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爱游戏app下载 - 网站入口—聊一聊今世核潜艇都有哪些先进技术

来源:爱游戏下载点击: 发布时间:2022-10-13 22:40
本文摘要:1. 单壳体在冷战时期,单、双壳体结构还是两种设计门户,互有优劣,分庭抗礼。然而随着技术的进步,双壳体日渐式微,岂论是核潜艇还是通例潜艇,最近几年服役的新艇中只有中国仍然接纳双壳体。俄罗斯最新的拉达级通例潜艇也已改为单壳体;雅森级和冬风之神级核潜艇则接纳了单、双壳体混淆结构,比传统的双壳体有所革新。 在恐龙级的双壳体台风级眼前,冬风之神级的水线以上部门显得相当苗条、人畜无害船坞中的冬风之神级首艇“尤里·多尔戈鲁基”号,水线下庞大的艇体则露出一股凶悍的杀气。

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1. 单壳体在冷战时期,单、双壳体结构还是两种设计门户,互有优劣,分庭抗礼。然而随着技术的进步,双壳体日渐式微,岂论是核潜艇还是通例潜艇,最近几年服役的新艇中只有中国仍然接纳双壳体。俄罗斯最新的拉达级通例潜艇也已改为单壳体;雅森级和冬风之神级核潜艇则接纳了单、双壳体混淆结构,比传统的双壳体有所革新。

在恐龙级的双壳体台风级眼前,冬风之神级的水线以上部门显得相当苗条、人畜无害船坞中的冬风之神级首艇“尤里·多尔戈鲁基”号,水线下庞大的艇体则露出一股凶悍的杀气。单壳体的优势就是双壳体的劣势,简朴的说双壳体导致过大的体积和排水量。水面排水量相当的两种核潜艇,双壳体的水下满载排水量要比单壳体多出20%以上,即是多带了数千吨海水在一起角逐跑,既臃肿又极重。面临现代立体反潜体系,体积大会增加被发现概率,浅海灵活性差;排水量大则需要更强大的动力系统,进而增加全系统的体积和质量,造成恶性循环。

打捞出水的“库尔斯克”号艇体后部残骸,严重受损的艇艏被切割下来留在了巴伦支海底。由内至外可以依次看到耐压壳、外肋骨、“花岗岩”导弹发射筒、舷间支撑结构和轻质的外壳,下潜后庞大的舷侧空间将充满近9千吨海水。

双壳体湿外貌积过大,摩擦阻力大,声纳反射信号强,高速性能差;耐压壳内容积小,空间狭窄,武器装载量低;外貌开口多,增加噪音和阻力;内外壳之间的支撑结构庞大,增加了死重且维护难题。和众多劣势相比,已往双壳体、小分舱、大储蓄浮力带来的几个优势到如今都已经有些得不偿失了:双层壳和其间一两米厚的水层的掩护,面临今世先进大威力鱼雷的聚能装药战斗部,并不比单壳体的生存力更高;小分舱造成结构庞大、设备结构难题、居住性差;大储蓄浮力导致下潜速度慢。7500吨级的093改武器装载数量和实际作战效能只近似于5300吨的苏弗朗级,造成这种差异的罪魁罪魁可以说就是双壳体。

最大略地推算,095如果继续接纳双壳体结构,要想到达弗吉尼亚级(7900吨)的能力,水下满载排水量至少会在9500吨以上(大20%),对平均水深只有120米的东海大陆架来说太过庞大了。095,希望能成为中国第一型接纳单壳体的核潜艇。2. 围壳修型在093改型上,我们已经看到对围壳举行了修型,增加了根部填角和顶部圆角,位置还往后移了一点。但这些只能算是针对流场举行的局部性小修补,从整体结构来说093的围壳还是尺寸偏大,没有遇上缩小围壳、靠前部署的潮水。

上述五型潜艇中弗吉尼亚级的围壳尺寸最小,而且它的围壳另有一个很是特此外设计。一直以来,我都对弗吉尼亚级围壳上的这一大堆盖板感应疑惑不解,如果是某种声纳探测系统,为什么不把它们连成一大片,开这么多小窗口还是不规则的,到底是干什么的呢?外型很是相似的海狼级围壳上就是平滑的,没有这些盖板。

