單殼體潛艇PK雙殼體潛艇,究竟哪個好?潛艇小科普③

出航 -- 奧斯卡級核潛艇

本系列第①篇提到,潛艇可按動力分為常規潛艇、核潛艇。潛艇分類標準多多,本篇將介紹另外一種,根據耐壓殼體結構將潛艇分為單殼體潛艇、雙殼體潛艇或混合結構。在信息比較閉塞的90年代,小編曾傻傻地以為下圖這樣,一個管子不夠粗,兩個管子(耐壓殼)並一起,外面罩上非耐壓殼,才是雙殼體。

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拆解中的颱風級核潛艇

這顯然是誤讀。究竟什麼是單殼體,什麼是雙殼體?空說無憑,立圖為證。下圖是2艘建造中的潛艇,左邊是雙殼體結構,右圖是單殼體結構。如採用單殼體結構,看到的中段艇體就是耐壓殼體;如採用雙殼體結構,耐壓殼體外還有一層輕外殼,兩層殼體之間安排了主壓載水艙、燃油艙、燃油壓載水艙、浮力調整艙等,內圈(耐壓殼)直徑較外圈直徑(艇寬)小1.6-2米,艇內空間被壓縮。

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左:雙殼體;右:單殼體

近幾代西方潛艇堅持採用單殼體結構,蘇聯潛艇則偏好雙殼體。當然也有例外,日本和德國的常規潛艇開始採用混合結構,如德國的212A型,前部是單殼體,後部則採用雙殼體,主要目的是要在耐壓殼體外佈置AIP動力所需的貯氫鋼瓶。

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德國212型常規潛艇

單殼體vs雙殼體,哪個好?

如果說航空發動機是工業皇冠上的明珠,大國重器潛艇堪稱明珠旁的寶石。總體而言,單殼體潛艇技術要求更高,更符合大趨勢。俄羅斯阿穆爾級常規潛艇形似基洛,但因內部結構從雙殼體變為單殼體,實乃脫胎換骨。

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小編眼中 奧斯卡級核潛艇是蘇聯雙殼體潛艇的巔峰

二戰時,各國潛艇技術相近,均採用鞍形結構,水櫃懸掛在艇體兩側。二戰後,東西方陣營潛艇設計走上不同道路,蘇聯發展雙殼體潛艇主要是因為工藝難度相對較低。蘇聯給我們留下的傳統印象是重工業發達、輕工業落後,其實在重工業的尖端領域,還有電子信息技術方面,蘇聯也與西方有著不小差距。

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拆解中的蘇聯核潛艇 雙殼體結構厚約1米

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美國核潛艇分段 耐壓殼體板材較薄

蘇聯堅持採用雙殼體是務實之選

生產單殼體潛艇,需要把又厚又硬的特種鋼板,加工成帶複雜曲率的線型,焊接成艙段後,再將艙段組合焊接,還要處理好耐壓殼體上各種開口,這對加工精度要求非常高。純水滴線型潛艇如採用單殼體結構,製造尤為困難,所以美國大青花魚、長頜須魚級潛艇,日本渦、夕、春潮級均採用雙殼體結構。但後來,美國潛艇開始採用拉長水滴線型,日本潛艇採用雪茄線型,單殼體結構成為最終選擇。

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颱風級內部2個主耐壓殼體 外形規整 直徑有限 建造難度較低

單殼體結構的難度不僅體現在鋼板加工,由於環形抗壓肋骨內置,電纜、管線必須進行穿肋作業,增加了工藝難度。單殼體潛艇,耐壓殼體外面沒有任何保護,碰撞後耐壓艇體容易破損導致艙室進水,表面的聲吶設備也容易損壞。西方潛艇尚可接受,對於習慣“奉命撞擊你艦”的戰鬥民族,抗擊打能力很有必要。Just a joke,蘇聯潛艇常年活躍在北極圈,對抗浮冰、衝破冰層是設計時必須考慮的因素。

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蘇聯潛艇常年在北極活動 雙殼體降低觸冰危險

雙殼體潛艇建造工藝簡單一些,內部耐壓殼可以選擇易於生產的形狀(如上上圖的颱風級),再罩上板材較薄的非耐壓“整流罩”。80年代的蘇聯,高精度數控車床尚需克格勃“進口”(【東芝事件】),雙殼體既容易實現,也能解決問題,何樂而不為~到了蘇聯潛艇巔峰之作“颱風級”,為裝下20枚巨大的固體彈道導彈,不得不採用2大3小耐壓殼體捆綁、中間插導彈的結構,將系統工程思想發揮到極致。當然也可以換個說法,“技術不夠、噸位來湊”。

