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浅谈潜艇隐身技术:从减震浮筏到无轴泵推 黑科

发布时间:2019-11-17 12:10 来源: 作者:南陵新闻

由于二战后反舰导弹技术的飞速发展,对于航母实际战斗力的质疑,一浪高过一浪,但是对于潜艇的作用,却从来没有任何人怀疑。借助于平均深度3795米,占地球71%,总面积在3.6亿平方公里的海洋隐藏,潜艇尤其是核潜艇已经成为兼具战术和战略打击双重作用的大国利器!在二战中,德国U型潜艇组成的水下狼群总共击沉了超过3000艘盟军各类舰艇,第三次印巴战争中,巴基斯坦依靠一艘“汉果尔”潜艇就曾经消灭了印度第14护卫舰大队。马岛战争中,英国凭借“征服者”号攻击型核潜艇,一举击沉阿根廷最大的 "贝尔格奈诺将军"巡洋舰,直接让阿根廷唯一的"五月二十五日"号航母退回本土,英国从此占据了马岛地区绝对的制空权!

德国U型潜艇

正是看到了潜艇在战争中巨大的作用,各国都纷纷投入巨额资金推动潜艇技术的发展,冷战期间诞生了一系列诸如苏联的台风级、阿库拉级、基洛级,美国的俄亥俄级、洛杉矶级、海狼级等集黑科技于一身的顶尖潜艇!由于双方都害怕水下潜艇对其水面舰艇构成严重的现实威胁,美苏又将大量精力投入到了反潜作战中,矛与盾的斗争此消彼长,高潮迭起!反潜技术的核心就是探测,如何在水下有效探测到潜藏的潜艇成为重中之重,如果潜艇不想坐以待毙,那么就必须不断地进化,不断地提高自身的隐蔽性,真正成为幽灵杀手!

水下排水量达4.6万吨的苏联台风级潜艇

潜艇之所以会被暴露,主要源于几大原因:

第一、声特征

潜艇在运行过程中,各种动力和生活装置尤其是螺旋桨切割水体会形成大量的噪音,这些噪音也被称之为潜艇的背景声,如果背景声太大,敌方反潜舰艇只需要打开被动声呐就能清晰地判定你所在的位置和距离,这是潜艇暴露的最大原因。

第二、热红外特征

无论是常规潜艇还是核潜艇,它们的动力系统在运行状态下都会不可避免的排放出一些冷却水、生活用水,常规潜艇在上浮充电状态下,柴油机在运行过程中甚至还会向外释放高温尾气,虽然这些尾气会经过冷却排放,但是温度仍然明显高于周围环境温度。潜艇所排放的热水上升至海面后,能够形成长度在千米以上,持续时间达5到6小时的高温尾迹流。现代反潜机都装有高敏感度的红外探测仪,能够感知0.001℃的温度变化,这样的高温尾迹很容易暴露潜艇的行踪。

第三、磁场特征

潜艇的耐压壳体都是采用低磁性合金钢卷板而成的,但是由于地球磁场的存在,舰体以及螺旋桨与水流的摩擦生磁,都会让潜艇的磁信号特征逐渐增强。冷战后出现的新式反潜机大多都在尾部安装了常常的磁异探测针,这些磁异针是通过电磁感应原理来探测潜艇的,在感应到经过海域磁场的变化后,磁异针会发出不同强度的变化电流,从而获知潜艇的存在。

P3C反潜机屁股后面就是磁异针探测器

第四、辐射信号特征

核潜艇在反应堆运行过程中会释放出带有钾—40、氯—38等辐射粒子的冷却水、气体以及微量辐射尘,这些辐射粒子上升到海面后会形成与周围海水明显不同的辐射特征,由于辐射特征的变化太小。目前并没有成熟的针对性手段。

潜艇核反应堆舱

第五、生物场效应

潜艇在水中航行时,由于其向外散发的电磁波和螺旋桨所形成的涡流,会刺激海洋中一些具备发光能力的浮游生物和细菌同时发光,这就被叫做潜艇光尾流。光尾流根据海洋生物的密集度,可以达到数百乃至上千米,一般持续15到30分钟之后才会消失。理论上通过反潜机和卫星可以探测到光尾流的存在,但是由于光尾流难以与生物自行发光相区分,且持续时间果断,目前也没有针对这方面的潜艇侦测手段。

从上面的分析中我们可以看出,潜艇虽然身在水下,但是暴露的信息仍然很多,其中以可视光信号、声特征、电磁特征、红外特征最容易被外界所获知,由于声音是唯一能够在水下远距离传播的介质,降低潜艇噪音对于提高潜艇的隐蔽性又是重中之重!

