潛艇大深度損失浮力仿真分析及操縱方法

胡 坤，黃海峰，何 斌，張 平

(海軍潛艇學(xué)院， 山東 青島 266199)

在使命任務(wù)的引領(lǐng)和科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，現(xiàn)代潛艇正向著大排量、高航速、大潛深快速發(fā)展。隨著潛航深度的增加，潛艇大深度條件下操縱控制安全問題也日益突顯。在水下進(jìn)行大深度航行機(jī)動(dòng)時(shí)，一旦由于戰(zhàn)斗破損等原因使?jié)撏蝗怀霈F(xiàn)較大的負(fù)浮力時(shí)，由于舷外靜水壓力較大，往往會(huì)造成非常嚴(yán)重的險(xiǎn)情，威脅潛艇的安全，這就對(duì)潛艇大深度航行安全操縱提出了更高的要求。潛艇大深度艙室破損進(jìn)水，是潛艇大深度航行安全研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，潛艇應(yīng)急操縱問題，特別是大深度艙室管路破損進(jìn)水問題，在目前技術(shù)水平條件下難以通過海上實(shí)際訓(xùn)練來尋求答案，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)潛艇操控特性研究的深入，計(jì)算機(jī)仿真成為當(dāng)前潛艇應(yīng)急操縱方案最為可靠、有效的驗(yàn)證方法。本文通過搭建“潛艇大深度航行安全操縱研究”平臺(tái)軟件，對(duì)潛艇大深度航行安全操縱問題，特別是潛艇在大深度條件下的艙室進(jìn)水及應(yīng)急吹除控制方法進(jìn)行仿真分析，制定了大深度航行艙室進(jìn)水挽回限制線，總結(jié)出了大深度航行損失浮力時(shí)的操縱方法，為潛艇操縱訓(xùn)練水平的提高、操縱控制系統(tǒng)性能的改進(jìn)、提供有益的參考。

1 潛艇大深度航行的時(shí)機(jī)

把潛艇航行隱蔽性的保持作為潛艇“大深度”上限確立的依據(jù)，當(dāng)航行深度大于潛艇最大工作深度的1/2或極限深度的1/3時(shí)，則認(rèn)為潛艇已經(jīng)進(jìn)入大深度航行。保持航行安全性的需求以及潛艇耐壓艇體的耐壓能力則是確定潛艇“大深度”下限的主要依據(jù)。在本文研究過程中，取100 m深度作為潛艇大深度的上限，取300 m為潛艇大深度的下限。一般來說，潛艇通常會(huì)在下列情況下進(jìn)入大深度航行：

1) 隱蔽需求：隱蔽性是潛艇生命力保持和戰(zhàn)斗力發(fā)揮的重要保證，雖然反潛兵力對(duì)水下狀態(tài)潛艇的探測(cè)手段和探測(cè)能力都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但大深度航行仍然是潛艇保持其隱蔽性的重要法寶，任何一種對(duì)潛探測(cè)手段，其發(fā)現(xiàn)、跟蹤潛艇的效能都隨著潛艇深度的增加而逐漸減小。

2) 戰(zhàn)術(shù)需求：潛艇在航行過程中，為有效降低高速航行引起的螺旋槳空化噪聲，通常在大深度實(shí)施機(jī)動(dòng)；另外，潛艇在規(guī)避敵反潛兵力對(duì)抗性搜索或規(guī)避來襲反潛武器時(shí)，一般會(huì)在大深度實(shí)施強(qiáng)機(jī)動(dòng)擺脫來襲魚雷等武器的追蹤。

3) 任務(wù)需求：為檢驗(yàn)艇載設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)性能，潛艇在建造完畢后必須在大深度進(jìn)行深潛試驗(yàn)。另外，潛艇在任務(wù)過程中，如遇雷區(qū)或防潛網(wǎng)阻隔時(shí)，有時(shí)需實(shí)施大深度潛越規(guī)避。