制作中的围壳,窗口结构很清晰。厥后看到结构图才知道,这些“洞洞”是External Locker,就是外部储物柜,用途和中学生在学校里用的locker差不多。只是使用的人差别,是配属弗吉尼亚级执行任务的特种队伍,通常就是指海豹突击队。盖板的材质和围壳填角一样也是Goodrich公司生产的复合质料。

弗吉尼亚级是美国第一型从设计伊始就专门为特种队伍内建配套设施的潜艇。在艇体中部设有一个能够容纳9名海豹队员的气密闸室,可以仅通过一次排气/注水操作就释放出整支海豹小队,极大地提高了出动效率。潜水员出舱后,前往围壳的储物柜水平取出各自的装备,而不必泯灭大量时间从狭小的闸室舱口一件件垂直提取极重的装备。

这样的设计真是很是实用化和人性化,也只有把围壳内部设备精简到最少才气提供这样的冗余空间。台甫鼎鼎的海豹六队在执行潜水训练,图为打开储物柜提取装备的场景苏弗朗级的围壳也很小;雅森级的流线型围壳较大,上篇提到过是因为其中包罗了整体式漂浮救生舱。剩下只有机敏级的围壳和093比力靠近,体积也相当大。在苏格兰海岸并肩而行的两艘机敏级,后面一艘是“机敏”号,两艇的外观显着差别可是机敏级围壳的后部是藏有玄机的。

它可以替换围壳后沿组件,在其后插入一个DDS(Dry Deck Shelter)干式蕴藏柜,用于收纳皇家水师特别舟艇中队操作的美制SDV(SEAL Delivery Vehicle)海豹特种载具 - 一种湿式微型潜艇。艇员可以直接从潜艇内部进入DDS,在气密状态下完成准备事情,再注水释放出SDV,全历程都在水下完成,保持了隐蔽性。洛杉矶级达拉斯号后甲板的DDS正在装入SDV。

DDS直径3米,长近13米,重30吨,是可拆卸式的,可以在12小时安装到革新过的洛杉矶级上;而且它是可空运的,增强了特种队伍全球部署的弹性。与洛杉矶级DDS的安装方式差别,机敏级的这个DDS接纳了和围壳连成一体的保型设计,可以降低阻力和流体噪音,最大水平减小对本艇性能的影响。

“机敏”号安装DDS后的特写,通过对比也可以看出英美核潜艇围壳体积的差异相当大,洛杉矶级的围壳宽度比DDS的直径小得多。如果没有这个DDS毗连部位,机敏级的围壳长度至少可以缩短1/5。

另外另有一点不得不提,五型潜艇中只有093仍然接纳围壳舵,其它四型均使用艏水平舵。已往水平舵接纳什么形式和单双壳一样是个设计气势派头问题,各有利弊。

但生长到今天,围壳舵的劣势日益显现:围壳舵离潜艇重心过近,必须接纳比艏水平舵更大的面积才气保持相同的舵效,加上内部的驱动部件和支撑结构,导致围壳体型偏大,声纳反射信号强,破冰能力差,也无法接纳越发流线型的设计。战略核潜艇吨位大,对围壳尺寸没有这么敏感,因此法国的凯旋级和美国最新一代的哥伦比亚级仍然接纳围壳舵。095,希望可以看到一个更低矮、更靠前的围壳,水平舵也可以换一个更合适的地方。3. 垂直发射系统上一篇分析了093的龟背里不是垂发,但并不讲明中国没有这样的技术,032型通例动力试验潜艇上就装备了中国第一型潜用战术导弹垂直发射系统。

研发一种武器装备,一定有它的实际应用工具。像“毕升”号综合试验舰为051C/D相控阵、垂直发射系统的研发、定型立下汗马劳绩一样,032艇的泛起预示我们下一代核潜艇一定会配备垂直发射系统。网上曾经流传过一张军事讲座上放映的ppt,展示了一艘新型攻击核潜艇的内部结构,在围壳前装有10具以上的垂直发射单元(可是依然接纳围壳舵),和弗吉尼亚级的部署方式很相似,就是稍微靠后了一点。许多人认定这就是095了。

