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細(xì)說潛艇(2)- 潛艇圍殼

 fairyfail 2022-05-12
本文是《艦船知識(shí)》約稿的潛艇專欄文章,有部分內(nèi)容摘自之前寫過的潛艇文章,為了不影響本文的整體性予以保留,又添加了不少圖片資料。



自1901年服役的第一艘現(xiàn)代潛艇“霍蘭”號(hào)開始,所有軍用潛艇都安裝有凸出于艇體的圍殼,它不僅僅是一個(gè)出入通道,更起到了水面指揮工作臺(tái)、武器平臺(tái)、潛望鏡整流罩、水下垂直安定面等多種作用。
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> 英國(guó)皇家海軍的第一艘潛艇“霍蘭-I”
在一百多年的潛艇發(fā)展過程中,圍殼也在不斷進(jìn)化,從開放式變成封閉式,從一個(gè)簡(jiǎn)單的外罩變成高科技設(shè)備聚合體,為潛艇發(fā)揮出戰(zhàn)斗力提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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二戰(zhàn)時(shí)代的圍殼
從一戰(zhàn)到二戰(zhàn),潛艇的布局和作戰(zhàn)模式?jīng)]有太大的變化,只是噸位更大、武器更多。當(dāng)時(shí)的柴電潛艇受到動(dòng)力和探測(cè)手段的限制,航渡、搜索、追擊、后撤基本都以水面航行為主,只有通過無線電偵聽測(cè)向或者日間目視發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后才下潛占領(lǐng)陣位,以潛望鏡瞄準(zhǔn)發(fā)動(dòng)直航魚雷攻擊,或者在遭到對(duì)方反潛兵力圍堵時(shí)下潛規(guī)避(參見戰(zhàn)列艦三國(guó)志 -“金剛”號(hào)(4)向覆滅轉(zhuǎn)進(jìn)(上)- 巴拉望海戰(zhàn)一節(jié))。如果遇到弱武裝的輔助艦船或者無武裝的民船,更喜歡上浮用甲板炮摧毀對(duì)手以節(jié)省寶貴的魚雷。
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這時(shí)期潛艇線性首先考慮的還是減小水面航行阻力,圍殼在上浮后不會(huì)產(chǎn)生阻力,所以建得寬大一些并沒什么影響;而水下依靠蓄電池推進(jìn)的航程和速度都極其有限。以二戰(zhàn)德國(guó)產(chǎn)量最大的VIIC型U艇為例(1940-1945年間共建造568艘),水面最高航速為17.7節(jié),10節(jié)時(shí)的續(xù)航力高達(dá)1.57萬公里;水下則只有7.6節(jié),4節(jié)時(shí)的續(xù)航力為150公里,這樣低的水下速度圍殼阻力大點(diǎn)也無所謂了。

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當(dāng)時(shí)的潛艇內(nèi)部結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代潛艇有一個(gè)外觀上看不到的區(qū)別,就是在艇體中部有一個(gè)突起的指揮臺(tái),英文名稱是Conning tower,和戰(zhàn)列艦上的司令塔類似,里面布置潛艇指揮控制系統(tǒng)和潛望鏡的基座。這個(gè)指揮臺(tái)是從早期潛艇的圓柱形指揮塔衍化而來的,尺寸變大,和艇體艙室聯(lián)通,也是耐壓水密結(jié)構(gòu)。受到材料和技術(shù)限制,當(dāng)時(shí)的潛艇耐壓殼直徑較小,VIIC型僅為4.74米,潛望鏡的長(zhǎng)度也不能造得過長(zhǎng),于是只好讓指揮臺(tái)突出艇體增加可用高度,增大潛望深度。在指揮臺(tái)下方的艇體內(nèi)還有更大的指揮控制艙。
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在指揮臺(tái)外圍安裝的整流罩就是指揮臺(tái)圍殼了,它后來逐步變成兩層結(jié)構(gòu),指揮臺(tái)被埋在下層圍殼里,圍殼本身是非耐壓的透水結(jié)構(gòu)。圍殼上層是開放式的艦橋,三面有擋板,安裝了磁羅經(jīng)、探照燈、測(cè)向天線、通信天線等設(shè)備,供水面航行時(shí)展開瞭望、導(dǎo)航、信號(hào)、指揮作業(yè),避免甲板上浪侵襲。圍殼上梯級(jí)配置有輕型高炮,數(shù)量越裝越多,口徑越來越大,整個(gè)圍殼也越加越寬以容納更多艇員同時(shí)操作,猶如一座碉堡。
