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單殼體潛艇 我有新說法
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單殼體潛艇是一種只采用一層耐壓殼結(jié)構(gòu)的潛艇。這種潛艇的耐壓殼體直接裸露沒有包覆物,艇體結(jié)構(gòu)也較為簡單。外表光潔、漂亮,制造工藝要求較低。

目錄

單殼體潛艇定義

單殼體潛艇的艇體由耐壓殼體組成,在耐壓殼體外沒有包覆物,耐壓艇體直接裸露在外,艇體結(jié)構(gòu)也較為簡單。雙殼體潛艇的耐壓艇體全部被耐壓和非耐壓的外殼體所包覆,這層外殼除了在舯部有一段是耐壓的(耐壓液艙),其余都是非耐壓的輕外殼。

單殼體潛艇單雙殼區(qū)別

單殼體潛艇與雙殼體潛艇的區(qū)別
雙殼艇的結(jié)構(gòu)
雙殼艇的耐壓殼體外還有一層輕外殼包覆,兩層殼體之間形成了一個(gè)舷側(cè)空間。雙殼體艇的主壓載水艙、燃油艙、燃油壓載水艙、浮力調(diào)整艙等都布置在這里。由于雙殼體潛艇比單殼體潛艇多一層殼體,多一個(gè)舷側(cè)空間結(jié)構(gòu),所以雙殼體潛艇的結(jié)構(gòu)要比單殼體艇復(fù)雜一些。
雙殼體和單殼體是潛艇艇體結(jié)構(gòu)的兩種基本形式.潛艇為了能承受極限下潛深度處的水壓,必須要有耐壓艇體結(jié)構(gòu),這就是由一些圓柱殼,圓錐殼和首尾的端部艙壁(球面的或平面的)組成的耐壓艇體.但是僅有耐壓艇體是不夠的,還必須要將耐壓艇體用非耐壓艇體結(jié)構(gòu)象加導(dǎo)流罩一樣罩起來,使?jié)撏Ь哂辛骶€型的外型,以減小水下阻力."罩"的方式有兩種基本的形式.一種是只"罩"潛艇的首尾端,讓中部的耐壓艇體露出來."導(dǎo)流罩"罩住了艇首和艇尾,潛艇也就光順了.另一種是不僅"罩"首尾端,還把整個(gè)耐壓艇體首到尾部都"罩"在非耐壓艇體結(jié)構(gòu)中.前者叫單殼體結(jié)構(gòu)形式,后者叫雙殼體結(jié)構(gòu)形式,雙殼體潛艇的耐壓艇體和非耐壓艇體間有個(gè)空間,叫舷間空間。
雙殼體和單殼體的結(jié)構(gòu)形式各有其優(yōu)缺點(diǎn),所以就并存了下來,在潛艇設(shè)計(jì)中都有采用.無論采用那種結(jié)構(gòu)形式,都是發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)同時(shí)采用其他措施來彌補(bǔ)其缺點(diǎn).
建造中的單殼潛水艇
大體上來說,單殼體潛艇的儲(chǔ)備浮力小,因此水下排水量小,有利于提高水下航速。而雙殼體的優(yōu)點(diǎn)則是儲(chǔ)備浮力大,提高了水上不沉性。又因?yàn)殡p殼體潛艇都是采用小分艙形式,也有利于提高水下不沉性。雙殼體又有利于抗爆,因?yàn)橄祥g空間的液艙能吸收一部分爆炸沖擊能量。而縣城雙殼體還有利于潛艇設(shè)備、系統(tǒng)和舷間液艙的布置。這些優(yōu)點(diǎn)是單殼體不具備的。雙殼體的缺點(diǎn)是潛艇水下排 水量大,艇體的水下濕表面積也大,除不利于提高水下航速外,也增大了艇的反射面積,不利于艇的隱蔽性(但對(duì)降低潛艇速時(shí)的輻射噪聲有好處)。而雙殼體的這些缺點(diǎn)正是單殼體的優(yōu)點(diǎn)。
蘇聯(lián)/俄羅斯多采用雙殼體結(jié)構(gòu)形式,而西歐和美國則偏愛單殼體。
這兩幅圖為單、雙殼體結(jié)構(gòu)潛艇的縱剖面圖。圖1里是單殼體結(jié)構(gòu)的凱旋級(jí)潛艇,現(xiàn)代單殼體潛艇的主壓載水艙一般都像凱旋級(jí)這樣布置在艏艉部分。主要是利用艏艉段耐壓錐殼直徑較小的特點(diǎn),在耐壓錐殼外包覆一層輕外殼較為容易,兩層殼體間的空間就可以便利的布置為主壓載水艙(艏艉淺綠
雙殼體的VIII型攻擊核潛艇的縱剖面圖
色部分即為凱旋級(jí)的主壓載水艙)。凱旋還有一段較小的非耐壓、非水密的上層建筑,用來容納發(fā)射筒超出耐壓殼的部分。除此之外,艇體的絕大部分都和其他的單殼體潛艇一樣,耐壓艇體是直接暴露在外的。
單殼體的凱旋級(jí)戰(zhàn)略核潛艇的縱剖面圖
另一幅圖示一艘俄羅斯的671RTM型VIII級(jí)攻擊核潛艇,為典型的雙殼體結(jié)構(gòu),耐壓艇體外從首至尾都有輕外殼包覆。像VIII這樣的雙殼艇,不僅有艏艉組主壓載水艙,舷側(cè)空間內(nèi)還有數(shù)量不等的中組壓載水艙。而一些耐壓液艙如調(diào)整水艙、快潛水艙等,雙殼體艇也布置到舷間,單殼體艇則要布置到耐壓殼內(nèi),會(huì)占據(jù)寶貴的耐壓艙室容積。