是不是095我不敢肯定,能在互联网流传的军事图片险些都不是涉密的,这或许只是教学用的示意图,水师工程学院的教授学生谁都可以做出几个差别的方案来。纵然这是一个真实的方案,也只不外解决了垂发的有无问题。弗吉尼亚级和雅森级的垂发系统已经生长到了第二代。自弗吉尼亚级Block III开始,用2具6联装VPT(Virginia Payload Tubes)弗吉尼亚载荷筒取代了12具独立安装的垂直发射筒。

这不仅仅是将发射筒集约化安装以节约空间和结构重量的问题,更重要的是VPT接纳了多用途、模块化设计,排除了老式发射系统553毫米直径的限制,可以发射差别口径差别长度的新型导弹,甚至包罗蓝鳍金枪鱼-21型自主式水下航行器(AUV)一类的迷你型无人潜艇。而自洛杉矶级开始接纳的单发射筒功效过于单一,只能发生战斧巡航导弹。VPT的设计源自俄亥俄级巡航导弹核潜艇发射管,不外俄亥俄级原三叉戟发射管的直径更大,可以容纳7枚战斧巡航导弹。

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到弗吉尼亚级Block V型,艇身中部将增加一个VPM(Virginia Payload Module)弗吉尼亚载荷模块舱段,内置4具7联装VPT,并具有更大的深度。加上艏部原来的两具6联装VPT,全艇共能携带40枚战斧巡航导弹,以弥补四艘俄亥俄级巡航导弹核潜艇退役后的战力空缺。

雅森级也有类似的设计,在艇体中部装备有8具大口径垂直发生装置,可以4联装的形式搭载“缟玛瑙”超音速反舰导弹,也可以5联装的形式搭载Kh-101对陆巡航导弹或俱乐部系列反舰/反潜/对陆巡航导弹。但以雅森级这么大的艇体,其搭载数量、集成度、多用途性和弗吉尼亚级Block V比都另有相当的差距。雅森级垂发口盖的开启方式也与众差别。

绝大多数垂发口盖都是像弗吉尼亚级那样的铰链上翻式,雅森级接纳的是平推滑盖式,沿艇体弧度向外推出,口盖开启的运行幅度被压缩到最低,对本艇水下航行姿态的影响最小。对直径越造越大的新型垂发系统来说,这确实是一种崭新的设计思路。

2017年3月31日拍摄于北德文斯克造船厂的二号艇“喀山”号,可以看到左舷中部开启的整片式大型口盖,照片摄自停泊在后方的“彼得大帝”号巡洋舰。095,肯定上垂发,但在性能、结构上另有很大生长空间。4. 泵喷(Pump-jet Propulsor)看到这,肯定有读者会说终于说到泵喷了,我们有马伟明院士的中压直流综合电力系统加无轴泵喷,弯道超车,世界第一。

对国宝级的马伟明院士,以及他主持开发的电弹系统、综合电力系统、无轴泵喷系统,我也和大家一样充满了敬意。可是任何事物都有两面性,有轴泵喷和无轴泵喷也一样。

许多时候我们可能只看到泵喷的风景无限,而忽视了它们的缺点。泵喷本质上就是把螺旋桨约束在一个整流罩内。有轴泵喷有点类似于飞机的涡轮喷气发念头,通过导管截面的变化降低水流速度,叶片状的定子理顺流场,提高转子的驱动效率,延缓空泡的发生,同时整流罩还可以屏蔽部门机械噪音。

因此有轴泵喷的主要优点就是:1. 提高推进效率和泵喷临界航速(不会发生空泡的最大静音航速)2. 降低机械辐射噪音和空泡噪音3. 对螺旋桨转子提供了良好的防护而它的缺点就是结构庞大、重量大、造价高、维护难题。不仅仅是泵喷自己,对艇体配平、艉部结构强度、轴系振动都有较大影响。

打个不太准确的例如就是有这么一双鞋,能让你在不发出大消息的情况下跑得更快、更省力、还不伤脚,可是鞋子又大又重还很贵。谁最需要这么神奇的鞋呢?不是警员就是小偷,身材还得足够壮实。

