從潛艇結(jié)構(gòu)演變看“阿穆爾”的價值

李振宇

從冷戰(zhàn)到冷戰(zhàn)後的一段時期，單/雙殼體幾乎成為分辨東、西方潛艇技術(shù)流派的特征。蘇聯(lián)對雙殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用的經(jīng)驗最豐富，但俄羅斯設(shè)計的首代677型“阿穆爾”級常規(guī)潛艇卻一反傳統(tǒng)，采用了擁有明顯直段的卷葉形單殼體結(jié)構(gòu)。通過俄羅斯從636M到677的結(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)整，也許能對常規(guī)潛艇結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢有所認識，也可以對“阿穆爾”存在的價值有所了解。

單雙殼體對比

單雙殼體潛艇的差異在于壓載水艙的布置方式。單殼體潛艇壓載水艙一般布置在潛艇艚艉兩端，艇體中段的耐壓殼體直接與海水接觸。雙殼體潛艇的壓載水艙覆蓋整個艇體，用幾毫米厚的帶肋非耐壓殼包裹耐壓殼體。在耐壓殼體內(nèi)部容積相同時，單殼體潛艇的尺寸、排水量和表面積均小于雙殼體，水下航速和機動性能更好，目標(biāo)特征也更小。雙殼體潛艇要達到同樣的性能，必須提供更強的動力抵消艇體較大的截面和阻力，增加動力功率又要加大耐壓殼動力艙空間，反過來又會擴大非耐壓殼體的外部尺寸，形成遠比單殼體潛艇復(fù)雜的平衡關(guān)系。單殼體的技術(shù)優(yōu)勢是直接的，但在冷戰(zhàn)前幾十年，雙殼體在潛艇結(jié)構(gòu)設(shè)計方面卻形成了接近壟斷的地位。從技術(shù)角度分析，雙殼體的優(yōu)勢來源于生產(chǎn)的方便性，直接因素就是耐壓殼體的加工工藝難度。

潛艇潛深由最初的幾十米發(fā)展到現(xiàn)在的上千米，耐壓殼體材料的強度增長速度非?？?，高強度材料本身的硬度、韌性、疲勞限制和焊接條件不同，成型工藝方法和技術(shù)手段也有差異。根據(jù)常規(guī)加工方法對比，單殼體潛艇的耐壓殼是暴露的主要結(jié)構(gòu)，耐壓殼加工的曲度和表面焊接質(zhì)量要求高，材料加工、成型與焊接的工藝要求嚴(yán)格，艇體上附件（如舷側(cè)聲吶陣）的安裝要求多，工藝難度和生產(chǎn)成本都較高。單殼體潛艇的耐壓殼外表必須光潔，這要求筒段結(jié)構(gòu)只能采用內(nèi)肋板，艙內(nèi)的肋板和加強筋條對設(shè)備布置有不利影響，也會擠占艙內(nèi)容積。

雙殼體潛艇非耐壓殼的強度要求不高，材料選擇范圍大，較薄的殼體有很好的加工和焊接性能，可以用常規(guī)技術(shù)滿足最有利的外形設(shè)計目標(biāo)。耐壓殼安裝在壓載水艙內(nèi)部，本身的形狀并不需要考慮阻力等流體問題。所以，雙殼體潛艇可以簡化耐壓殼的外形設(shè)計，選擇容易加工的容器形結(jié)構(gòu)，焊縫處理和表面光潔度的標(biāo)準(zhǔn)也相對較低，生產(chǎn)工藝比單殼體潛艇要簡單和容易得多。雙殼體潛艇的加強肋板和筋條可以焊接在耐壓殼外，兼作耐壓和非耐壓殼的強化結(jié)構(gòu)，“干凈”的艇體艙內(nèi)壁有利于設(shè)備安裝和布線。

可以看出，單/雙殼體并不存在最優(yōu)的選擇。選擇艇體結(jié)構(gòu)只能根據(jù)技戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)及設(shè)計生產(chǎn)能力進行平衡。

單雙殼體的實踐

033潛艇仿制于蘇聯(lián)的R級，R級是帶有二戰(zhàn)技術(shù)特征的W級的發(fā)展型。035是利用033的平臺，根據(jù)新的戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)調(diào)整性能指標(biāo)的改進型。039的艇體設(shè)計有較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但整體布局，尤其是階梯形指揮塔，以及艇艏垂直排列的雙排魚雷發(fā)射管，仍然沒脫離033/035攻擊水面目標(biāo)的特點。按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，039相對035的進步，大致與蘇聯(lián)641和641B級潛艇的改進途徑相當(dāng)。

