大洋黑洞—039型常规潜艇

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039型常规动力潜艇,为我国自行设计建造的第二代常规动力潜艇。039型潜艇在研制过程中充分吸收西方发达国家常规潜艇的新概念,大量采用新型动力、自动化设备、声纳和武器装备。其作战能力预计与俄制基洛级持平,超越德国上世纪80年代水平的209潜艇。


大洋黑洞—039型常规潜艇


中国海军039型常规潜艇,北约称之为“宋”级。


常规动力潜艇是指由柴油机、推进电机、蓄电池组成动力模式的潜艇。常规动力潜艇水面航行由柴油机提供动力,水下则由蓄电池提供电能,由推进电机推动潜艇航行。由于蓄电池储备的电能有限,因此常规动力潜艇水下续航时间短,续航里程小。当蓄电池耗电过大后,常规动力潜艇需要升起通气管或者上浮水面,启动柴油发电机为蓄电池重新充电。所以常规动力潜艇也有暴露率高的弊病。相对于核动力潜艇的无限续航力,常规动力潜艇古老的动力组成方式已显得落伍。不过大部分国家因为种种原因,并不具备建造核动力潜艇的条件,而核动力潜艇建造与退役处置的高昂费用,也让很多拥有核动力潜艇的国家,往往以常规潜艇作为补充,以降低海军装备费用。所以物美价廉的常规动力潜艇,还是获得了很多国家的青睐。


我国自建国以来在前苏联的帮助下陆续引进并国产化了03、033型常规动力潜艇,在其基础上又发展了第一代自主设计的035型常规潜艇,随后在90年代完全自主设计、自主研发的039型常规潜艇也研制成功。本文介绍了039型常规潜艇的历史由来和发展历程,并分析了039型艇的基本性能。


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035“明”级是中国自主设计的第一款潜艇


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039型常规动力潜艇,为我国自行设计建造的第二代常规动力潜艇,由中国舰船研究设计中心研制,武昌造船厂建造。总设计师为我国著名常规动力潜艇设计师李连有,李老也为我国第一代自主设计的常规动力潜艇035型的技术负责人。039型潜艇项目研制时间始于上世纪80年代中后期,当时我国常规动力潜艇主要为国产化后的6633型(简称033型)与在033型基础上发展而来,自主设计建造的第一代常规动力潜艇035型。这两型潜艇技术根源都来自前苏联633型R级,设计年代早设计思想陈旧,主要性能与80年代西方同期服役的常规动力潜艇差距较大。为了满足海军新时期下的作战要求,并缩小同西方发达国家先进常规潜艇的技术差距,我国正式决定研制新一代常规动力潜艇,并于上世界80年代中后期,正式开始039项目的研制计划。



039型潜艇研制初期,我国与西方关系较为密切,研究人员有较多机会去法、英、德等西方发达国家的军工企业参观交流。因此设计人员开始接触和学习西方先进设计观念,039项目自然也受到了西方设计理念的影响。按李连有总师的话来说:正处于向西方看的时代。所以第二代艇充分吸收发达国家设计常规潜艇的新概念、新技术,采用了新的科学管理思想和方法。用系统工程理论对艇进行优化设计,要求做到全艇有机协调,综合性能兼优,把艇总体和10个系统作为全武器系统进行设计。这在中国潜艇设计上是第一次,在设计上获得了成功,把我们国家的潜艇设计和制造,以及设备配套能力推向了一个新的高度。(此段摘录于《现代舰船》2005.3A《踏海蛟龙-国产常规潜艇总师访谈录》)