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蘇聯667A型核潛艇模型 底部雙殼體結構可見

雙殼體潛艇問題多多

問題1:雙殼體潛艇動力性能差。兩層殼之間充滿海水,潛艇會變成運水車。同等水下排水量,雙殼體潛艇內部空間要小不少;同等內部空間,雙殼體潛艇直徑要大一圈(2米以上),航行阻力更大,航速必定受影響。對於潛艇來說,航速指標意義重大,玩過《獵殺潛航》的軍迷定有體會,航速決定潛艇能否及時到達指定地點、能否搶佔攻擊陣位、能否逃避反潛追剿、能否伴隨航母戰鬥群作戰,等等。

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單殼體潛艇表面非常光滑 開口少

問題2:雙殼體潛艇不利於隱身。雙殼體潛艇非耐壓、非水密部位容積小,潛艇表面需設置的開口少,更為光順。這有利於減小阻力,也有助於控制高航速下的流體噪音,降低被發現概率,對本艇聲吶干擾也更小。

問題3:雙殼體潛艇需加工內外兩層殼體,用料更多,耗時更長。

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單殼體vs雙殼體(右)

單殼體潛艇並非十全十美

缺點1:抗沉性差。一是雙殼體潛艇畢竟多了一層外殼,如同坦克披掛裝甲,抵禦爆炸能力高於單殼體潛艇。但這也僅僅是理論上,現代反潛魚雷裝有聚能戰鬥部和高能爆破裝藥,採用側瞄基陣能保證魚雷垂直命中艇體,即使是奧斯卡、颱風級這樣的雙殼體巨無霸也難以招架。

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奧斯卡級核潛艇在兩層殼體間安裝了巨大的“花崗岩”超音速反艦導彈

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鑑於此彈威脅巨大 北約給它起了個綽號“海難”

二是單殼體艇的主壓載水艙少,且佈置集中(首部、尾部)。首尾同時受損,潛艇立刻失去全部儲備浮力。首尾一組壓載水艙失去水密性,潛艇容易失去縱向平衡,變成首傾或尾傾,潛艇要以正常姿態回到水面幾乎不可能。如果潛艇高航速時出現首傾,容易迅速掉深,導致可怕後果。

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下潛中的洛杉磯級核潛艇 噴出的氣泡印證主壓載水箱在首和尾

缺點2:操作要求高。如上所述,單殼艇主壓載水艙少且分散,在上浮、下潛和潛航過程中,艇體平衡實現困難,對潛艇操縱的自動化、艇員素質均有較高要求。

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艇體從前至後長條狀凸起就是拖曳聲吶整流罩

缺點3:設備佈置困難。現代潛艇在靜音方面狠下功夫,水下噪音已經逼近90分貝這一海洋背景噪音。為提高反潛探測能力,潛艇普遍裝有拖曳聲吶陣列和舷側聲吶,雙殼體潛艇可充分利用兩層殼體縫隙佈置設備,單殼體潛艇就麻煩多了。

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印度鮋魚級潛艇下水 側面凸起的是舷側聲吶

單殼體潛艇舷側聲吶凸出、暴露在外,不能像雙殼體潛艇一樣,佈置在外殼內側或耐壓殼外側,停泊、遇浮冰時容易碰撞受損。拖曳聲吶絞盤安放也是挖空心思,洛杉磯級核潛艇表面從頭到尾貫穿了一根細長型整流罩,就是為佈置拖曳聲吶不得已為之。尾部沒有空間,絞盤只能佈置在艇首耐壓與非耐壓殼之間,線陣穿過整流罩從艇尾釋放。

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難得一見的德國潛艇拖曳聲吶 佈置在潛艇後段兩層殼體之間

中國潛艇是單殼體還是雙殼體?

很遺憾,中國潛艇全部是雙殼體!明眼人都看的出來,中國潛艇受蘇聯影響很深,有現成可靠技術不學是傻子,這沒有什麼!可喜的是,學生很多地方已經超過了師傅。中國在高屈服度特種鋼、船用卷板機、高精度焊接方面都有突破,成功建造了第一艘國產航母就是例證,航母甲板鋼材完全可以滿足潛艇需要,新一代核潛艇在耐壓殼體直徑應有新突破。

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大型數控船用卷板機至關重要

中國在外貿市場推出了MS200、MS600和S1100等多款單殼體潛艇,為驗證技術可靠性,還生產了單殼體試驗潛艇,據說某新型常規潛艇第3艘開始就試用了單殼體結構,095型攻擊核潛艇也計劃採用球柱組合-混合殼體結構。新型潛艇,未來可期!

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中國未來3000噸級常規潛艇想象圖 圖片來源於網絡

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