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德國(guó)在二戰(zhàn)期間設(shè)計(jì)的XXI型柴電潛艇是世界上第一種以水下航行為主潛艇,具有更加符合流體力學(xué)的流線型艇體,指揮臺(tái)圍殼也首次全封閉化,取消了甲板炮改以魚雷作為唯一的主要武備,僅保留了圍殼頂部前后的兩座30毫米高射炮自衛(wèi),而且都安裝在低矮的炮塔內(nèi)。出色的減阻設(shè)計(jì)令它的水下速度達(dá)到IX型的2倍,從7.2節(jié)猛增到15.2節(jié)。
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在此之前德國(guó)海軍通過繳獲的2艘荷蘭潛艇已經(jīng)掌握并開始運(yùn)用通氣管,而XXI型首次將通氣管集成在圍殼內(nèi)部,減少了阻力,提高了通氣管航行速度。在通氣管頂部還安裝了偶極天線作為最早的雷達(dá)告警系統(tǒng),以便在被對(duì)手的機(jī)載或艦載水面搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)前及時(shí)下潛。
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XXI型潛艇在設(shè)計(jì)完成之前就匆匆投產(chǎn),于二戰(zhàn)末期以模塊化方式大量建造了118艘,但因?yàn)閲?yán)重的質(zhì)量缺陷只有2艘投入實(shí)戰(zhàn),沒有取得任何戰(zhàn)果。但它先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念被戰(zhàn)后獲得該艇的多個(gè)國(guó)家所繼承,成為美國(guó)、蘇聯(lián)、英國(guó)、瑞典等國(guó)新一代潛艇的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),我國(guó)源自蘇制W級(jí)的03型潛艇上也仍然能夠間接看到它的身影。
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> 1957年交付中國(guó)海軍的03型潛艇
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現(xiàn)代圍殼的流派
二戰(zhàn)后潛艇建造技術(shù)迅速發(fā)展,美蘇潛艇先后跨入核動(dòng)力時(shí)代,耐壓殼體直徑增大、潛望鏡長(zhǎng)度增加后繼續(xù)保留凸出的指揮臺(tái)已經(jīng)沒有必要。1956年開工建造的“特里頓”號(hào)雷達(dá)哨潛艇是美國(guó)最后一艘安裝指揮臺(tái)的潛艇,其它國(guó)家也相繼取消了這一過時(shí)的設(shè)計(jì)。
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“特里頓”號(hào)非常特殊,是迄今為止西方唯一一艘安裝兩臺(tái)核反應(yīng)堆的潛艇,也是當(dāng)時(shí)西方最大、最長(zhǎng)、最昂貴的潛艇,水下排水量7898噸,長(zhǎng)達(dá)136米,直到“俄亥俄”級(jí)(長(zhǎng)170米)服役才打破它的長(zhǎng)度紀(jì)錄。它在服役后的試航期間就完成了世界上第一次水下環(huán)球航行。

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> “特里頓”號(hào)遵循當(dāng)年麥哲倫的足跡進(jìn)行的環(huán)球航行,代號(hào)“噴沙行動(dòng)”,歷時(shí)60天21小時(shí),航程49491公里,平均航速18節(jié)

“特里頓”號(hào)擁有美國(guó)潛艇中尺寸最大的圍殼,長(zhǎng)21米,高7.3米,寬3.7米。之所以造得如此巨大是因?yàn)樵趪鷼?nèi)安裝了一部可伸縮的AN/SPS-26三坐標(biāo)對(duì)空搜索雷達(dá),在沒有艦載預(yù)警機(jī)的歲月里前出充當(dāng)艦隊(duì)的雷達(dá)哨提供早期預(yù)警。
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不過服役僅僅2年后第一代艦載預(yù)警機(jī)E-1“追蹤者”就問世了,雷達(dá)哨潛艇迅速退出海軍舞臺(tái),“特里頓”號(hào)改為攻擊型潛艇并且在10年后匆匆退役,成為美國(guó)第一艘退役的核潛艇。
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> “特里頓”號(hào)圍殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)
這時(shí)期東西方潛艇的設(shè)計(jì)逐漸分道揚(yáng)鑣,形成美蘇兩大流派,具有濃厚地域特色的歐洲潛艇則衍化出第三條道路,中國(guó)潛艇總體承襲蘇式又有自己從創(chuàng)新,是除此之外的第四條道路,相應(yīng)的圍殼設(shè)計(jì)也是如此。