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039首艇下水仪式


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正是“向西方看”的设计观念,让039的线型选用了同时期西方发达国家常规潜艇普遍采用的过渡型艇型,与当时西方主流常规潜艇如德国的209、法国的阿哥斯塔、意大利的萨乌罗等线型相同。首部型式也采用了和209型、阿哥斯塔相同的过渡型首(俗称鲸首),艏柱直立艏部线型较丰满,满足了首部上下布置较大体积的声呐设备要求。艏舵为我国在核动力潜艇上已率先使用的围壳舵,尾部采用水滴线型的轴对称回转体锥尾,单轴单螺旋桨推进形式,尾舵为十字型尾操纵面(十字舵)。



这样的线型方案,让039型潜艇在水面航渡与通气管状态航行时,能够降低兴波阻力,获得与033.035等常规线形潜艇相同的水面航行性能。在水下航行时则比033.035型采用的常规线型具备更低的航行阻力,有效提高了水下航速。039尾部采用锥尾单轴单桨十字舵布置方案,改善了033.035等老型号潜艇采用的多轴多桨水面舰船型尾水下阻力值大、噪声水平高、推进效率差的弊病。039型还采用了西方先进潜艇使用的大侧斜7叶螺旋桨,大大降低了潜艇水下螺旋桨空化噪音,提高了潜艇静音航速。(螺旋桨噪音为潜艇三大噪音之一)


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039尾部采用锥尾单轴单桨十字舵布置,大侧斜7叶螺旋桨可降低噪音。


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因为研制初期与我国与西方关系较为密切,获得了引进德国MTU公司生产的396SE84型先进柴油发电机与配套技术的机会,通过相关科研院所与建造单位的努力,在陕西柴油机厂实现了国产化。这也让039型潜艇获得了世界最先进的潜艇动力系统,这在我国国防装备上是不多见的。


在动力形式上039型潜艇也获得了突破,一改早期潜艇采用的直接传动方式,而用电力传动形式取代。这让039型潜艇可以配备396SE84这样的高速高比能柴油机,改变了我国早期潜艇使用中低速柴油机带来的低频噪声重的问题,大大改善了我国常规潜艇动力噪声水平。电力传动形式的采用,也让我国常规潜艇传动方式与世界先进常规潜艇传动方式接轨,获得了与西方先进常规潜艇同样的动力性能与噪声水平,这在我国常规潜艇发展上是个历史性的突破。


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德国MTU公司396系列军民两用高速柴油机,该型柴油机已实现国产化。


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经过努力039首艇320号于1994左右下水,作为完全自主研发的新一代常规动力潜艇,039型首艇在海试与部队试装备过程中不可避免出现了较多问题。为了完善设计方案提高新艇各项性能,同时也为了让部队适应自动化、信息化程度较高的新型常规潜艇,掌握新装备的操作经验。首艇320号在下水后承担了繁重的试验任务。由于面临的问题较多,039型艇一直没有定型批量生产,在1994年后较长一段时间内,039型艇都没有后续艇出现。而首艇320号则逐渐在国内媒体与军事刊物上广泛的抛头露面,320号潜艇的独特身姿遂为广大军迷所熟悉。


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039首艇320号独特的阶梯状围壳


期间320号艇独特的阶梯状指挥台围壳,引起了各方强烈的兴趣,一些外媒曾推测为新型声呐导流罩。部分国外技术刊物则认为320艇的阶梯状围壳,在线型设计上不够完善,水动力性能上会带来较大弊端。由此引发国内军事爱好者对于320艇围壳线型的激烈争论。不过随着2000年左右中央七台公开了039型后续艇321号的航行画面后,关于320号艇阶梯状围壳的争论终于结束。在039型后续艇上,320号阶梯状的围壳形式被改变,围壳被整个上包,整个围壳已形成了一个整体,并且在后续艇上沿用了这一线型改进方案,摒弃了首艇独特的阶梯状围壳形式。