039改進型開始部分與636短水滴形的艇體線形接近，空間更充裕。由于潛艇的主要使用海區(qū)與蘇聯(lián)/俄羅斯不同，雖然在淺水區(qū)活動的標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，但冰區(qū)活動要求降低和深度控制較嚴(yán)格的要求，使該艇在模仿636的艇體上采用了039的十字舵。如果用039的圍殼舵和877的艏水平舵對比，艏水平舵強度好，破冰能力強，回收後的艇體外沒有突起的舵面，但舵面的尺寸和位置受限制較大。圍殼舵雖然較靠近重心，舵效較低，但開放的空間利于使用大尺寸舵面，還能簡化艇體結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少舵面水動噪音對艏聲吶陣的干擾。

從033到035，主要用來執(zhí)行封鎖交通線和攻擊水面艦艇任務(wù)。西方國家則在60年代初就開始轉(zhuǎn)換潛艇作戰(zhàn)任務(wù)，常規(guī)潛艇開始重視水下航行性能，并更重視反潛作戰(zhàn)，代表特征是水下高航速，雙作用魚雷和大型聲吶。039的艇體布局與德國209相似，也具備對潛作戰(zhàn)能力，但艇艏魚雷管安裝方式限制了聲吶的尺寸。聲吶基陣的尺寸與性能有對應(yīng)的關(guān)系，美國核潛艇和日本常規(guī)潛艇采用肩置魚雷管，歐洲和俄羅斯?jié)撏б约叭毡尽吧n龍”級潛艇采用艏置橫向魚雷管。肩置縱排魚雷管的優(yōu)點是艏聲吶艙尺寸大，聲吶系統(tǒng)工作環(huán)境好，比較尖銳的艇艏有利于水下高航速。缺陷是魚雷管靠後，為避開艏聲吶艙，魚雷管相對中軸線略有外傾角，魚雷儲備和再裝填比較復(fù)雜，潛艇內(nèi)部艙室布局也比較緊張。艏置橫向魚雷管安裝方式的聲吶艙尺寸較大，魚雷管設(shè)在聲吶艙上利于降低艙內(nèi)設(shè)備所占空間，魚雷再裝填設(shè)備和操作也比較簡單。缺點則是魚雷發(fā)射系統(tǒng)對聲吶工作存在干擾，艇艏也比肩置魚雷管潛艇要圓鈍很多，同樣功率條件下的水下航速存在一定的差距。

常規(guī)潛艇的排水量要明顯小于核潛艇，但隨著潛艇設(shè)備和武器構(gòu)成的要求越來越高，艇內(nèi)機電和作戰(zhàn)系統(tǒng)的尺寸也越來越大。常規(guī)潛艇的尺寸和排水量增加的幅度不但受成品條件和戰(zhàn)術(shù)要求限制，更受成本與維護費用的嚴(yán)格要求，冷戰(zhàn)期間還有過排水量近4000噸的艇型，但本世紀(jì)的常規(guī)潛艇在成本和功能的雙重限制下，排水量增長已近極限。

水滴形艇體適合水下航行，但短粗的水滴形內(nèi)部空間設(shè)置難度大，常規(guī)潛艇艙內(nèi)空間緊張，水滴形艇體會增加艙內(nèi)設(shè)備布局的難度。日本的常規(guī)潛艇型號更新很快，但從其首代水滴形“渦潮”級開始，“夕潮”、“春潮”標(biāo)準(zhǔn)排水量從1850、2200噸增加到2450噸，“親潮”級增加到2700噸，最新的“蒼龍”不但改變了艇體線形，排水量又增加了10%。

蘇聯(lián)常規(guī)潛艇存在更明顯的大型化趨勢，611、641、641B級遠洋潛艇的排水量一路飆升，到877級開始降低，但水下排水量仍穩(wěn)定在3000噸標(biāo)準(zhǔn)。636綜合性能比較出色，但在迅速增強的設(shè)備和武器，尤其是增加AIP系統(tǒng)的要求下，維持水滴形的難度越來越大，排水量已近極限。033/035排水量在2000噸級，039處于接近3000噸的擴展?fàn)顟B(tài)，新型常規(guī)潛艇的結(jié)構(gòu)類似636級，水下排水量估計也在3000噸等級。如果增加AIP艙段至少要增加500噸排水量，勢必影響航速，如果再增強火力和加裝新設(shè)備，排水量增加對性能影響達到拐點時，就必須對動力進行大改。endprint