【 流線型俄式圍殼 】
前蘇聯(lián)建造的潛艇無論是攻擊型還是戰(zhàn)略核潛艇、巡航導(dǎo)彈核潛艇都采用雙殼體、小分艙的布局,不過圍殼的設(shè)計(jì)區(qū)別很大。
第一代N級(jí)攻擊核潛艇的艇體為雪茄型,最初設(shè)計(jì)目標(biāo)是攜帶長(zhǎng)24米、口徑1550毫米、配備核戰(zhàn)斗部的T-15超級(jí)魚雷(有點(diǎn)類似如今的“波塞冬”核魚雷)。它的線型由第45中央科學(xué)研究院和莫斯科茹科夫斯基中央空氣動(dòng)力研究院設(shè)計(jì),圍殼相當(dāng)?shù)桶柿骶€型,從頂部到后緣全部都是圓滑的曲線過渡,沒有任何棱角,以降低航行阻力。
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從第二代V級(jí)開始艇體改為水滴型,三元流線型圍殼的尺寸逐步增大,前緣采用S型曲線,后緣為平緩角的圓弧型,連側(cè)面都帶內(nèi)傾與艇體圓滑過渡,和戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋類似,水動(dòng)力特性非常優(yōu)秀。但是第三、第四代攻擊核潛艇的圍殼長(zhǎng)度相當(dāng)大,幾乎占到艇長(zhǎng)的1/5-1/4,增大的濕表面積也會(huì)帶來額外的阻力。作為潛艇上最大的附件,圍殼對(duì)水下運(yùn)動(dòng)的影響很大,德制209型潛艇為例,其圍殼只占濕表面積的8.84%,高速航行卻能產(chǎn)生12.71%的總阻力。

唯二的例外是全鈦合金攻擊核潛艇“麥克”級(jí)和“塞拉”級(jí),它們都具有試驗(yàn)性質(zhì),前者是世界上下潛深度最大的核潛艇,試驗(yàn)中達(dá)到1020米的深度;后者以獵殺戰(zhàn)略核潛艇為主要任務(wù),航速和下潛深度在同時(shí)代處于領(lǐng)先水平。“麥克”級(jí)的圍殼和美式潛艇比較接近,側(cè)面投影為長(zhǎng)方型,寬度較窄。

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> “麥克”級(jí)俯視圖
“塞拉”級(jí)的圍殼卻非常寬大,和巡航導(dǎo)彈核潛艇類似,但這并不妨礙它達(dá)到水下34節(jié)的高航速。
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> “塞拉-II”型的巨大圍殼
俄式巡航導(dǎo)彈核潛艇和彈道導(dǎo)彈核潛艇的圍殼也大多是這種“枕頭面包”的形式,尺寸龐大,例如“奧斯卡”級(jí)的圍殼長(zhǎng)度達(dá)到了29米,“臺(tái)風(fēng)”級(jí)圍殼連同下面半埋的指揮艙高9.6米,形如一座海上城堡。
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> “臺(tái)風(fēng)”級(jí)的巨大圍殼,前部艇員站立的位置腳下是一個(gè)整體逃生艙
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圍殼之所以造得這么大有3個(gè)主要原因:
一是圍殼前上方設(shè)有帶舷窗的水面操舵室,蘇聯(lián)潛艇常年在風(fēng)雪交加、海況惡劣的高緯度海區(qū)進(jìn)行離靠港、通過狹窄水道等必需的水面作用,密封的水面航行艦橋非常必要。
二是前蘇聯(lián)/俄羅斯的電子、機(jī)電水平較低,潛望鏡、通信天線、雷達(dá)等設(shè)備體積龐大,而且集成度不高,一具升降裝置往往只具備單一功能,相應(yīng)的圍殼也只能越造越大。

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> 勘察加半島冰峰下的“阿庫拉”級(jí)

三是基于設(shè)計(jì)習(xí)慣,在圍殼中集成了可以從極限深度上浮到海面的整體式漂浮救生艙,一次可供數(shù)十名艇員在不減壓的情況下迅速逃生,但是占用了很大的空間。

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> “麥克”級(jí)釋放逃生艙的示意圖

彈道導(dǎo)彈核潛艇的圍殼中也有異類,那就是最新一代“北風(fēng)之神”級(jí)。它刀片狀的圍殼相當(dāng)窄小,而且呈倒梯形,前緣內(nèi)傾,后緣垂直,其目的是理順流經(jīng)圍殼的水流,減少絮流對(duì)后面垂直發(fā)射裝置的干擾。這種圍殼構(gòu)型在蘇聯(lián)核潛艇中并不罕見,之前的Y級(jí)改進(jìn)型攻擊潛艇、P級(jí)巡航導(dǎo)彈潛艇以及多型常規(guī)動(dòng)力潛艇都有這樣的設(shè)計(jì)。
