我军最新039B型潜艇性能猜想(深入版)

上次写的039B性能猜测里有一些技术性错误,不过《现代舰船》某编辑看到后还是挺感兴趣,让再完善一下之后投过去。当然,鄙人是个半罐子水的水平,下文中肯定还会有错误和偏颇之处,大家尽可以多挑BUG。另外本来想在杂志上替飞扬打作个软广告,但杂志编辑是在大旗看到的此贴,所以尽管电话嘱咐过,但排版时的登首语里还是忘了提飞扬,殊为可惜。由于是要登在平媒上的,039B在下文中被称为“新元”,039A只能称为“元”,而前者在杂志中又被改成了“新艇”,其原因大家心里应当都能理解。


首先,新艇从外观上看,跟元级如出一辙。考虑到元级出现多年以来一直没有建造后续艇,那么根据两者在外形上的高度相似性,再考虑到我军武器装备研发中常见的稳健和渐改思路,我们可以推断,“新元”实际上就是元级技术全面成熟之后的批量建造版。它跟元级在艇体和内部各主要系统上的区别,应当不会很大。即使有所改进,也只属于“小步快跑”,指望该艇各方面发生质变,性能“一步登天”,恐怕不太现实。


新元跟元级相比,外观上还是有变化的:


首先是指挥塔后上方的两排柴油机废气排出孔的位置,比原来略有上移,其原因暂时不明。此外,通过对比两者尾部流水孔的数量(元级有5组,新元则有6组),我们可以发现新元的艇体后段比元级略有加长,排水量也相应会有所增加。


( 第一点研判,跟此贴中的有些处出入: http://www.fyjs.cn/bbs/read.php?tid=128445 )


说到新元在元级基础上的改进,个人认为首先会体现在一些设计细节的修正和完善上。元级作为新艇体线形和AIP技术的验证艇,设计上自然会存在经验不足的地方,一些技术细节也不会考虑得很周详。而新元作为实用的战斗艇型,肯定会充分汲取元级在这几年测试中获取的经验教训,并通过细抠每个技术环节来提高全艇的综合战斗力。


而一个更为重要的改进,笔者认为应当是进一步提高AIP系统的功效。元级艇上装有我国自行研制的斯特林发动机,已先后多次在官方媒体中得到了证实,如今已经不再是秘密了。新元的出现无疑表明,该系统已在性能和实用可靠性两方面都通过了测试,那么新元在设计上自然就会着重考虑如何最大限度地发挥该系统的效能。比如只要设法多载些液氧,就能进一步提高水下续航力,而要做到这点也毋需对整艇设计进行伤筋动骨式的大改动。或许艇体尾段的略微加长就与此有关?


至于网上出现的一种说法:新元的指挥塔上比元级新增了个形似“漏斗”的圆筒,其实那只是现代常规潜艇上都有的通气管而已。元级上同样也有,只是平时少见升起。


“新元”战力评估


总体上看,新元的艇体线形为适合水下活动的拉长水滴形,并且仍为我国潜艇贯用的双壳体结构。


对于潜艇单、双壳体的优劣之争论已延续了很长时间。大体上看,双壳体结构的潜艇储备浮力大,而且大都采用小分舱形式,两层壳体之间的液舱还能吸收部分爆炸能量,这几点对潜艇的抗沉性和生存力较为有利;此外双壳体结构还有利于一些设备、系统及舷间液舱的布置。但是双壳体潜艇的水下排水量和艇体的水下湿表面积都大,不仅影响水下航速,也增大了艇身的声反射面积,对潜艇的隐蔽性有害。而单壳体结构的优缺点则正好跟双壳体结构相反。以往,前苏联/俄罗斯的潜艇多为双壳,而美、欧诸国则比较偏爱单壳。


近年来的经验表明,对缺少核潜艇那种强劲不绝动力的常规潜艇来说,采用单壳体(包括混合壳体)似乎利大于弊。与双壳体带来的有限好处相比,其缺点显得十分明显。就拿新元和日本的苍龙级作为对比,根据目测,苍龙的艇身尺寸比新元要稍大些,不过两者的水面排水量相差应当不会很大。不过一般单壳潜艇的储备浮力仅为7%-9%左右,艇尾为双壳结构的苍龙级略高——根据目前公开的该艇水上/水下排水量为2950/3300吨之数字,可算出约为10.6%。而双壳潜艇的储备浮力则普遍达到20%以上,一些型号——比如俄制基洛级——甚至高达30%左右!新元的艇体与基洛比较相似,其储备浮力很可能也会接近30%这个数值。也就是说,下潜状态下,新元肯定要灌进比 “苍龙”相对自身重量比例更多的海水。双方水下航行性能之对比显然会不利于新元。


