设计,应该更多考虑我海军自身作战环境特点和作战需求,进行灵活而务实的变革,而不该亦步亦趋的跟在前苏联的设计思想后面,几十年如一日的维持着双壳体结构。这种做法是过于保守和僵化的,也是对海军潜艇部队的作战需求不够重视的。

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前苏联庞大奥斯卡级巡航导弹核潜艇,随着对潜艇综合作战能力需求的增加,双壳体艇的水下吨位

会越来越庞大。

   还要强调的是,随着现代反潜技术的发展,双壳艇不沉性好生命力强的传统观点是需要重新定义的。因为,双壳艇良好的不沉性是在付出整艇水下全排吨位增加,湿表面积增加的巨大代价后才获得的。但湿表面积越大,潜艇的暴露面积越高,暴露面积越高则敌反潜平台和鱼雷的搜索、跟踪、识别的概率都会显著增加。以主动声纳为例,目标强度下降10分贝,则作用距离下降30%-40%。反之,目标强度增加,则主动声纳的作用距离有显著的增长。所以,水下湿表面积大的双壳体艇,在现代反潜作战环境中,隐蔽性上已远不如湿表面积小的单壳艇的。

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   消声瓦并不是双壳体艇的专利,图为美国688-I型攻击核潜艇,可以清楚的看到该艇表上敷设了消声瓦。

   或许很多人会提出双壳艇通过敷设消声瓦(039系列、二代核潜都在艇体上敷设了消声瓦)可以显著体降低艇体声波反射强度,改善双壳体艇的隐蔽性。但要明确敷设消声瓦并不是双壳体艇的专利,单壳体艇也具备同等的条件。在都敷设了消声瓦后双壳体艇水下全排吨位大,湿表面积大的弊端并不能得到改善。况且,为了对付敷设了消声瓦后的安静型潜艇。西方国家也很重视发展航空和水面舰船平台的主动声纳技术,来应对现代潜艇被动噪声越来越低的挑战。如英国的2031Z、法国的ACTAS拖曳线列阵都采用了主动声纳技术,美国在购买了ACTAS后也在积极的进行项目开发计划。这些拖曳线列阵的主动工作频率较低,可以达到500HZ-100HZ,而目前的复合消声瓦对入射频率低于1.4KHZ频率的声波衰减作用极为有限。因此,双壳体艇通过敷设消声瓦并不能改善水下暴露面积大的弊病。

   还要看到对我威胁最大的美国和日本就特别重视声纳技术的发展,比如日本新装备的OQS-21大型舰壳声呐,就特别重视提高低频主动工作模式下的性能。又如装备美国SH-60B、SH-60F的LAMPSMKIII系统的ALFS声纳系统,美、英、意大利合作的HELRAS声纳,都显著的提高了低频主被动工作性能。其中HELARS的主动工作频率降低到了1.2KHZ,水文条件较好的情况下工作距离达到了200KM。这些普遍装备西方国家反潜平台的新一代声纳系统,对于敷设了消声瓦的安静型潜艇的威胁是相当大的。水下暴露面积过大双壳体潜艇,在这些新型声纳面前犹如一个臃肿的胖子,其暴露率远比苗条的单壳体艇高的多。对于我国来说在美、日发达的反潜体系下,暴露率高的潜艇会招来连续的、不间断的海空联合攻击。在这种情况下,妄图依靠双壳艇拥有的一耐压舱室与相邻两主压载水舱进水不沉的能力,来提高作战潜艇的生存力是行不通的。 双壳体潜艇适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

                                                         意法联合研制的MU90鱼雷

   或许还有人会坚持认为,双壳艇因为耐压艇体外有外壳体保护,所以在作战中耐打击能力强,生存力还是要比单壳体艇高。然而这种幻想早在上世纪80年代后就已经破灭了。在上世纪80年代,西方为了有效打击前苏联大舷侧空间的双壳体潜艇,大力发展了新一代的反潜鱼雷。比如英国的鯆鱼、法国的鳝鱼、美国的MK50、MK54、意大利的A290、意法合作的MU90等新型鱼雷。这些鱼雷虽然是324口径的轻型鱼雷,但是纷纷使用了聚能战斗部、PBXN类高能炸药,能以90度垂直命中艇体,实现定向攻击目标。并在聚能方向上以常规装药爆炸威力的数倍乃至十多倍的威力,在奥斯卡这类拥有大舷侧空间的双壳体艇的耐压艇体上,冲开相当口径的孔洞。并伴有显著的射流后效,导致潜艇舱内大量进水难以挽救。这些鱼雷中的部分型号还具备末端攻击逻辑判别能力,能自我选择潜艇重要部位,比如指挥室围壳下方的中心指挥舱部位进行精确攻击,已达到让潜艇彻底丧失作战和行动能力的目的。

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   而西方一些533.4毫米口径的重型鱼雷,如美国的MK48-ADCAP系列、法国的F-17MODL系列、英国的旗鱼、德国的DM2A4、意大利的黑鲨,在技术状态上更为先进,战斗部攻击威力更大。在这些新型的鱼雷面前,双壳体艇通过外壳体保护耐压艇体的希望早已彻底破灭。而双壳体艇为了这个破灭的理想所付出的水下吨位过大,暴露面积过大的弊端却遗留了下来。显然,双壳体艇的固有优势在现代作战环境中已经被大大抵消,而旧有的弊端却被无限的放大。在这种形式下,各国纷纷抛弃了双壳体结构,连俄罗斯这个老牌双壳体艇建造国,也开始在拉达级潜艇上使用单壳体结构。我国如果继续坚持双壳体结构而不做变革,是与世界壳体结构的主流发展方向不相符合的,更是对我海军潜艇部队提高在未来战场上的隐蔽性和生存力十分不利的。