在大洋里,这就是互玩猫抓老鼠游戏的攻击核潜艇和战略核潜艇们。有轴泵喷已经成为西方新型核潜艇的标配。俄罗斯的泵喷技术相对滞后,除了实验性的基洛级“阿尔罗萨”号,现在只有冬风之神级接纳。雅森级前两艘仍然配备通例螺旋桨,一直传言它的后续艇将换装泵喷,但现在为止还没看到能够确证的消息。

船坞中的“喀山”号艉部特写,推进器仍然使用螺旋桨泵喷是所有核潜艇国家的最高秘密,公然照片里泵喷部门总是被包裹得严严实实,纵然是下水之后也不破例。唯一可以看到眉目的就是那艘基洛级“阿尔罗萨”号,它在船坞维修时很大方地晒出了自己的泵喷内部结构。887V型接纳的是通常用于鱼雷的后置定子结构,留在艇艉上的是泵喷的转子,拆下来放在浮船坞甲板上的是泵喷外罩和定子,可以看到泵喷的壳体很是厚实基洛级作为现在世界上唯一一种同时拥有螺旋桨和泵喷改型的潜艇,我们可以对比一下安装了泵喷以后的变化。不仅艇长增加了近四米,艉部体积增大了许多,排水量也增加了几十吨。

这个大得不成比例的泵喷令许多人相信这其实是在给日后冬风之神级战略核潜艇的泵喷做试验。实际上除了这唯一的一艘基洛级改型外,2、3千吨的通例潜艇中再没有其它型号安装泵喷,重量、阻力和造价的价格将抵消泵喷带来的利益。

只有体型庞大的核潜艇可以和泵喷举行良好的适配,发挥出它的优势。似乎没有任何报道中国生长、装备过潜用有轴泵喷。水面舰艇是有的,下饺子的22型导弹快艇就接纳了四台引进罗罗技术的KAMEWA高功率泵喷。

但我们有更新一代的无轴泵喷。接纳无轴泵喷有一个前提条件,就是必须有先进的综合电力治理系统,为电磁驱动的无轴泵喷提供强大的电力供应,也就是说必须是全电推进潜艇。这方面中国已经是水到渠成,055大驱就装备了中压综合电力治理系统,虽然可能还没到达全电推进的水平。我们在各种媒体上看到的无轴泵喷险些都是下面的样子:叶片安装在外圈的转子环上,被外壳定子的环形电机包覆,叶尖朝内,中间没有轴。

安装在船上的实体照片也有,如下图。于是险些所有人都认为无轴泵喷就是这个样子了。

安装了这么科幻的推进系统,这艘船也一定很是前卫吧。可是如果把镜头拉远一点,看一看这艘船的全貌,你一定会很失望的。就是这艘其貌不扬的挪威汽车渡轮,制作于1970年的“Eiksund”号,船长50米,排水量589吨。它的推进系统接受过革新,用柴油发念头动员两部永磁电机,驱动位于船两头的两具Brunvoll RDT1500可回转无轴泵喷,甚至取消了船舵。

这是无轴泵喷在世界上的第一例商业应用,实际上也是一个试验项目。建立于1912年的挪威Brunvoll公司生产的无轴泵喷系列产物,除了在“Eiksund”号上作为主动力外,其它应用都是作为游艇或者特种作业船只的侧推或辅助动力,功率从240千瓦到810千瓦(230马力到1072马力)。

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无轴泵喷的工程样机最早是德国福伊特(Voith)团体在2010年公然揭晓的,它在官网上展示的产物之一就是上面媒体用得最多的那款,它的用途是游艇。从以上这两个例子我们可以看出,现在阶段无轴泵喷在商业领域的应用还具有相当的局限性,主要使用它没有传动轴,指向灵活的特点,用于轻型船舶或者特种船舶的辅助动力,受质料、技术的限制,功率无法提高,最大直径也就在2米左右。无轴泵喷另有另外一个形式,外观上险些和普通有轴泵喷一样:Voith团体同一系列的另一款无轴泵喷,用于“离岸应用”,即海洋钻井平台、海上风力发电厂和需要准确定位的特种船只,作为改善操作性的辅助推进器。