目测估计,“苍龙”的艇身长度和直径应当都超过039B


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至于说到安全性,西方的单壳潜艇过去数十年在这方面的表现并不差,比如单壳体的美、英核潜艇照样能活跃在坚冰密布的北极区域,而我军潜艇的作战海域之环境还没有那么苛刻。另一方面,以现代的反潜武器之巨大威力,既然能有效撕开台风级或奥斯卡级这样的水下怪兽的双层壳体,常规潜艇那层薄薄的非耐压壳又能直到多大的保护作用?以上几点理由可能也是一贯秉持双壳体传统的俄国人,在新型的拉达/阿穆尔级潜艇上开始尝试采用混合壳体结构的原因之一。


混合壳体简单说,就是部分舱段是单壳、部分舱段是双壳。它在一定程度上揉合了单壳和双壳的优点(反过来说又在一定程度上继承了二者的缺点)。不过随着AIP技术的大行其道,混合壳体结构近年也开始逐渐兴起,因为艇艉段的动力舱段是双壳结构,两层壳体之间的空间正好可以容纳AIP系统使用的液氧或氢燃料(此处被杂志编辑改成了“……容纳AIP系统必不可少的冷却装置和燃烧产物稀释、排放装置”)。这种处理方式的典型代表里包括了著名的德国212A级和前面提到的日本苍龙级。


燃料电池AIP,双壳之间的贮氢罐


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不过对我国而言,潜艇的结构设计如果要从双壳体向单壳体风格转变,也不是件容易的事。以往布置在两层壳体之间的高压气瓶、燃料、管路等组件、设备都要移到艇身之内,十分挤占本已狭小的空间,艇体本身也要改成内肋骨结构,这对总设计师的功力是个很大的考验。潜艇这种兵器本身就具有高风险性,设计上首先要讲求稳妥,所以中国潜艇要圆“单壳体梦”恐怕还得待以时日,绝非一朝一夕之功。


动力系统,新元的最大亮点显然是其实用化的AIP系统。在几种不同的AIP方案中,我们首先选择了斯特林热气机。跟目前其它几种已经实现实用化的AIP系统——燃料电池、闭式循环汽轮机和闭式循环柴油机相比,斯特林机在研制周期与难度、运行噪声、工作深度、水下航程、使用安全性和经济性等方面,全是良好或中等,同时技术上的风险性也最小——瑞典人已经替我们吃了第一口螃蟹。不过该类型发动机的固有缺点也不好解决:功率密度(发动机单位重量能产生的最大功率)和热效率都很低,单机功率也难以做大,必须一艇装多机。装少了功率不足,发挥不了作用,想多装又会导致全艇体积和排水量增大,形成恶性循环。


以著名的瑞典考库姆公司的V4-275R系列机型为例,该机型目前已发展出了MK1、MK2、MK3三代。作为实用型AIP潜艇先行者的瑞典哥特兰级,水下排水量不到1500吨,只装了两台单台持续功率65KW、最大功率75KW的MK2型。而水下排水量为3300吨左右的日本苍龙级装的则是4台功率基本相当、性能经过进一步优化的MK3型。


从公开文献上看,我国10年前也已造出了潜用斯特林机的原理样机,其最大功率同样为75KW——不排除我们借鉴了国外某些现成技术的可能(登出的文中此句被删)。而新元上的系统应当就是这套样机的改进型,功率上不会有太大的变化。新元的排水量明显超过哥特兰级这样只适合波罗的海作战的“小鱼”,但水面排水量及艇内空间又比苍龙级小,所以估计其装机台数应为3~4台。若是前者,那么新元的AIP经济航速及最大航速应当跟苍龙级略有差距(杂志上“3~4台”这一句被删,“略有差距”被改成了“大体相当”)。


武备,声呐及火控系统是潜艇各种系统中相当敏感的部分,国内在这些方面更是高度保密,所以我们也不好随意估测其性能。只能说,国内这方面近年来的进步还是比较大的。当然,这些进步未必马上就能以看得见、摸得着的全新型号之设备的方式体现出来,所以新元上的整套系统很有可能是039宋级艇上现有系统的改进型,而不一定会是另起炉灶重新研发的全新产品,但新元在这方面的性能无疑仍可以代表目前国内常规潜艇的最高水平。


值得一提的是,一些网络文章根据元级某张下水照片中艇体侧面的几块矩形阵面,便判定元级便已装备了舷侧阵声呐。不得不说,这种推断未免失于草率。因为一些声呐设备外观上可能相似,但作用却不尽相同,光凭外表是很难断定其类型的。当然,以我军近年来在水声设备研发上的进步,以及官方公开文献中提到的二代核潜艇已装备舷侧阵声呐这一事实来看(登出的文中此句被删),元和新元已装备舷侧阵声呐的可能性的确相当大。


元级舷侧的疑似舷侧阵——是耶?非耶?