單殼體潛艇優(yōu)缺點(diǎn)

單殼體潛艇優(yōu)點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)簡單
與雙殼體艇相比,單殼體艇因?yàn)樯倭艘粚油鈿んw,也沒有了雙殼體艇復(fù)雜的舷側(cè)空間結(jié)構(gòu),所以結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。在工程施工量上要比雙殼體艇少。就單純的工程角度而論,單殼艇的建造公時(shí)、占用人工和建造材料都會(huì)比雙殼體艇少。假設(shè)兩艘單、雙殼體艇性能相近的前提下,采用單殼結(jié)構(gòu)有利于減少建造時(shí)間,擴(kuò)大建造產(chǎn)量,降低單艇建造成本。
(2)水下快速性好
與雙殼體和個(gè)半殼體以及混合殼體結(jié)構(gòu)相比,在耐壓艙室容積相同的前提下,單殼體艇的濕表面積最少。因?yàn)閱螝んw艇的耐壓艇體外沒有包覆物,耐壓艇體直接裸露,濕表面積就是耐壓艇體的浸濕面積。而其他的殼體結(jié)構(gòu),在耐壓艇體外或多或少都包覆有比耐壓艇體直徑更大的輕外殼,大大增加了艇體的浸濕表面。其中雙殼體艇的濕表面積,因?yàn)殡p殼體潛艇從艏至艉都完整的包覆有輕外殼,舷側(cè)空間也寬裕,外殼體直徑往往比耐壓艇體要增加1.6-2米之多,所以其浸濕表面積要比耐壓艇體裸露的單殼體艇大的多。濕表面積越大潛艇在水下與水接觸的面積越多,摩擦阻力也就越高。潛艇的總阻力值中摩擦阻力占比84%左右,濕表面積大的潛艇阻力大,水下快速性差。單殼體艇因?yàn)樽钚〉慕癖砻娣e,水下快速性也。
單殼體艇主壓載水艙只有艏艉段有,儲(chǔ)備浮力低一般只有13%左右,低的甚至不到7%。儲(chǔ)備浮力低當(dāng)然有其弊端(后面詳細(xì)展開),但是也有其優(yōu)勢。與雙殼體艇30%左右的大儲(chǔ)備浮力相比,單殼體艇在水下的滿排噸位就要小的多。打個(gè)比方,兩艘水上正常排水量同為6000噸的單雙殼體艇,到了水下單殼艇的滿排最多增加13%的儲(chǔ)備浮容積和4%左右的其他非耐壓非水密結(jié)構(gòu)容積,此時(shí)單殼艇水下滿排不過7020噸。雙殼體因?yàn)楦哌_(dá)30%的儲(chǔ)備浮容積和10%以上的非耐壓非水密容積(雙殼體艇上層建筑較大),水下滿排將達(dá)到8400噸之巨。換句話說兩艘水上排水量相同的單、雙殼體艇,到了水下雙殼的要比單殼的多帶1380噸的水。在同等推進(jìn)功率下,水下噸位少的潛艇自然跑的更快,因此單殼艇的水下快速性遠(yuǎn)比雙殼艇要優(yōu)秀的多。
