深度:浅析中国未来常规潜艇发展的四大关键技术

2014年03月27日 16:01  新浪军事 微博 收藏本文
资料图:中国039B型常规潜艇 资料图:中国039B型常规潜艇

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  随着美国重返亚太战略的实施,人民海军已经面临现实而紧迫的潜艇反潜作战任务。美国新近服役的弗吉尼亚级核潜艇,凭借较高的隐蔽性和优秀的频海作战性能,已具备进入我大陆架区域,用射程达1600至2500公里的战斧导弹,对我国沿海乃至内陆的重要政治(包括北京)、经济、工业核心城市与军事区域,进行战略战役打击的能力,这对我国的国防安全已造成重大威胁。目前,我国在发展常规潜艇进行近海作战的道路上已经取得了巨大进步,先后研制和生产了039A、039B型潜艇,这些潜艇具备优良的作战性能,但面对美制核潜艇,如何进行浅海伏击作战作战就成为一个尖锐的问题。小堆AIP技术、拖曳线列阵声呐技术、X舵技术和先进减振浮筏技术是目前国际主流先进常规潜艇的标准配置,对发展我国下一代常规动力潜艇具有重要意义。

  现代常规潜艇的小堆AIP技术

  现代战争更加依赖于具有最大限度隐身能力的潜艇,而潜艇的隐身能力主要取决于潜艇动力装置的配置。上世纪80年代以来,发达国家纷纷开展潜艇改造研究,以避免常规潜艇通气管状态的使用、增加水下续航行时间、降低暴露率、提升其战术水平,发展了由不依赖空气推进系统(Air Independent Propulsion,AIP)给潜艇提供辅助动力的设计理念。常规燃料AIP技术包括闭式循环柴油机、斯特林发动机、自主式潜艇能源系统、燃料电池等装置。小堆AIP技术是在常规潜艇上增设一套小型化的核动力装置,提供水下航行动力,构成柴电与小堆核电组合的动力系统,即小堆AIP系统。通常情况下,潜艇由蓄电池组或柴油发电机组供电;长时间水下潜航时,由AIP系统供电,使电机在低速工况下运行,并给蓄电池组充电,高速航行时由AIP系统与蓄电池组并联供电。

资料图:闭式循环柴油机AIP系统 资料图:闭式循环柴油机AIP系统

  随着科学技术的发展,潜艇的核动力装置小型化已有阶段性的突破,且适用于小堆AIP系统的小型核动力装置,因其一回路循环泵的功率远小于压水型反应堆一回路主泵功率,发电机与蒸汽透平直接连接而不采用减速齿轮,航行噪声已不突出;加之低功率小型反应堆技术比标准型压力反应堆技术简单,要求也不苛刻和严格,柴电与小堆核电组合动力潜艇的造价和技术复杂性也将大大低于核潜艇。可以预见,小堆AIP技术是很有发展前途的技术方案,一旦装备潜艇后,将会使现代常规潜艇的攻防作战能力大幅提升,而且,随着核动力技术的日趋成熟,小堆AIP技术将更加完善,其应用前景将更为广阔。

  目前,我国清华大学的HTR-10高温气冷堆于2003年并网发电。高温气冷堆技术的日趋成熟,各国对其潜用化技术改造后,将成为常规潜艇小堆AIP系统的主要堆型之一。据分析人士称,上世纪90年代以来,我们开始对小堆AIP技术开展预先研究,先后攻克了多项关键技术,目前,我国已经具备试验样堆上艇实验的能力,下一步就是验证试验堆的实际能力,为早日装备奠定坚实的基础。

拖曳线列阵声呐技术资料图:拖曳线列阵声呐

  拖曳线列阵声呐技术

  拖线阵因为工作频率低、探测距离远,探测安静型目标仍具备技术优势和良好的发展前景。现在的一些潜用战术拖线阵,最低工作频率可达10HZ左右,最大探测距离也可达180公里。现代安静型潜艇虽然通过诸多静音手段,有效削弱数KHZ频率上的连续谱和部分离散线谱的强度。但受到当前减震降噪技术的限制,在较低频段上的潜艇自噪音还是很难得到削弱。工作频率低的拖线阵,可以在较远距离上,检测并跟踪现代安静型潜艇。而且,窄带低频线谱还具有个体性,即每艘潜艇的低频线谱存在差异,利用这一特性拖线阵对安静型潜艇进行远距探测和识别,也是一个重要的技术发展方向,这将为潜反潜作战带来巨大的作战优势。

  拖线阵因为工作频率低、探测距离远,探测安静型目标仍具备技术优势和良好的发展前景。现在的一些潜用战术拖线阵,最低工作频率可达10HZ左右,最大探测距离也可达180公里。现代安静型潜艇虽然通过诸多静音手段,有效削弱数KHZ频率上的连续谱和部分离散线谱的强度。但受到当前减震降噪技术的限制,在较低频段上的潜艇自噪音(比如低频窄带线谱)还是很难得到削弱。工作频率低的拖线阵,可以在较远距离上,检测并跟踪现代安静型潜艇。而且,窄带低频线谱还具有个体性,即每艘潜艇的低频线谱存在差异,利用这一特性拖线阵对安静型潜艇进行远距探测和识别,也是一个重要的技术发展方向,这将为潜反潜作战带来巨大的作战优势。