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至于军迷们十分关心的另一个问题——新元是否装备了拖曳声呐,这还得看国产拖曳声呐在小型化方面的具体进展程度,而不能说既然二代核潜艇上已经装备了,元和新元也肯定就能用上。一些网友误把尾舵顶端的结构当成了拖曳声呐收放线缆的开口,其实只要仔细观察就能发现,那只是艇艉航行灯。


新元艇艉靠近十字舵的地方有几个圆洞,很可能就是气幕弹发射孔(但是也不能排除是补气、补液口的可能性)。气幕弹内装填的化学药剂可与海水发生化学反应,在海水中形成一道对声波有较强反射作用的“气泡层”,一能反射鱼雷声导头的主动声呐信号,起到假目标的作用;二能对声通道起到隔断作用,使敌方鱼雷的主/被动声导头的探测性能降低。气幕弹在我军潜艇上早已装备,虽然它目前已经不算什么高新技术,而且现代鱼雷的先进制导头大多可以有效识破它的欺骗,但它还能有效地屏蔽本艇的辐射噪声,并降低敌方鱼雷的自导作用距离,仍不失为一种廉价、有效的水声对抗手段。只要使用得当,它仍然能够发挥作用。新元上或许还有一些更高端的水声对抗手段,但具体情况目前无法了解。


艇尾航行灯和疑似气幕弹发射孔


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新元携带的武器应当仍为传统的国产各型鱼、水雷及“鹰击”系列潜射反舰导弹,而其中的亮点当属最近才入役的最新型热动力线导反潜/反舰两用鱼雷,该雷代表了国内近二十年来努力之成果,性能值得期待。此外虽然国产潜艇上暂时没有跟进口基洛级艇上的俄制“俱乐部”相类似的远程火力,但我们跟印度不同。印度海军玩不转进口的“俱乐部”导弹,便只好一味归咎于俄国产品的质量。而一向以借鉴、消化外来技术见长的中国军工在接触过进口的“俱乐部”导弹后,肯定会有不少心得体会。相信中国海军在不久的未来,也会拥有自己的潜射远程巡航导弹系列,性能说不定还会比“俱乐部”更好,对此我们应有充分的信心(这几句话本来担心被砍,没想到杂志上保留了……意外之喜铁血网提醒您:点击查看大图


)。


安静性,在这方面,该艇显然也会代表国内现役型号的最高水平。那些在国际上已经“滥大街”的流行降噪技术,比如大倾侧七叶螺旋桨、减震浮筏、消声瓦……等,新元应当都会采用。不过类似的技术手段大家都用,水平和效果却会有高下之分。


据公开资料介绍,国内的潜艇减振、降噪技术经过近十年来的刻苦攻关,在诸如机械设备和舱筏隔振、管路连接及消声、低噪声设备、消声材料(可惜,再晚上两天,此处就能再添上个“泵喷推进器”)等方面已取得了一系列突破,在噪声治理的测量、分析和计算方法上也取得了长足进步,此外还对一些国际上也属前沿的新降噪技术展开了预先研究。然而跟其它潜艇大国几十年来的技术积累相比,我们的底子无疑还较薄,对降噪至关重要的材料和机械加工制造这两个工业基础项目上,跟国外也还有明显差距,所以我们目前仍处于不断追赶、逐步向国际先进水平靠拢的阶段。至于新元的安静性能达到何种水平,目前外界无从得知。我们也许只能笼统套用一句介绍我军新型武器时常会用到的“达到了世界先进水平”来形容。换句话说,新元也许还当不成“海洋黑洞”,但至少也能做到“比较安静”。


值得一提的还有新元的流水孔问题。许多网友对新元上仍保留那一长排高高低低的、西方各级常规新潜上见不到的流水孔困惑不解,而且意见极大。其实,这正是新元采用双壳体结构导致的必然现象。双壳潜艇的非耐压空间比单壳潜艇要大得多,所以不得不在艇体上开设更多的孔洞供海水流进、流出。


当然,跟同为双壳结构的俄制基洛级相比,新元的流水孔数量同样偏多,造成这一现象的原因笔者不敢妄断,也许我们在流水孔的设计上跟俄方还有差距,也许还牵涉到舷侧空间、上层建筑空间、压载水舱空间、以及对上浮下潜速度的要求不同等一系列设计问题。虽然新元的流水孔设计无疑会产生更大的噪声和阻力,但下潜、上浮速度多半也能因此得到提高。