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不過在最新的“北風(fēng)之神A”型上圍殼前部又改為帶填角的垂直前緣了,以進(jìn)一步降低水動(dòng)力噪音。
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直壁型美式圍殼 】
美國(guó)潛艇圍殼走了另一個(gè)極端,盡量縮小體積,寬度極窄,橫截面呈機(jī)翼形狀,相對(duì)高度較大,前后緣均垂直于艇體?!伴L(zhǎng)尾鯊”級(jí)擁有美國(guó)潛艇中最小的圍殼,長(zhǎng)6.6米,高4.6米,寬度只能容并排容下2人,小圍殼是為了補(bǔ)償艇體拉長(zhǎng)后增加的阻力。
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美式電子設(shè)備體積非常緊湊,例如衛(wèi)通天線罩的直徑就比俄式設(shè)備小一半以上,在圍殼上可以分兩列密級(jí)布置,圍殼的長(zhǎng)度非常短,只有俄式圍殼的1/3到1/4。這樣的造型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低,適于大批量建造。美制戰(zhàn)略核潛艇的圍殼也采用了基本相同的設(shè)計(jì)。
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翼形圍殼也有一大缺點(diǎn)就是高速回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生橫向力矩,容易導(dǎo)致艇體翻滾。這一問題在“洛杉磯”上尤為明顯,以致美國(guó)海軍不得不限制其回轉(zhuǎn)速度,降低了機(jī)動(dòng)性。
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從“海狼”級(jí)開始在圍殼前部和艇體相交的位置安裝了填角,以延緩馬蹄渦的產(chǎn)生,均勻流場(chǎng),降低嗓聲,這也成為新一代核潛艇的標(biāo)配。到“弗吉尼亞”級(jí)改用復(fù)合材料制造填角,減重2268公斤,節(jié)約造價(jià)15萬美元。
潛艇在水下十幾米的近海面深度航行時(shí)艇體及圍殼會(huì)與海面波浪及淺層水流形成相互干涉,水動(dòng)力環(huán)境比“干凈”的深水區(qū)復(fù)雜很多。高速水流向圍殼兩側(cè)流動(dòng)時(shí)因?yàn)閴毫ψ兓纬伞榜R蹄渦”,外形規(guī)整的常規(guī)圍殼在這種湍流有規(guī)律的敲擊下會(huì)受激產(chǎn)生特定頻率的噪聲,增大被聲納發(fā)現(xiàn)的幾率。
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包括俄羅斯在內(nèi)的新一代核潛艇都顯示出圍殼前移的趨勢(shì),盡量遠(yuǎn)離潛艇的重心,增大力矩,從而能夠縮小圍殼的尺寸,減小聲納反射面積,降低阻力和流體噪音,這是所有潛艇設(shè)計(jì)師夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。
最理想的情況當(dāng)然是取消圍殼,像魚雷那樣光滑,蘇聯(lián)、美國(guó)、法國(guó)都曾經(jīng)做出過嘗試,沒有安裝圍殼,只在水面航行時(shí)升起一個(gè)小型控制臺(tái),但這些設(shè)想都過于超前,以當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平并不現(xiàn)實(shí)。
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> 蘇聯(lián)在60年代設(shè)計(jì)的全鈦合金673型潛艇
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> 美國(guó)在60年代末研制的CONFORM潛艇,作為“洛杉磯”級(jí)的一個(gè)概念性備選替代方案
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> 法國(guó)海軍集團(tuán)在2020年公開的未來無圍殼隱身潛艇方案 - SMX31
如果沒有圍殼,潛望、通信、通風(fēng)等升降裝置無處安放,水面航行時(shí)沒有高出水面的指揮瞭望操作臺(tái),水下高速轉(zhuǎn)彎時(shí)也可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的橫傾甚至翻滾 - 這對(duì)魚雷不是什么問題,但潛艇內(nèi)部有眾多艇員,有精密的反應(yīng)堆和各種設(shè)備物資,無法承受這樣的姿態(tài)變化。
【 斜壁型的歐式圍殼 】