320艇采用阶梯状围壳,有可能是为了改善潜望深度,加长了潜望镜与部分观通设备的长度,导致这部分观通设备超高于围壳高度,无法完全收回到围壳内。为了避免林立在围壳外的观通设备加大潜艇水下航行时的阻力,也为了不让潜望镜等观通设备在水流冲击下振动损坏并无法工作,320艇围壳后部用一个突起的观通设备导流罩形式,将这部分无法完全收回到围壳内的观通设备包覆起来,形成了320艇独特的阶梯状围壳形式。这样的设计方案让我们想起了033、035型艇围壳中部突起的潜望镜与通气管整流罩,两者的设计初衷或者相同,考虑到新老型潜艇技术负责人都为李老,对于出现这样高相似性的观通整流罩也就比较好理解了。



不过阶梯状的围壳容易引起围壳顶部层流分离加剧,导致较为严重的瑞流产生,而观通设备导流罩与围壳垂直相交面随航速的提高,也容易产生涡流。两者结合会大大恶化流经围壳流场的均匀性,并向后发展进一步影响后艇体段的流体性能,恶化螺旋桨盘面入流品质,产生较大的流体噪声并影响潜艇的推进效率。因此039后续艇自321号起,围壳形状发生了改变,将围壳前部上包,与围壳后部导流罩形成一个整体,以改善320艇可能存在的因围壳线型导致的水动力性能不佳的情况,并将线型改进方案一直沿用到所有后续艇上。


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039型的后续艇都将围壳前部上包,与围壳后部导流罩形成一个整体。



随着2000年321号在央视正式公布后,039型后续艇的建造逐渐加快,批量建造的039后续艇大量的出现在人们眼前,说明039型常规动力潜艇在2000年前后,已经通过设计定型,进入到批量建造阶段。定型后的039型艇不仅在围壳线型上有了变化,在艇体诸多细节上也有了改进。首艇320号原本在围壳前缘下部,具备设闸室功能的逃生舱出入口被移动到了艇体前面。在后续艇上,取而代之的是一个较简单的圆滑过渡形式(可以称之为附体填角形式)。这种圆滑过渡的围壳前缘填角形式,也为当今现代潜艇广泛采用。这可以改善流经围壳的流场均匀性,改善艇体后段流场的平稳性,对于降低水动力噪音显然有益。同时在后续艇中,不同批次建造的039型艇还在围壳后缘线条上,首部流水孔形式上有着诸多的差别。这表明039系列潜艇在建造装备过程中,一直在完善艇体线型与流水孔的布置形式。由此可以体会到我国潜艇设计人员,在自主设计新型常规潜艇过程中碰到诸多困难。而首艇与定型后批量建造的后续艇,在线型上的较大差异,更表现出首艇在技术方案上的欠成熟度。并且直接造成了定型后的039型艇围壳高度增加,围壳面积加大。而过于高大的围壳对于潜艇水下回转性能不利,这对039型潜艇的水下机动性能会产生负面影响。



不过随着039型艇设计方案定型,039系列常规动力潜艇最终达到了项目设计要求,而039型潜艇凭借其设计时的高起点,突破了我国常规潜艇在线型上固守常规线形的局面,采用了同时期国际主流的过渡线型,提高了我国常规型艇的水下航行速度。


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039型潜艇在设计初期就注重的自动化、信息化要求,也让039型艇获得了老型号033.035等潜艇难以企及的操纵性能与作战水平。一批配套的新型综合声呐、噪声测距声呐、侦察声呐、雷达、光电潜望镜,电子对抗,先进通信系统的研制装备,也大大提高了039型艇的观察搜索与情报通联能力。



通过公开的039型艇视频画面,我们能发现039型艇的自动化水平较高。舱内众多的显示设备表明039型艇一改我国早期常规型艇分散显示、分散控制的落后指挥控制模式,改为集中显示集中控制形式,大大提高了对目标的侦测、识别、跟踪、攻击等能力。


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央视新闻报道截图,039采用集中显示集中控制的指挥模式。