對(duì)于潛艇來說,水下航速指標(biāo)有重要意義,關(guān)系著潛艇能否及時(shí)到達(dá)地點(diǎn),去完成指揮部下達(dá)的重要任務(wù)。在潛艇占位攻擊和逃避敵反潛力量追剿過程中,較快的航速指標(biāo)也能提高潛艇的攻擊成功率和規(guī)避成功率。所以,讓潛艇擁有良好的水下快速性幾乎是每個(gè)國家的基本要求。在這點(diǎn)上,單殼體結(jié)構(gòu)潛艇具備原生性的無以復(fù)加的優(yōu)點(diǎn),是其他殼體結(jié)構(gòu)潛艇不能比擬的。
(3)下潛速度快、艇表開口少艇體光順度好、聲反射面積小隱蔽性好
單殼艇的主壓載水艙容積小,只有艏艉端有兩組主壓載水艙,儲(chǔ)備浮容積不過13%左右。相比雙殼體艇的十幾個(gè)主壓載水艙,單殼體艇從水面狀態(tài)轉(zhuǎn)入水下狀態(tài)的時(shí)間少下潛速度快。現(xiàn)代潛艇逐漸以水下航行為主,但是非核動(dòng)力潛艇水面航行時(shí)間還是較長的,為了避免敵航空反潛力量攻擊,提高潛艇生存力,一定的下潛速度還是較為重要的,在這點(diǎn)上單殼體艇因?yàn)橹鲏狠d水艙容積小,儲(chǔ)浮少下潛時(shí)間快,有一定的優(yōu)勢。
單殼體艇的壓載水艙少,上層建筑等非耐壓非水密部位的容積也小(詳細(xì)見《國產(chǎn)潛艇的洞洞為什么那么多》此處不再贅述),這些部位的艇表開口數(shù)量也就比雙殼體艇要少的多,艇表開口較為容易控制,在改善艇表光順度上比較有利。這對(duì)于提高潛艇的水下快速性,降低高航速下的流體噪音,提高本艇聲納有效工作距離有利。
在相同耐壓艙室容積下,單殼體艇的濕表面積最小,這在上面已經(jīng)有論述就不再贅述了。浸濕表面積少,就意味著聲反射面積小,敵主動(dòng)聲納入射強(qiáng)度就低,敵對(duì)我潛艇的搜索距離和跟蹤距離就小。便于規(guī)避敵反潛兵力的搜索和末主動(dòng)導(dǎo)引頭的搜索跟蹤,對(duì)于提高潛艇隱蔽性,規(guī)避敵方反潛攻擊都較為有利,能提高戰(zhàn)時(shí)潛艇的生存力。

單殼體潛艇缺點(diǎn)