歐洲國(guó)家因?yàn)楹\娨?guī)模有限,潛艇噸位都小于俄美潛艇,每個(gè)批次建造的數(shù)量不多,迭代周期長(zhǎng),必須精心設(shè)計(jì)以發(fā)揮出最大作戰(zhàn)效能。歐式圍殼可以看作是俄式和美式折中組合,采用斜壁結(jié)構(gòu),前緣垂直后緣內(nèi)傾或者前后緣都內(nèi)傾,流線型弧度沒有俄式那么大,圍殼尺寸也比較小。
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> 德國(guó)212型常規(guī)動(dòng)力潛艇
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英國(guó)攻擊核潛艇傳統(tǒng)上和美國(guó)潛艇一樣采用直壁型小圍殼,但最新一代“機(jī)敏”級(jí)打破了這一慣例,變得像俄式圍殼那樣高大。它的后部是藏有玄機(jī)的,可以替換圍殼后緣組件,在其后插入一個(gè)DDS干式儲(chǔ)藏柜,用于收納皇家海軍特別舟艇中隊(duì)操作的美制SDV(海豹特種載具)濕式微型潛艇。艇員可以直接從潛艇內(nèi)部進(jìn)入DDS,在氣密狀態(tài)下完成準(zhǔn)備工作,再注水釋放出SDV,全過程都在水下完成,保持了隱蔽性。
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> 在蘇格蘭海岸并肩而行的兩艘“機(jī)敏”級(jí),后面一艘“機(jī)敏”號(hào)安裝了DDS干式儲(chǔ)藏柜,兩艇的外觀明顯不同

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> “機(jī)敏”級(jí)DDS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
與“洛杉磯”級(jí)將DDS直接馱在背上的安裝方式不同,“機(jī)敏”級(jí)的這個(gè)DDS采用了和圍殼連成一體的保型設(shè)計(jì),可以降低阻力和流體噪音,最大程度減小對(duì)本艇性能的影響。
瑞典薩博·考庫姆公司開發(fā)的A26型常規(guī)動(dòng)力潛艇開創(chuàng)性地采用了棱角構(gòu)型圍殼,上部加寬且前后突出形成復(fù)雜的多面體,各個(gè)相對(duì)斜面和折線采用了平行原理,圍殼前后側(cè)的坡度形成填角和艇身圓滑過渡,圍殼后端的突出程度比前端大。

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瑞典官方從未公開解釋過這種構(gòu)型的原理,考庫姆隱晦地提到過圍殼外形能夠控制雷達(dá)波反射,而且采用了和自家“維斯比”輕型護(hù)衛(wèi)艦艦體相同的碳纖維和乙烯基酯(熱固性塑料)復(fù)合材料,具備低雷達(dá)探測(cè)特性。
不過現(xiàn)代潛艇在戰(zhàn)時(shí)處于水面狀態(tài)的時(shí)間非常少,雷達(dá)隱身的需求并不大。常規(guī)動(dòng)力潛艇相對(duì)最脆弱的是通氣管航行狀態(tài),此時(shí)必須升起通氣管進(jìn)排氣,無法做大幅度機(jī)動(dòng)。考庫姆開發(fā)異型圍殼是計(jì)算機(jī)流體力學(xué)優(yōu)化的結(jié)果,通過外形變化改善圍殼周圍的流體壓力場(chǎng)分部,可以有效抑制流激噪聲,其作用原理和戰(zhàn)斗機(jī)上的DSI鼓包進(jìn)氣道有異曲同工之妙。
除了流場(chǎng)和噪音方面,另一個(gè)附帶的好處是突出的棱線形如水平舵的延伸部分,而且增大了圍殼的濕面積,在相當(dāng)程度上增強(qiáng)了潛艇的橫向穩(wěn)定性,有利于高海況下淺水區(qū)航行、水下高速轉(zhuǎn)向和垂直發(fā)射導(dǎo)彈。
【 改進(jìn)中的中式圍殼 】 
中國(guó)海軍在潛艇圍殼的設(shè)計(jì)問題上是走過彎路的,039型常規(guī)潛艇早期型的圍殼呈階梯裝,通過大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)存在重大缺陷,圍殼頂部層流分離加劇,產(chǎn)生較為嚴(yán)重的瑞流和渦流,導(dǎo)致圍殼流場(chǎng)的均勻性惡化,并向后延伸影響艇體后段的流體性能,惡化螺旋槳盤面的入流品質(zhì),產(chǎn)生較大的流體噪聲并影響潛艇的推進(jìn)效率。
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有鑒于此,原型艇只造了一艘就進(jìn)行了重大修改。這就是039G型,把圍殼前部加高拉平,取消了階梯。相應(yīng)的流場(chǎng)缺陷得到改善,但也造就了更為高大的圍殼。這種高得不成比例的圍殼對(duì)潛艇的水下回轉(zhuǎn)性能不利,降低了水下機(jī)動(dòng)性能。