4) 突發(fā)故障：航行過程中，如突發(fā)操艇系統(tǒng)故障、艙室進(jìn)水事故或者遭遇海洋內(nèi)波、海水密度突變等特殊海洋環(huán)境，潛艇有可能大幅掉深意外進(jìn)入大深度航行。

2 潛艇大深度航行的操縱特點(diǎn)

1) 艙室進(jìn)水速度快

潛艇水下狀態(tài)發(fā)生艙室進(jìn)水事故時(shí)，進(jìn)水速度與航行深度近似成正比關(guān)系。圖1為模型潛艇航速8 kn，三艙150 mm管路破損，不同航行深度下的進(jìn)水量曲線。

可以看出，隨著潛艇深度的增加，艙室進(jìn)水速率明顯增大。在相同時(shí)間內(nèi)，大深度條件下的進(jìn)水量顯然要大于較小深度下的進(jìn)水量。因此潛艇于大深度發(fā)生艙室進(jìn)水事故，一旦處置不夠及時(shí)果斷，后果難以估量。

圖1 不同深度下艙室進(jìn)水量曲線

2) 高壓氣吹除效率低

作為重要的抗沉資源，高壓氣在潛艇生命力保障中擔(dān)負(fù)著不可替代的角色，特別是在潛艇發(fā)生危險(xiǎn)縱傾及大幅掉深時(shí)，利用高壓氣應(yīng)急吹除進(jìn)行潛艇姿態(tài)控制及深度挽回幾乎是唯一可行方案[1]。氣體的可壓縮特性決定了高壓氣吹除效率會(huì)隨著潛艇深度的增加而顯著降低。一般而言，潛艇高壓氣的吹除效率取決于高壓氣的總量和氣體壓力兩個(gè)方面。圖2為潛艇航行深度分別為50～200 m條件下的主壓載水艙實(shí)時(shí)吹除水量曲線。

圖2 不同深度下主壓載水艙吹除水量曲線

由圖2可見，在高壓氣儲(chǔ)量一定的情況下，隨著潛艇深度的增加，高壓氣吹除水艙的排水效率將迅速降低。

3) 水泵排水能力弱

主疏水泵葉輪式自動(dòng)吸水的工作原理，決定了其排水量隨著潛艇深度的增加而減小，當(dāng)潛艇大深度出現(xiàn)較大浮力差時(shí)，主疏水泵的排水能力很可能根本滿足不了排水需求。

4) 應(yīng)急處置時(shí)間短

潛艇大深度航行雖然在操縱控制方法上與一般深度航行沒有區(qū)別，但是在損失浮力等應(yīng)急情況下，大深度航行時(shí)留給艇員的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間非常有限，并且隨著潛艇下潛深度的增加，潛艇與極限深度間的緩沖量也逐漸減小，一旦艇員反應(yīng)不及時(shí)極易釀成災(zāi)難性事故。

5) 損害難以判斷和處置

潛艇大深度航行，如發(fā)生艙室或管路破損進(jìn)水事故，在強(qiáng)大壓力作用下海水將以水霧形式高速噴入艙內(nèi)，并在艙壁間多次反彈，造成艇員難以準(zhǔn)確判斷進(jìn)水部位；若進(jìn)水的同時(shí)發(fā)生起火事故，煙霧將在極短時(shí)間內(nèi)彌漫艙室，艇員難以準(zhǔn)確判斷損害部位和損害程度。

艙室破損進(jìn)水后，即便訓(xùn)練有素的艇員堵漏成功的最大壓力也只有不到1.5個(gè)大氣壓，相當(dāng)于潛艇潛望深度航行，而對(duì)于大深度航行潛艇一旦發(fā)生艙室破損進(jìn)水事故堵漏成功的概率幾乎為零。另外潛艇狹窄的空間也嚴(yán)重阻礙了損管工作的順利展開，即使利用艙室供氣造反壓力進(jìn)行輔助損管，在高壓氣體環(huán)境下，艇員的工作和生存也是難題。

