手机版 欢迎访问热点新闻网(www.hotxww.com)网站

当前位置:热点新闻 > 文史 >

济公帽、飞机舱,千奇百怪的“大脑袋”——潜艇指挥台围壳有何玄机?

时间:2020-10-12 00:00:00|来源:|编辑:网络|点击:

当一艘潜艇浮出水面时,首先映入眼帘的便是它引人注目的指挥台围壳。它们有的高耸挺立,有的低矮小巧,有的前倾后斜,有的圆润流线,让人眼花缭乱搞不清原因。

▲形状各异的指挥台围壳

更稀奇的俄罗斯“北方之神”级战略导弹核潜艇顶着一个倒梯形大脑袋,从远处看好像戴了一顶济公帽子,所以被亲切的称为“济公帽”。

▲北风之神级潜艇的“济公帽”

指挥台围壳为何如此变化多端?

因为它对潜艇航行有重要影响,所以要针对不同潜艇进行优化改善。

早期潜艇为了方便人员进出和艇长指挥,在艇体上设计了一个直上直下的圆柱形耐压体,仅容一人通过。上面有舱盖,有的还有水密窗,艇长可以在里面探出身子或透过窗户指挥水面航行,这是潜艇指挥台的由来。

▲现代潜艇之父约翰·霍兰和他的1号潜艇

当时指挥台还没有围壳,只是一个圆柱形耐压体。指挥台高度很矮,敞开时海浪经常会从出口处倒灌进来造成危险,所以指挥台高度慢慢升高。后来随着一二战需要,人们又在指挥台前后的甲板上增加了更多设备。

1909年英国人率先在指挥台围壳里安装了潜望镜,以便在水下观察水面情况。后来又陆续加装了雷达、导航、通讯等观通器材,导致指挥台体型越来越大,功能越来越多,成为潜艇上不可或缺的模块。

▲弗吉尼亚号攻击型核潜艇上的各种设备

德国人在U型艇指挥台前后增加了甲板炮和高射机枪,试图打击商船和对抗反潜飞机。其他各国也一样热衷,法国还搞出了装备2门203毫米巨炮的重炮潜艇。

▲VIIC U型潜艇上的甲板炮和高射机枪

旧日本海军更是异想天开,在水下排水量6560吨的伊-400号潜水母舰指挥台下方增加了机库、弹射滑索和3架“晴岚”水上轰炸机,成为当时世界上最大的潜艇。

▲伊-400号潜水母舰的指挥台与机库

这些装备使潜艇上层建筑体积愈发庞大,相应产生的阻力也越来越大。好在二战结束前潜艇大部分时间都在水面航行,航速也不是很快,水面只有十几节,水下只有几节,所以指挥台作为最大的附体部件产生的阻力还可以接受。

二战末期,德国XXI型潜艇率先装备通气管,成为“现代潜艇鼻祖”。此后潜艇作战方式发生翻天覆地的变化,由以往水面航行为主,作战时潜入水下,变成以水下航行作战为主。反潜装备性能也迅速提升,潜艇再也无法在水面上逍遥。

▲661型巡航导弹核潜艇

20世纪50年代,美苏两国竞争高速潜艇,水下航速提高到30节以上。1970年12月苏联661型(帕帕级)巡航导弹核潜艇更是创造了44.7节(82.7公里/小时)的惊人世界纪录,至今无人超越。

航速提高,指挥台产生的阻力再也无法忽视。人们在指挥台外部包裹上一层流线形外壳,以减小阻力,保护重要的观通设备和进排气管。

但是海水从指挥台围壳流过时,受围壳阻挡流速会降低,在前端产生涡流。这种马蹄涡作用在艇体上形成规律的水动力噪声,使潜艇更容易被声呐探测到。围壳后方还会产生不均匀伴流场,到达螺旋桨附近时产生剥蚀振动,增大螺旋桨噪声。

从航行角度来说,取消围壳这个最大的附体肯定是好事。围壳增加了高度,让潜艇在浅水区受到更多限制——距离水面更近,更容易被发现,也容易产生碰撞事故。每当潜艇浮出水面时,巨大的围壳就成为最醒目标志,仿佛告诉人们我在这里。

所以工程师们很想取消它,也做了诸多尝试。

▲673潜艇设计方案

60年代初,苏联研制新型攻击核潜艇。工程师将目标聚焦在速度上,希望潜艇能像截击机那样高速抵达战场,拦截美国核潜艇。因此诞生了673项目,被称为“水下截击机”。

673型潜艇由钛合金制成,装备大功率铅-铋液体金属反应堆。最吸引人的就是没有指挥台围壳,大大减小阻力提高航速,降低噪声,也使潜艇更灵活。当潜艇水面航行时,可由一个可伸缩小塔充当舰桥。

673型潜艇的设计思想很前卫,但对当时的技术来说太超前,再加上指挥台丰富的功能和便利性很难被取代。所以673型并未建造,其设计思想被后来的705型(阿尔法级)潜艇继承下来,装备了一个很小、很低矮的流线型围壳。

▲705型阿尔法级潜艇

美国也有相同尝试。苏联高速核潜艇使美国海军压力山大,一时间发展高速潜艇成了首要任务。“美国核潜艇之父”乔治·里科弗中将认为:新潜艇航速要达到35节,能跟随航母作战,用速度甩开苏联潜艇,也能靠速度咬紧对方。

当时有两个方案展开竞争,一个是后来发展成“洛杉矶”级攻击核潜艇的AGSSN方案;另一个是CONFORM方案。

▲首艇SSN-688“洛杉矶”号

CONFORM方案就取消了指挥台围壳,由一个可伸缩折叠桅杆装上各种观通设备代替。这种设计使潜艇航速提升了1.5节,但最终因核反应堆及其他原因输给了AGSSN方案,被束之高阁。