声呐是最主要的反潜探测设备,潜艇应对反潜的核心便是减少自身噪音!潜艇噪音的最大来源为动力装置,在运行过程中与潜艇外壳相互碰撞摩擦,会产生150分贝以上的噪音,为了克服这一巨大噪音来源,目前普遍采用减震浮筏技术,将汽轮机、发电机、传动齿轮箱组等安装在底部为橡胶制成的减震基座之上,能够有效缓冲金属硬接触所产生的巨大噪音,降噪效果可以达到30分贝以上!

基洛级潜艇动力装置减震筏

除了主动力装置之外,推进螺旋桨切割水体也是潜艇噪音的一大来源,由于螺旋桨声音特征明显,也成为潜艇声纹最主要的记录对象,通过对螺旋桨声音的监听,敌方能够从声纹库中准确判定潜艇的型号甚至是编号,因此改进推进装置也是减少噪音的必然要求。现代潜艇螺旋桨多采用高阻尼合金材料制造而成成的非对称多叶大倾斜设计,高阻尼材料可以减少叶片震动,而叶片越多,在同样推进速度下的转速就越低,转速低则可以减少切割噪音,非对称的大倾斜设计则能够减少空泡的产生,并且最大限度阻止共振产生。

俄罗斯拉达级潜艇采用的就是七叶大倾斜螺旋桨

当然了,在动力推进系统要最大限度的减少噪音,最好的方法还是采用电力驱动加泵喷推进的动力组合。电力推进因为无需进行复杂的能量转换,可以无需安装包括减速齿轮、传动轴系等摩擦声音巨大的子结构。而有轴泵喷推进将螺旋桨用圆筒罩住,水流通过转子加速后通过导流管向外喷射,可以有效改善流体场稳定性,并且由于旋转线速度低,同等推力下,低频噪音平均要比七叶大倾斜螺旋桨低15分贝以上,未来无轴泵推一旦实用化,效果将比有轴泵推更高一个层次。

美国弗吉尼亚级攻击型核潜艇泵喷推进

除了尽量少的制造噪音之外,如何阻断潜艇声音的传播也是重中之重,而这就需要进行铺设隔音瓦、隔音蒙皮、吸音层等处理。这些材料大多以橡胶作为基础材料,在其中混合进微小的金属颗粒,当声音传播过来时,橡胶内的金属颗粒被声音震荡而产生热量,从而将声音能量抵消,从而起到消音效果。根据美俄等国统计,铺设隔音层后,可以让敌方被动声呐的作用距离减少50%以上。

伊朗为基洛级潜艇贴上国产橡胶消音瓦

除却声音之外,潜艇上浮暴露通气管也是其最大的致命之处!要减少常规潜艇上浮通气管状态的暴露危险,就必须减少上浮充电次数,而常规潜艇目前最有效的手段就是采用燃料电池、闭式循环发动机、斯特林发动机等不依赖空气动力装置(AIP动力),可以使其在水下获得两到三周的潜伏时间,最大限度的减少上浮次数。不过由于AIP装置动力普遍不强,因此AIP潜艇的水下速度仍旧很慢!

燃料电池技术

除了以上介绍的这几种潜艇隐身技术,采用自然循环压水堆可以减少主泵的开启几率,降低噪音源的产生。采用低阻力的加长水滴形外形,减少艇体开孔,为潜望镜等外附设备加装导流板,并且提高工艺水平,也可以明显地减少涡流的产生,降低噪音分贝。采用吸波涂层则能减少电磁、红外信号的向外散射,采用星空卫星加惯性制导能最大限度地让潜艇减少上浮休整航向的次数。目前俄罗斯最新的北德文斯克级和美国最先进的海狼级攻击型核潜艇综合采用了多种潜艇隐身技术,其自身噪音强度已经降低到100分贝之下,完全可以隐藏在海洋背景声之下,而难以被敌人发现!

法国凯旋级战略核潜艇表面光洁,做工堪称一流

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