  我军常规潜艇都应该配备性能较好的拖线阵,一则可以提高水声探测水平,为将来南海重点海域的水下作战做准备。二则也可以消除尾部盲区,尽量避免因为尾部监听盲区的存在,而导致和平时期被跟踪,战争爆发后被攻击的恶果。总而言之,装备拖线阵是潜艇提高水声探测水平的发展趋势,人民海军潜艇要提高水下探测能力,必须加大拖线阵的装备研发力度。

资料图:德国212型潜艇采用了X舵技术资料图:德国212型潜艇采用了X舵技术

  X舵技术

  X舵是指四个尾舵呈X型正交布置,舵轴中心线与艇纵中对称面呈一定夹角的分离式尾舵。与常见的十字舵相比,X舵造型独特,公开的资料又少,大家对其了解不多,所以总给人一种神秘感。加之X舵早期仅在荷兰、瑞典的几型常规潜艇上使用,使用范围小装备的潜艇也少,与随处可见的十字舵相比也就显得较为另类。但近年来X舵在新型潜艇中的流行速度却非常快,如澳大利亚的科林斯级、以色列的海豚级、瑞典于1996年服役的哥特兰级、德国在2003年建成的212A型、日本2005年投入现役的苍龙,乃至法国正在建造的梭子鱼级核潜艇,都无一例外的采用了X舵。X舵被这六型潜艇采用,长期以来,我国潜艇的尾舵一直跟随苏俄的设计,采用十字尾舵较多。目前,我国已经开展了X舵技术的试验样机工作,未来很可能安装在正在研制的第四代某新型潜艇上。

  X舵的四个舵面布置在潜艇尾部的对角线上,舵面可取得最大展长,舵操纵面的操纵能力和效率高。意味着在航速相同、舵角相同的情况下,装备X舵的潜艇纵倾角和深度变化率要更大,在各种航速下的垂直面和水平面机动性上也均比十字舵优秀。此外,在吨位相同线型和动力水平接近的条件下,潜艇使用X舵比使用十字舵更能改善潜艇的快速性。

  对于一艘潜艇而言,拥有良好的水下机动性,有着非常重要的意义。因为在潜艇攻击过程中,良好的机动性可以帮助潜艇快速占领射击阵位,达到先敌攻击的战术要求,大大提高潜艇的攻击成功率。而在潜艇面临敌方反潜威胁中,更小的水平回转半径,更大的变深性能,都能帮助潜艇提高规避率,增强潜艇的生存能力。特别是在面对敌鱼雷攻击中,X舵潜艇可以利用较小的回转半径结合更大的变深速率,做出水平和垂直面结合的大机动动作,帮助潜艇快速脱离鱼雷声纳跟踪锥角,摆脱敌鱼雷的跟踪追击。所以,X舵与传统的十字舵相比,在攻击能力、规避能力上的优势也非常突出。而同样的潜艇,在装备X舵后在水下战术性能上显然会比装备十字舵更优异。

  X舵在静音性上的优势。根据以往经验表明,装备十字舵等舵效低的潜艇,在低速下为保持艇位需要频繁的操纵尾舵,由于舵装置具有连续工作的特点。另外,X舵因为舵效高操纵性好,易于保持或者改变潜艇在各种航速下的运动状态,所以降低了操舵频率,减小了潜艇低速下的操舵噪音,对于改善潜艇低速下的静音水平有较大帮助。为缩小我国潜艇与国际先进水平的差距,并改善和提高我国常规潜艇的机动性、安全性、静音性能,扩大我国潜艇部队在周边大陆架浅水区域的作战能力。我国也必须跟上国际研发的步伐,加大对X操纵面的研发力度,为将来新型潜艇特别是新型AIP混合动力潜艇,早日装备性能优异的X舵打下坚实有力的基础。

资料图:减震浮筏技术能降低机械噪声资料图:减震浮筏技术能降低机械噪声

  先进减振浮筏技术    

  减振浮筏技术是一种可以全面降低潜艇艇机械噪声的高新技术,美国海军秘密研制该项技术时间长达20余年,终于在90年代初取得了突破性的成果,从而开辟了潜艇降噪的新途径所谓减振浮筏,就是把潜艇内以主机为首的可能产生噪音的绝大多数设备安置在一个象筏形的基座上,这个筏形基座一般由减振橡胶或双弹性材料制成,筏形基座与潜艇的艇体也不再是刚性连接,而是采用了柔性性连接方式。与主机相连的各种管道和电缆等均采用波纹管或缓动件,桨轴与主机之间则采用弹性联轴节,再加上主机外壳履盖的隔音层,主机及其他设备的工作噪音的绝大部分就不会再通过基座传到潜艇艇体上,从而潜艇向它周围的海水辐射出去的噪音大幅度地降低。据称,采用减振浮筏技术可使潜艇的机械噪声降低20~30分贝。美军最新型的“海狼”级攻击型核潜艇及英国的“特拉法尔加”级攻击潜艇,都采用了减振浮筏技术。我国自上世纪80年代开始研究先进减振浮筏技术,目前039B型改进潜艇上已经开始使用,正在研制的新一代先进减振浮筏技术正在进行技术攻关。

资料图:中国032型常规潜艇应用了很多最为先进的技术资料图:中国032型常规潜艇应用了很多最为先进的技术

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