▲CONFORM方案中的无围壳设计和折叠桅杆

既然潜艇不能没有指挥台围壳,那工程师们就只能想办法去优化改善,降低围壳产生的各种不利影响。这方面苏联工程师展现出丰富的创造力,发明了很多实用技术。

通常苏联潜艇指挥台围壳体型较大,除了各种电子设备体积较大外,还因为第三代核潜艇围壳中增加了弹射救生舱,可容纳30-40名艇员逃生,大大提高生存能力。

▲集成在围壳中的弹射救生舱

如何在保持庞大围壳的同时又减小阻力和噪声?苏联孔雀石设计局选择了优美流畅的“飞机舱”外形。

从早期的627型(十一月级)攻击核潜艇开始使用,到671型(维克托级)、705型(阿尔法级)、971型(阿库拉级)一脉相承,都是低矮的流线型,犹如飞机的“气泡式”座舱一般,效果良好。

相对而言,战略导弹核潜艇不用像攻击核潜艇那样高速机动,只要找一个安全的地方将导弹发射出去即可,所以更多采用高耸的直壁式围壳,以获得更大的空间容纳更多设备。

高耸的直壁式围壳对潜艇水下高速航行影响很大,它从上向下看去和飞机的机翼很像。机翼在空气中能产生升力,围壳在水中也会产生横向力矩。

▲洛杉矶级的围壳很窄,好像机翼一般

当潜艇高速旋回时,这个力矩会迅速增大,严重时将导致潜艇翻滚。美国“大青花鱼”号潜艇在实验中就遇到这个问题,后来在围壳后端增加了垂直舵加以改善。

▲“大青花鱼”号围壳上的垂直舵面

“洛杉矶”级核潜艇建成后,一直饱受横向机动能力较差的弱点。美国海军不得不从操作规程上做出限制,以免造成翻滚。

到“海狼”级攻击核潜艇时,为了减小围壳产生的水动力噪声,工程师在围壳与艇体相交处做了填角处理。这种弧型填角可以减小涡流,均匀流场,降低嗓声。但填角同时也加大了湿表面积,使航行阻力增加。

▲“海狼”级核潜艇的填角

填角增大阻力

不过填角的好处更多,所以“弗吉尼亚”级攻击核潜艇也延续了这种设计。其它各国也纷纷仿效,在自己的常规潜艇上增加了填角。

指挥台围壳如何设计是门学问,它的位置、外形、高度与潜艇性能密切相关。

1、位置与阻力的关系很大。通常围壳越靠前,阻力越大;围壳越靠后,产生的伴流场对螺旋桨影响越大。科学家们借助计算机做了大量模拟实验,结果表明:从围壳前端到艇尾的长度与整体艇长保持在0.6-0.7之间最为合适,这里阻力系数较小,伴流场对螺旋桨的影响也较小。

围壳放在潜艇前段,也有利于艇长指挥和武器系统发射。

2、外形是指挥台围壳设计的另一个重点,目前外形主要有:

▲各种外形的围壳

1)、方方正正的直壁型,如美国“洛杉矶”级、“俄亥俄”级,苏联“德尔塔”级等。

2)、前倾后斜的斜壁型,如英国“机敏”级、“前卫”级,日本“苍龙”级等。

▲英国“机敏”级攻击核潜艇的斜壁型围壳

3)、圆滑流线的飞机座舱型,如苏联的“阿库拉”级、“维克托”级等各种攻击核潜艇。

通过计算得知,改变围壳前后顶端的弧线,将顶部做拱形处理都能较好的减小阻力降低噪声、改善后方伴流场,所以现代潜艇的围壳普遍倾向流线型设计。

瑞典最新研制的A26型常规潜艇,指挥台围壳采用像水塔一样奇特的外形,在减阻降噪上都有上佳表现。和风漫谈原创,禁止抄袭。

▲A26潜艇与众不同的围壳造型

3、高度与阻力也有很大关系。当围壳高度大于或小于艇身直径一定比例时,高度越高阻力越大,所以现代潜艇围壳都倾向于更低一些,又回到早期潜艇的低矮方向。

虽然围壳变得越来越小、越来越低,但潜艇设计人员仍然不喜欢它,总想将它彻底消除。各国还在不断尝试各种无围壳设计,如2018年法国海军为“未来水下作战环境”推出的SMX-31型潜艇,就将围壳抛在一旁。

▲科幻的SMX-31

SMX-31潜艇采用“抹香鲸”扁平艇体外形,装备超高容量锂电池系统,看起来相当科幻。希望有一天它能走进现实,而不仅仅是一个概念设计。

4、对常规潜艇来说,指挥台围壳也跟柴油机效率息息相关。因为围壳后面有一个负压区,如果将排气管布置在里面,对降低排气背压,改善柴油机工作条件,提高功率都大有好处。

总之从目前情况来看,指挥台围壳强大的指挥、观察、通信功能仍无可替代。在未来很长一段时间里,各式各样的围壳仍将与潜艇为伴,人们仍将不断优化它,直到找到更好的方案为止。

▲永远的“台风”

优雅的围壳给潜艇带来无以伦比的美感,如果哪天失去它,潜艇会不会丑得无法见人呢……科技改变世界,让我们拭目以待吧。

和风漫谈原创文字

Copyright © 2020-2025 本站内容均来源于网络汇总,如有侵权请及时联系站长删除,谢谢。