出航 -- 奥斯卡级核潜艇
本系列第①篇提到,潜艇可按动力分为常规潜艇、核潜艇。潜艇分类标准多多,本篇将介绍另外一种,根据耐压壳体结构将潜艇分为单壳体潜艇、双壳体潜艇或混合结构。在信息比较闭塞的90年代,小编曾傻傻地以为下图这样,一个管子不够粗,两个管子(耐压壳)并一起,外面罩上非耐压壳,才是双壳体。
拆解中的台风级核潜艇
这显然是误读。究竟什么是单壳体,什么是双壳体?空说无凭,立图为证。下图是2艘建造中的潜艇,左边是双壳体结构,右图是单壳体结构。如采用单壳体结构,看到的中段艇体就是耐压壳体;如采用双壳体结构,耐压壳体外还有一层轻外壳,两层壳体之间安排了主压载水舱、燃油舱、燃油压载水舱、浮力调整舱等,内圈(耐压壳)直径较外圈直径(艇宽)小1.6-2米,艇内空间被压缩。
近几代西方潜艇坚持采用单壳体结构,苏联潜艇则偏好双壳体。当然也有例外,日本和德国的常规潜艇开始采用混合结构,如德国的212A型,前部是单壳体,后部则采用双壳体,主要目的是要在耐压壳体外布置AIP动力所需的贮氢钢瓶。
德国212型常规潜艇
如果说航空发动机是工业皇冠上的明珠,大国重器潜艇堪称明珠旁的宝石。总体而言,单壳体潜艇技术要求更高,更符合大趋势。俄罗斯阿穆尔级常规潜艇形似基洛,但因内部结构从双壳体变为单壳体,实乃脱胎换骨。
二战时,各国潜艇技术相近,均采用鞍形结构,水柜悬挂在艇体两侧。二战后,东西方阵营潜艇设计走上不同道路,苏联发展双壳体潜艇主要是因为工艺难度相对较低。苏联给我们留下的传统印象是重工业发达、轻工业落后,其实在重工业的尖端领域,还有电子信息技术方面,苏联也与西方有着不小差距。
苏联坚持采用双壳体是务实之选
生产单壳体潜艇,需要把又厚又硬的特种钢板,加工成带复杂曲率的线型,焊接成舱段后,再将舱段组合焊接,还要处理好耐压壳体上各种开口,这对加工精度要求非常高。纯水滴线型潜艇如采用单壳体结构,制造尤为困难,所以美国大青花鱼、长颌须鱼级潜艇,日本涡、夕、春潮级均采用双壳体结构。但后来,美国潜艇开始采用拉长水滴线型,日本潜艇采用雪茄线型,单壳体结构成为最终选择。
台风级内部2个主耐压壳体 外形规整 直径有限 建造难度较低
单壳体结构的难度不仅体现在钢板加工,由于环形抗压肋骨内置,电缆、管线必须进行穿肋作业,增加了工艺难度。单壳体潜艇,耐压壳体外面没有任何保护,碰撞后耐压艇体容易破损导致舱室进水,表面的声呐设备也容易损坏。西方潜艇尚可接受,对于习惯“奉命撞击你舰”的战斗民族,抗击打能力很有必要。Just a joke,苏联潜艇常年活跃在北极圈,对抗浮冰、冲破冰层是设计时必须考虑的因素。
双壳体潜艇建造工艺简单一些,内部耐压壳可以选择易于生产的形状(如上上图的台风级),再罩上板材较薄的非耐压“整流罩”。80年代的苏联,高精度数控车床尚需克格勃“进口”(【东芝事件】),双壳体既容易实现,也能解决问题,何乐而不为~到了苏联潜艇巅峰之作“台风级”,为装下20枚巨大的固体弹道导弹,不得不采用2大3小耐压壳体捆绑、中间插导弹的结构,将系统工程思想发挥到极致。当然也可以换个说法,“技术不够、吨位来凑”。