可以看到中间有根轴牢固在支架上,但这根轴只是起支撑作用,没有动力输入。桨叶一端与支撑轴毗连,另一端与外圈的电机转子环毗连。我认为核潜艇上的无轴电机应该会接纳这种结构。再来对照一下央视报道中右下角露出的一个小型无轴泵喷模型或者样机,它的中间很显着也有一根红色的轴贯串前后。

有人会说那不是也酿成有轴泵喷了吗?这里的轴指的是和发念头刚性毗连的驱动轴,它就像一副枷锁,把转子叶片和发念头、减速箱、轴承等机械部件都牢牢地毗连在一起,也像导火索一样传导出整个动力/传动系统发生的噪音和振动。Voith团体生产的另一个系列就是通例有轴泵喷无轴泵喷彻底挣脱了这根轴,它的动力源就是围绕在整流罩内的环形电机,动力、传动、推进系统完全一体化,自成一体。

可是只要是有旋转的部件,就一定得有轴承支撑,如果是第一种形式叶片吊在外环上,即是电机整个转子/定子结构就是一个庞大的轴承,又要发生推力又要承力支撑,这在工程上比第二种形式接纳中心支撑轴的难度要大得多。一两米直径的小型船用低功率泵喷还可以蒙受,七八千吨的攻击型核潜艇(弗吉尼亚级输出功率到达43000马力,泵喷外壳直径约为5.8米,完全不是一个量级)是不现实的。

纵然是接纳第二种形式,无轴泵喷也还存在一些弱点。1. 尺寸与重量:上面的商业用无轴泵喷看上去相当轻巧,它们的功率也很小,最大不外一千马力。当功率翻几十翻增长到核潜艇所需的数值时,这个环形电机的尺寸和总量也将极端膨胀,导致泵喷整流罩比通例有轴泵喷的大许多,相应的泵喷支撑结构以致整个艇艉承力结构都得增强,泵喷迎水面积增大,阻力增强。

核潜艇实用化的无轴泵喷什么样没有人看到过,不外可以对比一下今世舰用先进推进电念头的尺寸。这是2015年12月交付的“伊丽莎白女王”号航母IFEP综合电力推进系统四台先进感应电念头(AIM)中的第一台,功率20兆瓦(26800马力)。从图中事情人员的身高可以看出它的尺寸,长度约3.5米,直径凌驾3米,重量是110吨!女王级罗罗MT-30燃气轮机的重量也不外120吨。45型驱逐舰、朱姆沃尔特级驱逐舰接纳的也都是这型电念头,不要笑话这两型明星驱逐舰总是趴窝,那是综合电力系统惹的祸,这台电念头自己无疑已经到达了世界最先进的水平。

它的生产商家是科孚德机电(Converteam),前身是阿尔斯通(Alstom)机电部,于2011年被通用电气收购整合为电能转换业务部(Power Conversion),西方机电行业巨头的英华技术都浓缩其中。中国的机电行业如今生长很快,可是能否打破现有的物理限制,“弯道超车”式地造出体积小、重量轻、马力大、可靠性高、造价可蒙受的无轴泵喷用环形驱动电机,可能没有大家认为的那么乐观。固然在这里我并不是要去怀疑或者否认马伟明院士这样的中华脊梁对水师生长作出的重要孝敬,如果潜用无轴泵喷真的实用化,那一定是接纳了逾越传统的颠覆性设计。2. 电磁隐蔽性:无轴泵喷可以大幅度降低潜艇的机械噪声,但不是像许多人想固然的认为就完全消灭机械噪音了,只要有转动部件,有转轴、轴承这些机械结构的刚性毗连,就会发生机械噪音。