3 潛艇應(yīng)急操縱仿真模型

建立運(yùn)動(dòng)和控制數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行潛艇大深度航行安全操縱研究的關(guān)鍵，本文在仿真過程中采用Gertler六自由度運(yùn)動(dòng)方程為仿真原始模型[2-4]。并采用國(guó)際船模拖曳水池會(huì)議(ITTC)推薦的造船與輪機(jī)工程學(xué)會(huì)(SNAME)術(shù)語公報(bào)中的坐標(biāo)體系，各參數(shù)意義符合其定義。

3.1 艙室進(jìn)水模型

目前潛艇艙室進(jìn)水的仿真模型在建立時(shí)大多基于定常流動(dòng)的伯努利方程[1]，艙室破口處進(jìn)水速度為：

(1)

式中，g、Pd分別為重力加速度及破口處艙內(nèi)外的壓差。在艙室實(shí)際進(jìn)水過程中，隨著海水的涌入，艙室氣壓必然隨之增大，由于海水的比熱遠(yuǎn)大于氣體，因此在仿真過程中假定艙室氣體溫度不變，根據(jù)氣體狀態(tài)方程[2]，艙室破口處的內(nèi)外壓差：

(2)

式中：vin為艙室進(jìn)水速度；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；μ為進(jìn)水流量系數(shù)(一般取0.5)；s為艙室破口面積；V0為破損艙室容積。此時(shí)艙室進(jìn)水速度可表示為：

(3)

進(jìn)水流量速率表達(dá)式則為：

(4)

破損艙室總的進(jìn)水流量表達(dá)式為：

(5)

3.2 高壓氣吹除模型

潛艇高壓氣吹除主壓載水艙時(shí)，高壓氣首先由氣瓶經(jīng)連接管路到達(dá)潛艇高壓氣總站，繼而在應(yīng)急吹除閥的分配下進(jìn)入相應(yīng)主壓載水艙。吹除過程中，高壓氣在管內(nèi)流動(dòng)和膨脹期間不僅壓力發(fā)生變化，其溫度、流速等參數(shù)也時(shí)刻變化著。為了便于計(jì)算和仿真模擬，本文在高壓氣吹除模型建立時(shí)做以下簡(jiǎn)化[5]：

1) 將吹除時(shí)從高壓氣總站至各水艙入口處，高壓氣流經(jīng)的管路、閥門等效為某一長(zhǎng)度的等截面管路；

2) 參與吹除的高壓氣為理想氣體，且各氣瓶組有著相同的氣體參數(shù)，吹除時(shí)溫度不變[6-7]；

3) 將氣體在管內(nèi)的流動(dòng)視為等熵流動(dòng)；

4) 基于實(shí)艇經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)各水艙吹除管路出口處的氣體流速均為1馬赫。

在作出以上四點(diǎn)簡(jiǎn)化后，聯(lián)立熱力學(xué)連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程和狀態(tài)方程[5]，可獲得等效管路長(zhǎng)度和高壓氣總站出口處的馬赫數(shù)Mi的關(guān)系式：

(6)

式中：γ、Mi分別為高壓氣的比熱比、高壓氣總站出口等效截面1處的氣體馬赫數(shù)；f、D、L分別為按長(zhǎng)度平均的摩擦系數(shù)、管路的水力學(xué)直徑、管路長(zhǎng)度。

進(jìn)而根據(jù)等熵流理論結(jié)合聲速定義式可推導(dǎo)得出吹除氣體的質(zhì)量流量：

(7)

式中：P1為氣瓶的平均壓力；Ai為高壓氣吹除管路截面積；R為理想氣體質(zhì)量常；T0為氣體溫度。

根據(jù)假設(shè)2，認(rèn)為進(jìn)入水艙的高壓氣仍然會(huì)膨脹，直至水艙內(nèi)外壓力相等，此時(shí)氣體可看作絕熱膨脹，結(jié)合理想氣體的膨脹能量方程可以推導(dǎo)出高壓氣吹除水艙排水速率為：