问题1:双壳体潜艇动力性能差。两层壳之间充满海水,潜艇会变成运水车。同等水下排水量,双壳体潜艇内部空间要小不少;同等内部空间,双壳体潜艇直径要大一圈(2米以上),航行阻力更大,航速必定受影响。对于潜艇来说,航速指标意义重大,玩过《猎杀潜航》的军迷定有体会,航速决定潜艇能否及时到达指定地点、能否抢占攻击阵位、能否逃避反潜追剿、能否伴随航母战斗群作战,等等。
问题2:双壳体潜艇不利于隐身。双壳体潜艇非耐压、非水密部位容积小,潜艇表面需设置的开口少,更为光顺。这有利于减小阻力,也有助于控制高航速下的流体噪音,降低被发现概率,对本艇声呐干扰也更小。
缺点1:抗沉性差。一是双壳体潜艇毕竟多了一层外壳,如同坦克披挂装甲,抵御爆炸能力高于单壳体潜艇。但这也仅仅是理论上,现代反潜鱼雷装有聚能战斗部和高能爆破装药,采用侧瞄基阵能保证鱼雷垂直命中艇体,即使是奥斯卡、台风级这样的双壳体巨无霸也难以招架。
奥斯卡级核潜艇在两层壳体间安装了巨大的“花岗岩”超音速反舰导弹
鉴于此弹威胁巨大 北约给它起了个绰号“海难”
二是单壳体艇的主压载水舱少,且布置集中(首部、尾部)。首尾同时受损,潜艇立刻失去全部储备浮力。首尾一组压载水舱失去水密性,潜艇容易失去纵向平衡,变成首倾或尾倾,潜艇要以正常姿态回到水面几乎不可能。如果潜艇高航速时出现首倾,容易迅速掉深,导致可怕后果。
下潜中的洛杉矶级核潜艇 喷出的气泡印证主压载水箱在首和尾
缺点2:操作要求高。如上所述,单壳艇主压载水舱少且分散,在上浮、下潜和潜航过程中,艇体平衡实现困难,对潜艇操纵的自动化、艇员素质均有较高要求。
艇体从前至后长条状凸起就是拖曳声呐整流罩
缺点3:设备布置困难。现代潜艇在静音方面狠下功夫,水下噪音已经逼近90分贝这一海洋背景噪音。为提高反潜探测能力,潜艇普遍装有拖曳声呐阵列和舷侧声呐,双壳体潜艇可充分利用两层壳体缝隙布置设备,单壳体潜艇就麻烦多了。
印度鲉鱼级潜艇下水 侧面凸起的是舷侧声呐
单壳体潜艇舷侧声呐凸出、暴露在外,不能像双壳体潜艇一样,布置在外壳内侧或耐压壳外侧,停泊、遇浮冰时容易碰撞受损。拖曳声呐绞盘安放也是挖空心思,洛杉矶级核潜艇表面从头到尾贯穿了一根细长型整流罩,就是为布置拖曳声呐不得已为之。尾部没有空间,绞盘只能布置在艇首耐压与非耐压壳之间,线阵穿过整流罩从艇尾释放。
很遗憾,中国潜艇全部是双壳体!明眼人都看的出来,中国潜艇受苏联影响很深,有现成可靠技术不学是傻子,这没有什么!可喜的是,学生很多地方已经超过了师傅。中国在高屈服度特种钢、船用卷板机、高精度焊接方面都有突破,成功建造了第一艘国产航母就是例证,航母甲板钢材完全可以满足潜艇需要,新一代核潜艇在耐压壳体直径应有新突破。
大型数控船用卷板机至关重要
中国在外贸市场推出了MS200、MS600和S1100等多款单壳体潜艇,为验证技术可靠性,还生产了单壳体试验潜艇,据说某新型常规潜艇第3艘开始就试用了单壳体结构,095型攻击核潜艇也计划采用球柱组合-混合壳体结构。新型潜艇,未来可期!