按下葫芦浮起瓢,机械噪声是小了,硕大的高功率环形电机安装在艇体外部的整流罩内,前后开口无屏蔽,将发生很强的电磁信号,造成新的强辐射源。澳大利亚订购的“短鳍梭鱼”级通例动力潜艇想象图,它的水下排水量高达4500吨,是第一型批量制作的泵喷通例潜艇。3. 可靠性:有轴泵喷的动力系统是位于艇体内部与海水完全隔离的,利便维修调养;无轴泵喷的整个电磁驱动单元却是被阻遏浸没在舱外水下的,如何保证密封不渗漏、整个航行历程中不发生故障、故障受损后如何抢修都是浩劫题,需要通过实际运用探索解决。4. 推进效率:无轴泵喷的转子和定子之间是非接触的,必须留有一定的漏洞以供转子高速旋转。

这条环形漏洞将降低叶轮两侧的压力差,削弱叶轮的做功效力,令无轴泵喷的效率比机械式有轴泵喷低约5%。同时电机转子是追随叶片一起转动的,整个旋转部件的摩擦外貌积是有轴泵喷叶片的2.2倍,相同转速下将消耗更多功率,对反映堆功率输出提出更高要求。注:以上关于无轴泵喷的数据及三维示意图来自水师工程大学动力工程学院2015年揭晓的一篇简短的公然论文《机械式泵喷与IMP推进器的水力性能对比》,2016年揭晓在哈尔滨工程大学学报上,IMP推进器就指的无轴泵喷。

水师工程大学就是马伟明院士的事情单元,哈工大则是中国军工的摇篮。综上所述,无轴泵喷具有优秀的降噪性能,可是会造成水动力损失。特别是工程上是否能到达攻击型核潜艇潜深数百米、输出功率三、四万马力、航速30节这样严苛的要求,与通例有轴泵喷的综合性能哪个更强,现在另有待视察,我也尚持保注意见。

马院士确实在央视节目中说过潜艇无轴泵喷推进器是下一代核潜艇所用的推进系统,而且“现在已经在应用了”。可是现在在应用的未必就是核潜艇的主推进器,可能只是辅助推进器(有听说弗吉尼亚级的可收放式辅助推进器就是用的无轴泵喷,但查不到详细资料),也可能像弗吉尼亚级的LSV 2那样一样专门制作一艘缩比模型举行工程应用方面的试验。为测试验证弗吉尼亚级接纳的关键技术而专门制造的LSV 2 “割喉者” - (Cutthroat,当地一种鳟鱼的名字)缩比模型,它是世界上最大的无人潜航器,长33.8米,排水量205吨,为弗吉尼亚级的29.4%,由通用电船和纽波特纽斯团结制造,部署在位于爱达荷州庞德雷湖(Lake Pend Oreille)的美国水师水面作战中心声学研究所。

它的前辈LSV 1就是海狼级的缩比模型。LSV 2服役于2001年,弗吉尼亚号则是2004年。从科研机构开发出创新理论和技术,造出原型验证设备,到通过国家判定实际装艇举行工程应用,这其中另有很大一段距离要走,不知道我们现在走到了哪一步。

我们是以暂时领先一代的综合电力系统去和人家通例机械传动系统在比。换句话说,如果几年后西欧也解决了综合电力系统可靠性的问题,将永磁电机部署在艇艉,动员一根很短的主轴直接驱动现有形式的机械泵喷,通例汽轮机+减速齿轮箱+长轴系造成的机械振动和噪声也会被降到一个很是低的水平。而上述无轴泵喷的4个缺点都可以制止,孰优孰劣还未可知。

还是打上面鞋子的例如,现在你有一双越发神奇的鞋,脚都不用着地就能让你悄无声息地飞跑,可是这双鞋的尺寸重量大得有点吓人,跑起来更艰苦气,没有声音可是会带起灰尘,而且万一跑的历程中鞋带散了还没法系。你会选哪双鞋呢,或许只有都试穿一下才知道。除了动力输出形式,影响推进效率的因素另有许多,好比叶片形状的选择、特种铜合金的冶炼、加工的精度、环形电机的密封与润滑、安装精度等等都很重要,这些都不是研究电气工程的马伟明院士可以控制的。

太过夸大马伟明院士的作用,认为只要有综合电力系统加无轴泵喷就可以让095打遍天下,这并不是一种科学的态度。一共列了11项关键技术,才分析了四项就发现篇幅长得吓人了,只好分成两篇,下篇继续。


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