(8)

式中：h為通海閥至海平面深度，可以近似用潛艇重心深度ζ表示；ρ為海水密度；K為絕熱指數(shù)(一般取1.4)；R為理想氣體常數(shù)。

3.3 應(yīng)急操縱數(shù)學(xué)模型

作用在潛艇上的靜力包括重力、浮力和其他的力矩。其中重力由兩部分組成[8]：

1) 作用于潛艇重心G的水下全排水量P0；

2) 作用于Gi的載荷改變量ΔP(如浮力調(diào)整水艙的注排水等)。

潛艇受到的浮力也可分為兩部分：

1) 作用于浮心C的水下全排水容積浮力B0；

2) 作用于Cj的浮力改變量。

潛艇航行過程中，受到的重力和浮力可表示為[9]：

(9)

式中：i表示進(jìn)水艙室編號(hào)；j表示主壓載水艙編號(hào)。

潛艇定坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至動(dòng)坐標(biāo)系后，由：

[X1，Y1，Z1]=T-1[0，0，P-B]T

(10)

各分量分別為：

X1=-(P-B)sinθ

Y1=(P-B)cosθsinφ

Z1=(P-B)cosθcosφ

(11)

轉(zhuǎn)換矩陣T的逆矩陣T-1為：

(12)

式中：ψ為首向角；θ為縱傾角；φ為橫傾角。

考慮到主壓載水艙相對(duì)于潛艇舯中剖面對(duì)稱布置，同時(shí)假設(shè)各艙室底部空間也相對(duì)于潛艇舯中剖面對(duì)稱，則艙室進(jìn)水以及供氣排水產(chǎn)生的橫傾力矩很小?？梢院雎圆挥?jì)。因此潛艇受到的總力矩在各坐標(biāo)上的分量可以簡(jiǎn)化表示為：

K1=-P0hcosθsinφ

M1=-P0hsinθ-(xGiΔP-xCjΔB)cosθcosφ

N1=(xGiΔP-xCjΔB)cosθsinφ

(13)

式中： ΔP、ΔB分別為艙室進(jìn)水及主壓載水艙排水引起的重力、浮力該變量；xGi、xcj分別為艙室進(jìn)水及主壓載水艙排水產(chǎn)生力的縱向坐標(biāo)。

將艙室進(jìn)水引起的重力變化和吹除主壓載水艙引起浮力變化以及由他們引起的力矩變化代入六自由度運(yùn)動(dòng)方程，即可獲得適用于仿真的潛艇應(yīng)急操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型[10]。

4 數(shù)值仿真分析

基于上節(jié)介紹的潛艇應(yīng)急操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，以模型潛艇為研究對(duì)象，采用C#語言編寫了“潛艇大深度航行安全操縱研究”平臺(tái)軟件[11-12]，軟件界面如圖3所示。通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析大深度條件下的艙室進(jìn)水及應(yīng)急吹除控制方法。

圖3 仿真平臺(tái)主界面

當(dāng)舯部艙室破損后會(huì)影響潛艇深度變化；當(dāng)艏部或艉部艙室進(jìn)水后，不但會(huì)改變施加在潛艇上的力的大小，同時(shí)也會(huì)影響力矩的大小。相對(duì)于艉部艙室進(jìn)水，艏部艙室進(jìn)水不但會(huì)使?jié)撏У羯?，而且?huì)迅速產(chǎn)生大首傾使?jié)撏Ъ铀傧聺摚梢婔疾颗撌逸^尾部艙室進(jìn)水危險(xiǎn)性更大。因此本文仿真主要針對(duì)舯部的三艙進(jìn)水和艏部的一艙進(jìn)水進(jìn)行仿真分析。