流水孔对比


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基洛的流水孔


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212A的流水孔就是艇体侧面中部的一条细缝,不细看甚至很难发现


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潜深,一般而言,潜艇潜得越深,则隐蔽性越好。潜艇的最大潜深主要跟耐压壳体材料的强度、厚度,以及艇内支撑件的强度和密度等结构设计因素有关。


尽管潜深越大越有利,但作战潜艇毕竟不是深潜器,讲求的是综合性能。而常规潜艇又跟核潜艇的情况不完全一样,常规潜艇经常要在浅海战环境下作战,潜深过大也有浪费之虞,因此作战环境的不同也造成了各国对潜深的要求也不尽相同。所以在确定新潜艇的潜深指标时,不仅需要考虑可能面临的主要作战环境的水深情况,还应根据本国的工业技术实力和所能承受的建造成本来选择艇体材——如果某种钢材能使潜深增加三、五十米,但却会导致造价直线上升,那么性价比就未必高。与此同时,潜艇的各种设计因素也会相互影响,所以必须制订出全面合理化的各项战技指标,然后设计师再根据所有这些指标来进行综合权衡、取舍,以求得综合性能的最优化。其中当然也可根据装备的实际作战情况而突出其中的某项性能,但不能不顾一切地追求某个单项而彻底牺牲其它方面。


在结构设计水平相近的情况下,壳体材料的强度基本上决定了潜艇的潜深水平。对我军而言,常规潜艇要承担远海作战任务,所以潜深指标十分重要。然而众所周知,我国虽是钢铁大国,却不是钢铁强国,在特种钢材的开发及加工方面的技术实力平平。从公开资料看,我国目前已知的最新型舰船用钢的屈服强度,跟国外的先进钢种相比仍有20%左右的差距,而且新钢种出来以后尚需经过一段时间的性能考验,并摸透其工艺特性,一般不会马上就应用到新潜艇上。目前公认的“东亚水下双强”里,日本的苍龙级使用了本国的NS110高强度钢,最大潜深超过400米,甚至有500米之说。而韩国的孙元一混用了HY80和HY100合金钢,最大潜深亦达400米。然而目前尚无任何迹象或证据表明新元换用了强度更高的新钢种,那么它的最大潜深应当跟上一代的平均水平差不多,基本保持在300米左右。


新元的出现意味着什么


新元一出,顿时在军迷们中掀起了一阵欢腾。该艇的出现,标志着我军在追赶世界最先进潜艇技术水平的漫漫征途上又踏出了坚实的一步,我军潜艇部队的作战能力也将迎来一个历史性的飞跃。下一步,我们将一同怀着欢乐的心情,观察这级新“黑鱼”将以多快的速度接二连三地从造船厂里游向大海。


不过与此同时,我们也有必要保持冷静,对新元的实力和定位作出一个比较正确的评估。


我们都知道,目前各国已投入使用的AIP系统皆为辅助性质的,功率有限,无法达到即能使潜艇在水下以10节左右的时间持续航行,同时又能保证艇上的设备及生活用电的理想性能。目前的AIP系统其最大意义在于降低潜艇在向巡逻区域航渡过程中、以及在巡逻区域进行巡逻航行时的暴露率(暴露率即潜艇的通气管航行时间与潜航时间之比)。以新元为例,战时固然可以4~5节的AIP经济速度进行全程水下航行,但万一军情火急,必须全速赶往战区时,则很可能不得不动用蓄电池组“加力”,或在敌方反潜相对薄弱的海区进行通气管航行。这两种做法无疑都会增加潜艇的暴露率,必须慎用。可见,目前的AIP潜艇其实仍然必须面对电力耗尽这个老问题。为了摆脱这种局面,必须大幅提高AIP系统的功率,近期目标是把AIP巡航速度提高到10~12节的水平,远期目标则是开发跟“辅助性AIP系统”相对的“单一性AIP系统”,即单靠艇上的AIP系统就能为潜艇捉供水下航行所需的全部能量。后者近期难以实现,前者的希望则基本寄托在燃料电池上。燃料电池在各类AIP系统中具有最高的功率密度,热能转换电能的效率高达60~70%,副产物只有水,运行时没有机械噪声,跟其它种类的AIP系统相比,性能优势相当明显。目前德、美已相继掌握了燃料电池技术,俄国的据说也已接近实用化。我们必须加大在这方面的研究力度,尽快突破贮氢等技术难关,争取让新元的下一代装上国产燃料电池。