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          建造中的英国机敏级攻击核潜艇为单壳体结构 

  当然由于我国一直固守双壳体结构,现阶段进行壳体形式的转变,在设计和建造上都会带来一些困难。但是这些问题分要开来具体的对待,首先在艇体规范和结构设计计算规则上,单、双壳体结构是基本相同的。在主要的建造装配工艺上也没有本质的区别。我国又拥有丰富的潜艇建造经验,在现阶段进行壳体结构转变,无论是设计和建造上都是具备基本条件的。而建造单壳体艇一些比较突出的问题,比如单壳体的肋骨内置问题,采用大分舱结构后如何保障舱室总体稳定性问题,以及舱内框架肋骨上开孔后,框架肋骨的强度和稳定性问题等。都可以通过建造总体模拟段、模拟舱室等来积累相关的工程经验后解决。而在壳体转换过程中,也可以采取稳妥的两头并进方式,既发展成熟的双壳体结构潜艇,也同时进行单壳体艇的设计建造工作,通过十年的摸索积累,解决壳体转换后需要面临的相关工程问题的是可以做到的。目前我国经济条件较好,科研院所获得的经费较为充足,建造单位的施工水平也有了明显的提升,我国的第一代核潜艇09-I工程,在一穷二白三批斗的境地中都能搞出来,何况是现在这么优良的条件下去解决一个壳体结构上的工作呢?应该讲这是没有任何借口可以搪塞的。  

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不可否认单壳艇凭借较小的水下全排吨位,较小的艇体暴露面积,

未来严酷的反潜作战环境中是占据优势的,图为美国弗吉尼亚级攻击

核潜艇。  

   综合来看,自上世纪60年代至今,随着反潜技术的突飞猛进,潜艇依靠海水所拥有的隐蔽优势正在大幅度丧失。潜艇在现代反潜作战环境中的生存力,已经不能用传统的储备浮力大小,水下不沉性好不好来衡量。而应该以整艇的隐蔽性好不好,潜艇暴露率高不高来体现。在这点上水下环境作战和水面以及空间环境作战的趋势是相同的。要在未来战场中生存下来,不管是空中还是水下水上的作战平台,都必须通过提高隐蔽性,降低暴露率才能保证作战平台的生存力。考虑到潜艇在水下航行时艇体线型以满足水动力需要为主,像隐身飞机那样通过修改外形来减低暴露面积,达到隐身的目的较为困难。所以壳体结构的选择就显得更为重要,在这些方面暴露面积更小的单壳艇是有巨大优势的,而暴露面积大的双壳体艇是难以适应未来发达的反潜作战环境的。况且我国面对的是世界上最强大的日美反潜体系,如果不在壳体结构上作出改变,在未来战场上我海军潜艇部队的生存力是让人忧虑的。

 双壳体潜艇适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

                                            庞大臃肿的双壳体潜艇并不适合中国海军

   更不能忽视的是,在新世纪我国海军的远洋战略目标已经形成。海军未来的战略任务是突破第二岛链后,将我海上防御线外推,让我国获得充裕的海上战略防御纵深。同时为了保障我国能源和战略物资的需求,我海军还必须承担起保护我重要战略物资海上交通线的重任。为了达到这些战略目标,我海军已经开始建设以大型水面舰船为核心的海军远洋作战编队,我国的航母编队也已呼之欲出。作为海军重要的水下作战力量,潜艇部队也必须在发展战略上与海军的总体战略目标所一致。为了保障未来我航母编队远洋作战时的水下安全,必须编入一定数量的核动力潜艇。这就对我海军核潜艇的水下快速性、机动性和持续作战能力提出了相当高的要求。双壳体艇由于过大的水下储备浮容积,快速性差的弊端难以根本扭转。而我国核动力系统的性能又与国外差距相当大,要在短时期内通过提高我国核动力系统的性能,来改善我国核潜艇的快速性是不现实的。那么,转换壳体结构选择快速性好的单壳体潜艇来代替双壳体潜艇,就从项目可行度和效费比上有着较大优势,而这也是满足海军作战需求的最好捷径。

双壳体潜艇还适合中国海军吗? - 小马 - LostAngel的潜艇博客

    苗条的单壳体艇更符合我潜艇部队的作战需求和作战环境  

   因此,我国如能学习美国在上世纪五十年代末的做法,根据海军战略目标的调整,在壳体结构上作出重要的转变,彻底放弃弊端越来越突出的双壳体艇,选择各方面都符合我海军作战需求的单壳体艇,就会是一个非常明智的选择。而从我海军远期战略目标规划来看,我国潜艇壳体结构的转型也已迫在眉睫。为了保证海军实现未来战略目标,我国潜艇壳体结构必须在大型水面舰船编队组成之前完成转型工作。否则一旦目前宝贵的转型准备时间丧失,我海军潜艇部队因为装备性能的制约,将极有可能影响海军未来航母编队的作战能力,影响海军总体战略部署的顺利达成。从这个层面考虑,我国潜艇壳体结构的转变已经比任何一个国家都要迫切了。

 

 

  由于本文涉及到潜艇单、双壳体结构的性能差异及其利弊特点,为方便阅读本文,相关详细内容请查阅另一篇博文《浅述潜艇单、双壳体结构的差异与利弊》,下方链接为该篇博文链接地址。

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