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之后研制的039A型實(shí)際是推倒重來的,借鑒了基洛級(jí)的設(shè)計(jì)思想,線型從原來的“鯨型”改為水滴型,降低圍殼高度,優(yōu)化水動(dòng)力特性,因此西方也給它一個(gè)新的代號(hào)“元”級(jí)。
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后續(xù)改進(jìn)的039B/C型逐步增加了填角和圓角,加裝AIP系統(tǒng),把“元”級(jí)打造成為當(dāng)今最優(yōu)秀的常規(guī)潛艇之一。
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在核潛艇的圍殼上也可以看到不斷地改進(jìn)。09I和09II型圍殼具有很明顯的蘇式風(fēng)格,體積相當(dāng)大,升降裝置縱列一字排開導(dǎo)致圍殼很長(zhǎng)。在09III和09IV原型上圍殼改成了英美直壁型,高度增加長(zhǎng)度縮短,觀通、電子設(shè)備的體積縮小了很多。之后的改型將圍殼位置略微后移,長(zhǎng)度增加了1/4,采用了填角和圓角設(shè)計(jì),艇體表面處理工藝也有長(zhǎng)足的進(jìn)步(參見:聊一聊093攻擊型核潛艇(1):一艇五型)。
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中國(guó)潛艇師承蘇聯(lián),習(xí)慣性地保留了舷窗設(shè)計(jì),但中國(guó)潛艇的操作環(huán)境遠(yuǎn)沒有俄羅斯惡劣,這個(gè)水面操舵室的實(shí)際使用率非常有限。再加上093改型圍殼頂部加上圓角后內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,因此取消圍殼舷窗和里面的操舵室是順理成章的事。
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圍殼內(nèi)外有乾坤
現(xiàn)代潛艇表面基本都是純黑色涂裝,圍殼表面非常光滑平順,但在這層外殼之下藏著很多復(fù)雜的裝置。
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> 英國(guó)“前衛(wèi)”級(jí)戰(zhàn)略核潛艇
【 圍殼舵 】 
潛艇的艏部水平舵有兩種安裝方式,一種是艇艏舵,采用固定或伸縮方式安裝在艏部的兩側(cè);另一種就是圍殼舵,安裝在圍殼前部的兩側(cè)。在過去水平舵采用什么形式和單雙殼一樣是個(gè)設(shè)計(jì)風(fēng)格問題,各有利弊,蘇式潛艇傾向于艇艏舵,西方潛艇則更喜歡用圍殼舵。
但發(fā)展到今天,圍殼舵對(duì)于體型較小的攻擊型潛艇來說劣勢(shì)日益顯現(xiàn):圍殼舵離潛艇重心過近,必須采用比艏水平舵更大的面積才能保持相同的舵效,加上內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)部件和支撐結(jié)構(gòu),導(dǎo)致圍殼體型偏大,聲納反射信號(hào)強(qiáng),破冰能力差,也無法采用更加流線型的設(shè)計(jì)。因此美國(guó)從“洛杉磯”級(jí)改進(jìn)型開始改為艇艏舵,一個(gè)艇型采用了兩種不同的水平舵布置方式也是潛艇史上的唯一一例。
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目前5個(gè)核潛艇大國(guó)中只有我國(guó)的攻擊核潛艇全部采用圍殼舵。戰(zhàn)略核潛艇噸位大,對(duì)圍殼尺寸沒有這么敏感,因此法國(guó)的凱旋級(jí)和美國(guó)最新一代的哥倫比亞級(jí)仍然采用圍殼舵。
【 升降裝置 】
圍殼頂部被潛望鏡等各種升降裝置塞得滿滿的,而且每型潛艇的配置都不同,下面以剛剛在南海出事的“海狼”級(jí)為例盤點(diǎn)一下各個(gè)桅桿的作用。
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從前到后,依次為:
① AN/BPS-16(V)3導(dǎo)航雷達(dá),為可升降式,水面航行時(shí)升起用于水面搜索和導(dǎo)航,厚實(shí)的頂蓋就是圍殼的一部分。它由“洛杉磯”級(jí)的AN/BPS-15H升級(jí)而來,同系列AN/BPS-16(V)2用于“俄亥俄”級(jí),AN/BPS-16(V)4和5用于“弗吉尼亞”級(jí)。就這么部小雷達(dá)單價(jià)261萬美元(2009財(cái)年幣值),全系統(tǒng)重1.3噸。
② 艦,其實(shí)就是一個(gè)相當(dāng)小的凹坑,塞上三四個(gè)人就滿了,左后方還有一個(gè)單獨(dú)的小方格,這是③ 水面瞭望哨的位置。