潛艇排水量增加的同時也會增大目標(biāo)特征，迫使?jié)撏Р捎酶嗟牡托盘柎胧?，如消聲瓦這類附加結(jié)構(gòu)，但又會影響到動力和排水量，最終難以平衡。通過近半個世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展，潛艇設(shè)備的小型化已接近極限，只能在潛艇結(jié)構(gòu)設(shè)計上尋找更好的方法。蘇聯(lián)/俄羅斯常規(guī)潛艇長期選擇雙殼體，但新型的677則選擇了單殼體，這種反傳統(tǒng)的變化就是潛艇設(shè)計適應(yīng)性能要求的表現(xiàn)。

歐洲潛艇為了適應(yīng)淺海作戰(zhàn)的靈活性，尺寸和排水量普遍低于俄羅斯同類潛艇，但該裝的設(shè)備和系統(tǒng)哪樣也無法減免。為獲得盡可能大的艙內(nèi)空間，歐洲潛艇大都采用混合形或長卷葉形艇體外形。卷葉形潛艇的水下航行性能不如水滴形，但與單殼體結(jié)合後，卻獲得了較大的艇內(nèi)空間。歐洲國家研制的209、212、214和A19這些常規(guī)潛艇，設(shè)備條件和火力強度并不比877級弱，部分型號還應(yīng)用了AIP動力，但水下排水量卻普遍控制在2000噸以下，動力功率要求和目標(biāo)特征都低于877級。這些潛艇即使增加AIP艙段，排水量仍可控制在2500噸以下。但俄636型潛艇再增加排水量所面對的困難太大，為解決設(shè)備與尺寸方面的矛盾，俄羅斯研制的677型潛艇選擇了單殼體，在維持基本作戰(zhàn)系統(tǒng)和設(shè)備條件的同時，將水下排水量由3100噸壓縮回2000噸，即使增加AIP艙段也不高于2500噸，能夠達到與212A/214型潛艇相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

作為“反傳統(tǒng)”的代價，雙殼體的636儲備浮力為32%，單殼體的677只有10.5%。儲備浮力低確實會影響碰撞安全性，但潛艇戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的重要性超過事故安全性。理論上，雙殼體潛艇非耐壓殼與耐壓殼之間有液艙，能增強抗毀傷能力，對事故後抗沉和武器攻擊都有價值。問題是，常規(guī)潛艇的尺寸和排水量均低，耐壓殼外的液艙厚度并不大，顯然無法達到蘇聯(lián)核潛艇米級的隔艙厚度，這種防御作用未必有效，但付出的代價卻難以接受。按照同樣艇型和同樣航速的單、雙殼體潛艇計算，雙殼體潛艇的儲備浮力大，就意味著港浮注，排水量高，潛艇的垂直機動性遠不如單殼體潛艇。同時，因為雙殼體潛艇的橫截面尺寸大，潛艇水下加速和回旋性能均比單殼體低5%-6%，直接影響到規(guī)避反潛搜索和攻擊的能力，機動性弱和較大尺寸更容易被反潛武器命中。

雙殼體潛艇的液艙包裹幾乎全部艇體，這層液艙可部分削弱潛艇內(nèi)噪音向外部傳遞的強度。但是，雙殼體的隔音效果以削弱內(nèi)部噪音為主，當(dāng)潛艇航行速度超過一定標(biāo)準(zhǔn)（理論計算為6節(jié)）後，潛艇的流體噪音比重迅速增加，雙殼體的大尺寸和復(fù)雜注/排水裝置會產(chǎn)生更大的聲信號。再為嚴(yán)重的是，非耐壓殼體的厚度只有幾毫米，強度也不高，在水下高速航行時會在水流沖擊下振動，外部海水和內(nèi)部液艙液體也容易出現(xiàn)共振，航行越快產(chǎn)生的噪音就越高，流體噪音的控制和削減難度就越大。單殼體潛艇的噪音環(huán)境與雙殼體相反，因為艇內(nèi)噪音可直接通過殼體傳到海水中，在低速航行時的噪音控制要求較高，但在航速超過4節(jié)後單雙殼體的差異開始縮小，超過6節(jié)後內(nèi)部機械噪音指標(biāo)比例降低，單殼體潛艇在噪音等級上開始表現(xiàn)出優(yōu)勢。根據(jù)潛艇水下戰(zhàn)術(shù)航行速度要求，以及水下機動性的對比，單殼體潛艇在水下戰(zhàn)術(shù)活動時更有優(yōu)勢。