耐壓艇體破損導(dǎo)致艙室進(jìn)水在潛艇日常訓(xùn)練過程中極為罕見，潛艇艙室進(jìn)水事故多為海水長(zhǎng)期浸泡之下管路逐漸腐蝕導(dǎo)致承壓能力下降。當(dāng)潛艇處于海水壓力較高的大深度時(shí)管路容易發(fā)生破損引起艙室進(jìn)水，并且一般只有直接承受舷外海水壓力的通海管路破損才有可能導(dǎo)致艙室大量進(jìn)水[13-14]，因此對(duì)大深度條件下潛艇艙室進(jìn)水的應(yīng)急操縱研究主要針對(duì)海水管路的破損進(jìn)行。

4.1 自由運(yùn)動(dòng)仿真

為了分析比較各操縱方案對(duì)潛艇運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，仿真開始時(shí)潛艇均以前進(jìn)一(6 kn)的航速定速直航狀態(tài)，并且潛艇已經(jīng)均衡完畢(不存在浮力差和力矩差)，升降舵舵角保持零位。圖4、圖5為初始深度30 m(安全工作深度)和200 m(大深度)，艏部艙室(一艙)和舯部艙室(三艙)破損條件下潛艇自由運(yùn)動(dòng)時(shí)的深度ζ、縱傾角θ、垂速Vζ(即深度的導(dǎo)數(shù))、艙室進(jìn)水量Q的仿真曲線。

仿真條件：仿真開始10 s后艙室疏水主管發(fā)生破損，進(jìn)水20s后堵漏成功，仿真過程中潛艇不進(jìn)行任何操縱措施任其自由運(yùn)動(dòng)。

圖4 艏部艙室破損時(shí)潛艇自由運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)仿真曲線

圖5 舯部艙室破損時(shí)潛艇自由運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)仿真曲線

通過破損進(jìn)水后潛艇自由運(yùn)動(dòng)的仿真曲線可以看出：

1) 大深度條件下，艙室破損對(duì)潛艇深度和縱傾變化的影響更加明顯，以艏部艙室進(jìn)水為例，200 m深度時(shí)，艙室進(jìn)水后100 s內(nèi)潛艇深度變化為78 m；而在30 m深度時(shí)，潛艇深度變化只有不到30 m。

2) 導(dǎo)致大深度條件下艙室破損對(duì)潛艇深度和縱傾變化的影響更加明顯的根本的原因是艙室進(jìn)水速率隨深度的增大而增大。可以看出，相同仿真條件下200 m時(shí)艙室進(jìn)水量約為40 t，而30 m時(shí)艙室進(jìn)水量只有16 t左右。

3) 不同艙室進(jìn)水對(duì)潛艇的危害也有所不同，艏部艙室進(jìn)水比舯部艙室進(jìn)水產(chǎn)生的深度和縱傾變化量要大得多。這是因?yàn)轸疾颗撌疫M(jìn)水時(shí)，進(jìn)入艙室的海水給潛艇帶來較大的埋首力矩，在此力矩作用下潛艇首傾迅速增大，加上此時(shí)潛艇較高的垂速，潛艇必然大幅掉深。

4.2 車、舵控制

當(dāng)潛艇水下航行過程中發(fā)生艙室破損事故，首要任務(wù)是增大潛艇航速以提高艇體承載力和舵力，同時(shí)輔以操舵控制潛艇深度和姿態(tài)，即是通常所說的車舵控制。圖6、圖7為初始深度30 m(安全工作深度)和200 m(大深度)，艏部艙室(一艙)及舯部艙室(三艙)破損時(shí)采用增速+操舵控制措施后深度ζ、縱傾角θ、垂速Vζ、升降舵角δ仿真曲線。

仿真條件：仿真開始10 s后艙室疏水主管發(fā)生破損，進(jìn)水30 s后堵漏成功，艙室進(jìn)水10 s后采取操舵+增速的操縱措施，仿真過程中的艏艉升降舵的操縱均采用PID自動(dòng)控制規(guī)律，增速措施為從航速6 kn增速到12 kn。