進(jìn)出港時(shí)會(huì)在這兩個(gè)開口旁裝上臨時(shí)圍欄保護(hù)艇員安全,艦橋正面升起一片擋風(fēng)玻璃,安裝便攜磁羅經(jīng)、手提電腦、通話器等航行指揮設(shè)備。艦橋右側(cè)豎起一根較小的臨時(shí)燈桅,按國(guó)際航行規(guī)則點(diǎn)亮航行燈,桅桿頂部還有一部商用的Furuno NXT固態(tài)多普勒雷達(dá)用于航道全向掃描。原裝的BPS-16導(dǎo)航雷達(dá)因?yàn)榘惭b位置關(guān)系視場(chǎng)被遮蔽,在安全水域使用頻率反而不高。
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④ SubHDR衛(wèi)星通信桅桿,在瞭望哨右后側(cè),雷錫昂公司于1999年開始低速率生產(chǎn),特征是頂上有個(gè)半圓形的天線罩。通過這根高速率寬帶衛(wèi)通天線可以令全球部署的核潛艇與水面戰(zhàn)斗群、聯(lián)合特遣部隊(duì)、戰(zhàn)區(qū)司令部保持聯(lián)系,傳輸加密的語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻信息。這也是“俄亥俄”級(jí)、“洛杉磯”級(jí)和“弗吉尼亞”級(jí)的標(biāo)配,不過“弗吉尼亞”級(jí)安裝了2具,增強(qiáng)了衛(wèi)星通信能力。
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> 2011年3月在北冰洋演習(xí)的“康涅狄格”號(hào),圖中左側(cè)的就是SubHDR衛(wèi)通桅桿
⑤ AN/BRA-34通信桅桿,在瞭望哨正后方,桿體上半截通常刷成淺綠色,直徑比潛望鏡還粗,內(nèi)部集成了VLF/LF、MF/HF、UHF(225-400MHz)、UHF(240-315MHz)4個(gè)頻段的數(shù)據(jù)/語音傳輸模塊和IFF敵我識(shí)別、GPS全球衛(wèi)星定位兩個(gè)附加模塊,覆蓋從甚低頻到特高頻的無線電通信頻率。
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> 2009年11月在太平洋參加美日年度演習(xí)的“康涅狄格”號(hào),最高的一根淺綠色的就是AN/BRA-34通信桅桿
在服役后的升級(jí)改造中“海狼”級(jí)在SubHDR衛(wèi)通桅桿前方的預(yù)留位置又安裝了一根桅桿,從外型上看也是AN/BRA-34通信桅桿,但顏色是銀白色的(后面那具也改為銀白色了)。“弗吉尼亞”級(jí)同樣配備了2根AN/BRA-34 OE-538通信桅桿。
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> 2018年3月在北冰洋上浮的“康涅狄格”號(hào),艦橋右后方升起了另一具AN/BRA-34
⑥ 柯爾摩根86型光電桅,和后面一具AN/BRA-34并排,“弗吉尼亞”級(jí)配備的2具AN/BVS-1非穿透型光電桅是它的后續(xù)型號(hào)。但是在所有“海狼”級(jí)的官方照片中都沒看到AN/BRA-34升起來過,英文資料里也語焉不詳,顯得頗為神秘,是否真正裝備也要打個(gè)問號(hào)。
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> “弗吉尼亞”級(jí)的兩具AN/BVS-1光電桅完全相同,互為備份
“海狼”級(jí)的主潛望鏡同樣是由柯爾摩根光學(xué)公司生產(chǎn)的,為傳統(tǒng)的光學(xué)穿透式,左舷的是⑦ Type-18H Mod1搜索潛望鏡,右舷的是⑧ Type-8J Mod3攻擊潛望鏡,兩具潛望鏡頂部都安裝有用于傳輸數(shù)據(jù)和語音的通信天線。2008年美國(guó)海軍對(duì)Type-18H進(jìn)行了升級(jí),加裝了高精度光電偵察套件和熱像儀,包括索尼XC999彩色攝像機(jī)和尼康D1數(shù)碼相機(jī),影像顯示在20英尺的平板顯示器上,提高了夜間作戰(zhàn)能力。
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⑨ AN/BRD-7電子戰(zhàn)桅桿,在兩具潛望鏡之后,和“洛杉磯”級(jí)相同,主要用于雷達(dá)、通信信號(hào)的搜集與測(cè)向。“海狼”級(jí)在AN/BRD-7桅桿上還集成了另一套BLD-1電子戰(zhàn)系統(tǒng),體積更大,為此專門開了一扇對(duì)開的方形艙門用于收納這根電子戰(zhàn)桅。下圖是“康涅狄格”號(hào)圍殼的特寫,后部這個(gè)艙門已經(jīng)開啟,但桅桿沒升起來。
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⑩ 通氣管,位于圍殼后端,是尺寸最大的升降裝置。雖然“海狼”級(jí)采用核動(dòng)力,它仍然配備了費(fèi)爾班克斯·莫斯38ND 8-1/8型二沖程柴油機(jī)(綽號(hào)“Beth”)作為備份動(dòng)力,因此也需要通氣管。