(1)儲(chǔ)備浮力小、不沉性差、生命力低。
單殼體艇的耐壓艇體直接暴露在外,耐壓艇體沒有任何保護(hù)。在發(fā)生撞擊事故和遭受反潛打擊下,耐壓艇體容易破損并導(dǎo)致艙室內(nèi)進(jìn)水。單殼體艇的主壓載水艙又小,儲(chǔ)備浮力只有13%左右。西方國家的單殼艇又采用大分艙結(jié)構(gòu),一旦耐壓艇體破損進(jìn)水,失事艙室的進(jìn)水量,往往比該艇的儲(chǔ)備浮力大的多。潛艇要依靠自身排除壓載水艙所獲得的浮力重新上浮到水面很難,失事潛艇容易喪失自救能力后座沉海底,給潛艇和艇內(nèi)官兵的安全帶來較大的威脅。
在建中的德國214型單殼體潛艇分段
單殼體艇的主壓載水艙少而且過于集中,艏艉段兩組壓載水艙如同時(shí)遭到損失,潛艇將立刻失去所有儲(chǔ)備浮力,潛艇的不沉性將喪失。如果艏艉組壓載水艙中的一組失去水密性,則容易使?jié)撏タv傾平衡。比如艉組壓載水艙失事,就會(huì)導(dǎo)致潛艇大角度尾傾,嚴(yán)重影響潛艇潛航時(shí)的安全。一旦是首組壓載水艙失事,則會(huì)出現(xiàn)大角度首傾,在這種情況下,潛艇要以正常姿態(tài)回到水面幾乎不是可能的。如果潛艇失事時(shí)航速較高,事故潛艇的首傾角度往往難以挽回,潛艇容易撞擊海底或者突破極限深度,造成嚴(yán)重的毀艇事故。
所以單殼體艇與其他殼體結(jié)構(gòu)特別是雙殼體艇相比,生命力要差的多,這同樣也是其殼體結(jié)構(gòu)特性所決定的。
(2)均衡難度大、操作要求高、肋骨內(nèi)置、對(duì)線形適應(yīng)能力差。
單殼艇主壓載水艙少,又分布在艏艉端,潛艇進(jìn)行均衡的難度較大,在上浮下潛或者潛航過程中,艇體均衡的操縱能力較差,對(duì)操作要求較高。這就對(duì)潛艇的自動(dòng)化操縱性能有了較高的要求,對(duì)舵信人員和指揮部門長也有較高的業(yè)務(wù)要求。
單殼艇耐壓艇體上的環(huán)形抗壓肋骨是內(nèi)置的,當(dāng)潛艇進(jìn)行內(nèi)裝時(shí),大量的電纜、管路要進(jìn)行穿肋作業(yè),增加了工藝復(fù)雜性,提高了工程難度。突出的環(huán)形抗壓肋骨又占據(jù)了寶貴的耐壓艙室容積,也會(huì)影響艙室內(nèi)一些設(shè)備的布置。
單殼艇對(duì)線型的適應(yīng)能力差,要把又厚又硬的耐壓殼體板,加工成帶復(fù)雜曲率的線型(比如純水滴型)在施工工藝和施工難度上要求都很高。采用純水滴線型的單殼艇耐壓艙室長度短,帶曲率的耐壓艙室形狀也較為復(fù)雜,給艙室的功能性安排和艙室內(nèi)的設(shè)備布置都帶來了很多困難。這對(duì)于提高潛艇性能,改善艇員生活環(huán)境,控制建造成本,降低建造難度都非常不利。所以美國的大青花魚、長頜須魚和日本的渦、夕、春等采用純水滴線型的潛艇,就都用了雙殼體結(jié)構(gòu)。而美國也在鰹魚級(jí)后就放棄了在單殼體潛艇上采用純水滴線型的做法,用建造簡單的拉長水滴線型代替了最初的純水滴線型。
參考資料


目錄
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