圖6 艏部艙室破損時(shí)操舵+增速運(yùn)動(dòng)仿真曲線

圖7 舯部艙室破損時(shí)操舵+增速運(yùn)動(dòng)仿真曲線

通過破損進(jìn)水后增速+操舵控制的仿真曲線可以看出：

1) 潛艇在安全工作深度(30 m)航行，無論是舯部艙室進(jìn)水還是艏部艙室進(jìn)水，通過增速和操舵控制，潛艇深度和縱傾均能得到很好的控制。

2) 在大深度航行時(shí)(200 m)，僅靠車舵控制仍然很難控制住潛艇的下潛慣性，特別是艏部艙室進(jìn)水后的潛艇垂速仍然很難控制，在95 s左右潛艇深度便達(dá)到300 m。即便是危害性較小的舯部艙室進(jìn)水后，在200 m左右也基本達(dá)到了極限深度。

4.3 車、舵、氣控制

潛艇水下航行過程中，一旦發(fā)生艙室進(jìn)水事故，當(dāng)單獨(dú)使用車、舵無法仍然無法挽回潛艇的深度和姿態(tài)時(shí)，此時(shí)利用高壓氣吹除主壓載水艙，是指揮員可依賴的最為可靠也最為有效的控制方式[15，16]。

圖8、圖9為初始深度30 m(安全工作深度)和200 m(大深度)，艏部艙室(一艙)及舯部艙室(三艙)破損條件下采用增速+操舵+供氣控制措施后的深度ζ、縱傾角θ、垂速Vζ、升降舵角δ仿真曲線。

仿真條件：仿真開始10 s后艙室疏水主管發(fā)生破損，進(jìn)水30 s后堵漏成功，艙室進(jìn)水10s后采取操舵+增速的操縱措施，艏部水艙進(jìn)水時(shí)，進(jìn)水30 s后利用高壓氣吹除艏組主壓載水艙持續(xù)10 s，中部艙室進(jìn)水時(shí)，進(jìn)水30s后利用高壓氣吹除舯組主壓載水艙持續(xù)10 s。操舵與增速措施與4.2節(jié)保持一致。

圖8 艏部水艙破損時(shí)操舵+增速+供氣運(yùn)動(dòng)仿真曲線

圖9 舯部水艙破損時(shí)操舵+增速+供氣運(yùn)動(dòng)仿真曲線

通過破損進(jìn)水后增速+操舵+供氣控制的仿真曲線可以看出：

1) 大深度航行時(shí)(200 m)，當(dāng)加入供氣措施后，潛艇在增速、操舵、供氣的綜合措施下，深度和姿態(tài)控制效果有了明顯提升，無論是舯部艙室進(jìn)水還是艏部艙室進(jìn)水，均能使?jié)撏疃仍诘竭_(dá)極限深度(300 m)前得到挽回。

2) 雖然采用高壓氣吹除主壓載水上是抑制潛艇掉深的最有效的措施，但是由于很難把控供氣時(shí)機(jī)和具體的供氣量，因此供高壓氣后的潛艇深度和姿態(tài)控制比較困難，特別是當(dāng)供氣量較大時(shí)，容易造成潛艇以較大的尾傾沖出海面。圖8中深度30 m時(shí)，艏部艙室進(jìn)水后，僅僅供氣10 s，潛艇最終便以22°的尾傾沖出了海面。經(jīng)仿真表明，這種情況下供氣3 s便已足夠挽回潛艇深度。

3) 本節(jié)的仿真都是在初始航速為6 kn的條件下進(jìn)行了，實(shí)際上潛艇的初始航速對(duì)艙室進(jìn)水時(shí)的挽回也有一定影響。由于一艙破損進(jìn)水最為危險(xiǎn)，一旦一艙破損進(jìn)水能夠挽回，相同條件下其他艙室進(jìn)水必然可以挽回，因此對(duì)不同航速條件下一艙進(jìn)水的車、舵、氣控制方案進(jìn)行了仿真，得到了不同條件下應(yīng)急吹除挽回極值，如表1所示。本文采用的應(yīng)急處置成功的判據(jù)為：