對(duì)于核潛艇來說通氣管的作用比普通的認(rèn)知要大很多。正常上浮時(shí)通常使用水平舵將潛艇上浮到潛望深度,然后升起潛望鏡掃描海面,通氣管也一同升起聯(lián)通外界,抽入空氣驅(qū)動(dòng)低壓吹除系統(tǒng)將主壓載艙的海水逐步排出艇外。高壓吹除系統(tǒng)平時(shí)并不工作,以將氣源留給危機(jī)時(shí)刻的緊急上浮,該系統(tǒng)啟動(dòng)后可以在90秒內(nèi)將潛艇從深海推出水面。
上浮前潛艇還要在潛望深度停留一段時(shí)間,完成很多“家務(wù)事”,包括艙內(nèi)通風(fēng)、垃圾處理、吹除衛(wèi)生水艙廢棄物、無線電通信、天文導(dǎo)航校準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)等等,其中就包括使用通氣管驅(qū)動(dòng)2臺(tái)高壓吹除系統(tǒng)壓縮機(jī)補(bǔ)充高壓空氣,這也是我們看到即使在北極破冰上浮也會(huì)升起通氣管的原因。
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對(duì)比一下俄羅斯最新的“亞森-M”型攻擊核潛艇,它的電子設(shè)備小型化也達(dá)到了很高的水準(zhǔn),桅桿直徑相當(dāng)小,同一根桅桿上集成了更多功能。
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【 儲(chǔ)物柜 】
“弗吉尼亞”級(jí)的圍殼側(cè)面安裝有一大堆蓋板,那是外部?jī)?chǔ)物柜,供配屬弗吉尼亞級(jí)執(zhí)行任務(wù)的特種部隊(duì)(通常就是指海豹突擊隊(duì))使用。蓋板的材質(zhì)和圍殼填角一樣也是Goodrich公司生產(chǎn)的復(fù)合材料。
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“弗吉尼亞”級(jí)是美國(guó)第一型從設(shè)計(jì)伊始就專門為特種部隊(duì)內(nèi)建配套設(shè)施的潛艇,在艇體中部設(shè)有一個(gè)能夠容納9名海豹隊(duì)員的氣密閘室,可以僅通過一次排氣/注水操作就釋放出整支海豹小隊(duì),極大地提高了出動(dòng)效率。
潛水員出艙后,前往圍殼的儲(chǔ)物柜水平取出各自的裝備,而不必耗費(fèi)大量時(shí)間從狹小的閘室艙口一件件垂直提取沉重的裝備。這樣的設(shè)計(jì)非常實(shí)用化和人性化,也只有把圍殼內(nèi)部設(shè)備精簡(jiǎn)到最少才能提供這樣的冗余空間。
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> 大名鼎鼎的海豹六隊(duì)在執(zhí)行潛水訓(xùn)練,圖為打開儲(chǔ)物柜提取裝備的場(chǎng)景
【 導(dǎo)彈垂直發(fā)射管 】
前蘇聯(lián)曾裝備過2型30艘常規(guī)動(dòng)力彈道導(dǎo)彈潛艇,因?yàn)閲嵨惠^小,耐壓殼直徑不足,將3具D-1導(dǎo)彈垂直發(fā)射裝置集成在了圍殼里,而且艇體下方也凸出了一塊才堪堪容下長(zhǎng)達(dá)10.2米的SS-N-1戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈(“飛毛腿-A”的潛射型),這也是世界上第一套潛射彈道導(dǎo)彈系統(tǒng),1959年投入使用。
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我國(guó)根據(jù)1959年簽訂的《二四協(xié)定》從蘇聯(lián)引進(jìn)了“高爾夫”級(jí)的特許制造權(quán),由大連造船廠建造,1964年建成,1966年交付海軍,主要作為國(guó)產(chǎn)“巨浪”潛射彈道導(dǎo)彈的試驗(yàn)艇,為我國(guó)的潛射彈道導(dǎo)彈發(fā)展立下了汗馬功勞。
在此之后我國(guó)又于2012年入役了新一代032型彈道導(dǎo)彈試驗(yàn)艇,水下排水量6630噸,是世界上最大的常規(guī)動(dòng)力潛艇。3具彈道導(dǎo)彈發(fā)射筒安裝于圍殼內(nèi),4具巡航導(dǎo)彈發(fā)射裝置位于艇體前部。
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在可以預(yù)見的將來,圍殼不會(huì)從潛艇上消失,但是圍殼的尺寸將越來越小,更加流線型,集成度更高,令潛艇水下航行更安靜、更高速。
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> 英國(guó)下一代“無畏”級(jí)戰(zhàn)略核潛艇設(shè)想圖
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