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039潜艇采用了电子海图


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039型潜艇在设计中还注重降低整艇噪声水平,在动力机组上使用了减震浮阀技术(李老在接受杂志访谈中口述),大大降低了动力噪声水平。在尾部推进系统上大胆变革,摒弃落后的常规型潜艇多轴多桨的布局方式,采用水滴型潜艇的回转体锥尾,与单轴单桨十字舵形式,也让039型艇具有了更好的推进效率,配合7叶大侧斜螺旋桨的使用,让039型艇提高了静音航行速度,降低了螺旋桨空化噪音。而在艇体表面敷设的消声瓦,对于降低艇内噪音向外传递,削弱对方主动声呐声波反射强度,起到了重要的作用。这对于提高我国潜艇声隐蔽性是个开创性的进步。


由于这些先进的降噪技术的采用,我们有理由相信039型潜艇的噪声水平大大优于我国早期各型常规动力潜艇,相比也应该好于同时代的209型、阿哥斯塔型、春潮级等常规动力潜艇的噪音水准,而应与同样采用了减震浮阀与消声瓦技术的877EKM与改进型636型相接近。这是中国潜艇在降噪水平上的跨越性进步,很大程度上提高了中国常规动力潜艇的作战隐蔽性。


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039潜艇大量采用消声瓦等各种降噪技术。


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039潜艇的静音水平预计可与俄制基洛级636型相当。


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在武备上039型艇首布置了6具鱼雷发射管,通过最近公开的一系列039艇内部指挥舱的视频发现,039型艇应该装备了两具液压平衡鱼雷发射系统。这改变了我国常规动力艇只有气动不平衡鱼雷发射系统的局面,液压平衡式鱼雷发射系统的采用,也让039型艇获得了大深度发射鱼雷的能力,提高了039型艇潜航下的作战隐蔽性。同时最近在各种媒体上公布的039型艇装配鱼雷的图片也表明,039型艇装备了我国最先进的鱼-6热动力线导(具备主被动声自动、与尾流自导能力)鱼雷,鱼三乙等改进型电动力鱼雷,这些先进的鱼雷的使用也让039型艇获得了良好的打击敌潜艇、水面舰船的威力。而根据中央7台播放的039型艇在中俄联合军演中发射潜射导弹的视频表明,039型艇也装备了我国YJ82型潜射反舰导弹,这让我国常规动力潜艇在打击方式上更丰富,打击手段上更完备,提高了打击敌水面舰艇的能力。


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039型潜艇在艇艏布置了6具鱼雷发射管。


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039型潜艇可以使用国产鹰击82型潜射反舰导弹


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总体来看039型艇的研制成功,改变了我国常规型潜艇落后与世界的局面,通过高起点的设计,诸多突破性新技术的采用,让我国的常规动力潜艇第一次接近了同时期世界先进常规动力潜艇水平。为将来设计新一代常规潜艇储备了人才,积累了丰富的经验。虽然039型艇研制过程中遇到了诸多的困难,并在艇体线型上有不够完善的地方,但是我国设计人员通过巨大的努力,在后续批次建造中逐渐完善了039型艇的设计方案,达到了该型艇的设计要求。039型艇是我国常规动力潜艇研制上获得突破性成果的潜艇,它奠定了我国研制具有国际先进水平潜艇的能力,为接下来我国常规动力潜艇赶超世界先进水平提供了良好的基础,在此我们向研制039型潜艇的研究制造人员表示崇高的敬意。


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俄制基洛级常规潜艇,039型常规动力潜艇作战能力预计与俄制基洛级持平。


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日本海自的亲潮级常规潜艇,注意其帆罩采用倾斜渐缩式设计以分散敌方主动声纳的反射波。


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德国212A型常规潜艇拥有优美光滑的轮廓。德国人的潜艇制造水平和它的战车制造水平齐名。



下面是中国039型常规动力潜艇与日本亲潮级,俄罗斯基洛级,德国212A型潜艇的性能对比。这三种潜艇均为世界先进常规潜艇的典型代表。

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