677成為蘇/俄現(xiàn)代潛艇中首個單殼體型號。俄羅斯選擇并不熟悉的單殼體潛艇結(jié)構(gòu)，除了增強潛艇戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，也是因為雙殼體在應(yīng)用上的弱點已無法忽視。俄羅斯通過對677的系列化設(shè)計，將基本型排水量控制在2000噸，實現(xiàn)了下接低成本的千噸等級，上可滿足增加AIP段和“俱樂部”等垂直發(fā)射重型導(dǎo)彈的擴容需要，使677成為功能和成本都有較大選擇范圍的系列化常規(guī)潛艇。

“阿穆爾”的價值

在相當(dāng)于636M的潛艇批量裝備後，新型常規(guī)潛艇，必然會采用AIP動力，對聲吶、武器和內(nèi)部設(shè)備的性能要求也要增加，擴大潛艇內(nèi)部空間是無可改變的趨勢，但與蘇聯(lián)877/636系列潛艇一樣，新型潛艇的排水量也已接近平衡極限。

從引進仿制到獨立科研生產(chǎn)的進步雖大，但潛艇研制型號少，缺乏長期遠洋訓(xùn)練經(jīng)驗，以及長時間無法實現(xiàn)高水平演習(xí)對抗，都會使?jié)撏У脑O(shè)計、應(yīng)用經(jīng)驗難以和德國等西歐國家相比。

新型水滴形潛艇同樣也已達到技術(shù)變革的拐點。後續(xù)型如果應(yīng)用AIP技術(shù)和更先進的設(shè)備，也會面對俄羅斯曾遇到的問題，面對著是調(diào)整并放大現(xiàn)有艇體，還是開展全新項目研制的選擇。新型常規(guī)潛艇很難維持雙殼體結(jié)構(gòu)，但由于技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗都圍繞在蘇式雙殼體的范圍內(nèi)，依靠現(xiàn)有基礎(chǔ)獨立開發(fā)單殼體先進潛艇會面對相當(dāng)多困難。

後發(fā)先至說著簡單，但以相對落後的科研裝備條件，想要追趕都很困難，超越先行者更是說易行難。所謂跨越式發(fā)展，在世界復(fù)雜裝備科研歷史上幾乎就沒有過成功的例子。新型常規(guī)潛艇的研制，與其閉門造車的靠自己摸索來趟出道路，還不如在成功基礎(chǔ)上吸收和發(fā)展。俄羅斯雖然也是首次研制實用的單殼體潛艇，“阿穆爾”型潛艇目前還存在技術(shù)遺留問題，但與引進和技術(shù)轉(zhuǎn)讓難度更大的歐洲產(chǎn)品相比，“阿穆爾”的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達到世界較先進水平，其技術(shù)和設(shè)計有很高的參考價值。

根據(jù)國際潛艇裝備采購的特點，大部分國家引進常規(guī)潛艇時，采購的潛艇數(shù)量大都是雙數(shù)。按照潛艇裝備應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，只裝備1～2艘無法形成有效戰(zhàn)斗力：3艘可以保證1艘處于維修補充狀態(tài)，1艘在陣位海域值勤，剩余1艘作為增援或替補；擁有4艘則陣地值勤潛艇數(shù)量可達到2艘，獲得比較滿意的裝備部署規(guī)模和配合作戰(zhàn)的能力。同時，根據(jù)現(xiàn)代潛艇維護標(biāo)準(zhǔn)和成本控制條件，4艘是設(shè)置系統(tǒng)維護體系的基礎(chǔ)，潛艇備件儲備與完好率和成本曲線處于交點狀態(tài)，是滿足基本戰(zhàn)斗力和維護條件的最低裝備規(guī)模。因此，采購4艘“阿穆爾”是符合常規(guī)的。但如果本身具備較系統(tǒng)的潛艇研制能力，欠缺的主要是設(shè)計和試驗經(jīng)驗及成品與系統(tǒng)綜合能力，那么成品采購就可能轉(zhuǎn)為引進核心技術(shù)自行研制。如果通過參考學(xué)習(xí)和部分合作仍無法得到必要收獲，采購成品“阿穆爾”將會是必須交的學(xué)費，4艘也是形成基本戰(zhàn)斗力的基礎(chǔ)裝備量。endprint