(13)

式中：H(t)為潛艇當(dāng)前航行深度;H0為發(fā)生進(jìn)水故障時(shí)的航行深度; Δhmax為挽回過程中潛艇最大深度偏移量;θmax為挽回過程中潛艇的最大縱傾。

表1 不同初始航速下車舵氣方案挽回極值

4.4 大深度條件下艙室進(jìn)水挽回限制線

通過對(duì)不同航速、不同深度下潛艇艙室進(jìn)水的挽回措施進(jìn)行仿真，并結(jié)合表1總結(jié)的操縱方案挽回極值和潛艇艙室進(jìn)水應(yīng)急方案處置成功的判據(jù)，通過數(shù)據(jù)擬合即可繪制出潛艇大深度航行發(fā)生艙室進(jìn)水故障時(shí)，潛艇挽回操縱限制線，如圖10所示。通過大深度進(jìn)水操縱方案挽回限制線圖，可以給出在潛艇大深度發(fā)生艙室進(jìn)水故障后各操縱方案挽回潛艇的極值，如果潛艇處于臨界值之內(nèi)，則表示如果潛艇此時(shí)發(fā)生艙室進(jìn)水故障，當(dāng)前操控方案可進(jìn)行成功挽回，如處臨界值以外，則說明當(dāng)前操控方案不能操控潛艇脫離險(xiǎn)境。

圖10 潛艇艙室進(jìn)水挽回限制曲線

艙室進(jìn)水挽回限制圖中的應(yīng)急吹除方案就4.3節(jié)中的車、舵、氣控制方案。短路吹除方案是指高壓氣不經(jīng)過高壓氣總站，而是通過氣瓶與水艙之間的專用管路直接進(jìn)入水艙，一般來說短路吹除的效率為應(yīng)急吹除的2倍左右。由擬合曲線可知，對(duì)于同一挽回方案，初始航速對(duì)潛艇深度挽回極值影響并不明顯，對(duì)于應(yīng)急吹除，初始航速前進(jìn)五與前進(jìn)一的潛艇挽回極限差值約為10 m，而短路吹除的挽回極限差值約為3 m。潛艇深度挽回極值上的差異主要是由于應(yīng)急吹除與短路吹除速率的不同造成的。

5 結(jié)論

計(jì)算分析表明，一旦發(fā)生艙室進(jìn)水事故，潛艇必然形成較大的縱傾并劇烈掉深，此時(shí)應(yīng)盡可能讓潛艇應(yīng)急吹除操縱安全界限內(nèi)航行，并根據(jù)潛艇航行深度及速度的變化做好相應(yīng)的應(yīng)急操縱準(zhǔn)備。通過仿真分析歸納出的潛艇大深度航行操縱方案如下：

1) 潛艇于大深度變深下潛時(shí)，應(yīng)在一級(jí)部署下實(shí)施變深。對(duì)于有可能發(fā)生破損的海水管路必須專人看管，以便能夠在突發(fā)情況下實(shí)施應(yīng)急處置。

2) 一旦發(fā)生艙室進(jìn)水事故，潛艇很容易形成較大的縱傾并劇烈掉深，此時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮利用高壓氣應(yīng)急吹除或短路吹除挽回潛艇。

3) 在增速后如果挽回效果不明顯，應(yīng)立即向中間組水艙供氣，于短時(shí)間內(nèi)為潛艇提供較大的正浮力，削弱潛艇掉深趨勢(shì)。

4) 在230 m以淺深度發(fā)生艙室進(jìn)水事故，可以利用應(yīng)急吹除系統(tǒng)進(jìn)行主壓載水艙挽回，在260 m以淺深度發(fā)生艙室進(jìn)水，必須進(jìn)行短路吹除避免潛艇掉入極限深度。