(上面这几句话在杂志中被删掉了,俺个人以为其中必有缘故。听说俺军AIP技术研究中亦有“流派之争”,或许……燃料电池真的不符合中国的国情?俺觉得可以认真关注一下这个问题。比如,从理论上来说,只有核潜艇才真正符合中国海军的需求。我们也许根本没必要在常规AIP系统上花费太多的力气?况且燃料电池在使用上也的确不太方便,比如制氢、充氢等环节都是麻烦)


然而在一些风格轻佻的网络文章中,新元已经被描述成了“小核潜艇”,一些网文甚至宣称:以新元为代表的AIP潜艇在浅海环境里,能充分利用自身噪声小、行动灵活的特点轻易设伏猎杀身躯庞大、行动不便的美军核潜艇!果真如此么?其实,核潜艇一直牢牢掌握着两大技术优势:


一是核潜艇那套“大而全”的复杂声呐系统,是常规潜艇“可梦”而不可及的;


二是超强的机动性。首先,攻击核潜艇的最大速度普遍可达30节以上,而目前的AIP潜艇要开到7~8节以上就要动用蓄电池组。要是开到18~20节的全速,不到一刻钟电池组就会耗尽。其次,马岛战争中英国核潜艇能一连多天以超过20节的平均航速赶往战区,而目前各国所有型号的AIP潜艇水下航渡时,最快的也只能达到这个速度的三分之一强,而且此时艇上的液氧(或许还有氢燃料)会消耗得很快,以致会大幅降低水下续航力。将来就算AIP系统的性能大大提高了,常规潜艇也绝不可能在机动性方面接近同时代的核潜艇。


许多现代常规潜艇(包括新元在内)的水下排水量已超过3000吨,不再轻小灵活。而西方的核潜艇又早已实现了低速航行的安静化,目前正在中速巡航安静化的方向发展。常规潜艇以往这两方面的传统优势已大打折扣或是消失。常规潜艇也许可以在其它兵力的情报保障及支援下,通过采用坐底设伏一类的特定战术,外加一些好运气,在核潜艇身上讨得些“便宜”,但就大局而言,常规潜艇在核潜艇面前更经常扮演的仍是“猎物”的角色。从长远看,解决了技术困扰和资金不足问题之后的中国海军也应把核动力潜艇作为自己的水下主力倾力打造,而常规动力潜艇则应退居次要的从属位置。


另一方面,前面我们说过,AIP系统的主要功能是降低潜艇的暴露率。也就是说,AIP潜艇的性能优势主要是针对舰基或空基反潜平台的。而如果要对潜作战,即使面对的是未装AIP系统的普通常规潜艇,新元亦难确保一定就有胜算。比如,新元若与春潮、亲潮或张保皋级这类高性能、安静型的非AIP潜艇相遇,斯特林热气机及配套发电机很可能会因发出机械噪声而被下令关闭,此时若双方的电池组都处于相对饱满状态,新元并无多少即时优势可言 (杂志上这一句亦被删掉了,不知是因为技术性错误还是……)。当然,AIP系统平时不仅能代替蓄电池组提供动力,同时也能对蓄电池组进行慢速充电,所以AIP潜艇的蓄电池组中一直能保有较多的剩余电量,这一点还是很有意义的。不过只有装备了运行无噪音的燃料电池,AIP潜艇在反潜战上的优势才能较好地凸现。


最后,我们还应看到,我军潜艇技术的提高跟世界水平的发展是同时进行的——我们进步了,别人同样也在前进。我们目前的前进步伐虽然较快,但毋庸置疑地仍然带着为以往的落后“补课”之性质。目前,全球范围内的先进常规潜艇正呈日趋扩散之势,仅在周边水域,就麋集着日本的苍龙级、韩国的孙元一级、俄罗斯的拉达/阿穆尔级、以及一些东南亚国家即将引进的天蝎座级这样的先进AIP潜艇,更别提美国海军布署在亚太地区的洛杉矶改进型、海狼、弗吉尼亚这样的凶猛 “核鱼群”……所以我们在欢呼雀跃的同时也应保持一份清醒的头脑,不要指望新元一出,就能带来“美军胆寒、航母编队退避三舍”之功效,而我们马上就可以靠它“剑锋所指,群邪辟易”了。新元的最大价值,在于把中国海军跟世界潮流基本同步地引领进了AIP时代,为我军常规潜艇技术的进一步发展打下了一个坚实的基桩。中国海军要真正称雄大洋,尚需更多性能更加先进的舰艇,以及各相关兵种均衡、全面地发展进步。“百年海军”并非诳语,我们还需为此付出长期的艰苦努力。



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