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导弹垂直发射系统
网上最主流的意见:这是导弹垂直发射系统,配备有8-12具发射筒,甚至有说24具的(太多了点吧),鹰击-18和长剑-10对陆攻击导弹的长度过大,需要一个突出于耐压壳体的龟背来容纳。很多文章还引用了一篇论文上的图文来证明这种说法的理论基础。
有这个看法是非常可以理解的。本来龟背就不是什么好东西,破坏外壳表面的平顺性,引起絮流,产生噪音,能不装最好。
龟背高度冠军 - Delta IV战略核潜艇,它搭载的16枚P-29PM液体洲际弹道导弹长度达到14.8米,而它的耐压壳直径只有9.7米,于是造就了近4米高的龟背,围壳连接处的巨大凹穴会产生强烈的絮流和水动力噪音。
迄今为止所有潜艇上的龟背,都是为了容纳耐压壳体装不下的战略导弹才不得不凸起的。包括看似没有龟背的俄亥俄级,实际上也是有比较矮的龟背的,只不过轻质外壳从艇首一直包覆到艇尾,所以看上去不像龟背。
一张历史性的照片,1979年摄于通用电船格罗顿造船厂。水中是表面上已经完工的“俄亥俄”号,龟背的轻质外壳已经安装好(但实际上它要到两年后才开始首次海试)。码头上的是建造中的二号艇“密歇根”号,龟背还未安装,可以看到露出耐压壳体外的24根发射管顶部。图中还有第三艘俄亥俄,就是两艇中间那个耐压壳圈体,这其实是三号艇“佐治亚”号的龙骨安放仪式。
所以在传统的认知里,龟背和垂发是划等号的。
But,我有四个理由说明093上的这个小龟背里不是垂发。
1. 空间不足
正是这种一排三组的垂发形式说明它并不适配于任何一型093。
从图上看三个发射筒共占据了耐压壳体1/3的宽度,按055大驱上新一代通用垂发单元直径850毫米计算,总宽度将达到4.25米以上,这个耐压壳的直径也将超过12米。显然中国任何一型现役潜艇的耐压壳都还做不到这么大(除非“矮龟背”是单壳体才有可能,但单壳体就不需要那么长的进/排水口开缝了,所以这个假设不成立);要么就是发射筒直径较小,则无法发射重型的鹰击-18或长剑-10导弹,失去垂发的意义。
如果一排两组,宽度也将达到2米5,加上筒盖的开闭机构和龟背内部支撑结构,龟背宽度也至少要3米5以上。至少从图片上看,宽度最大的“宽龟背”型,龟背顶部平台的宽度也只有约3米。
作为参考,下图展示了洛杉矶级艏部12具MK-45战斧垂直发射装置舱门全部打开的情景,可以看到所占用的甲板面积和内部容积有多大,几乎是“宽龟背”的两倍以上。
如果纵向单列布置,长度最大的“长龟背”型顶部平台的长度(包括弧线部分)约12米,只够摆下6-7具发射筒,火力持续性偏弱,实战意义不大而改装代价太大。用来试验的话已经有一艘常规动力的032型专用试验艇了。
归根结底还是空间的问题。三个龟背型号的总长度都没变,核潜艇耐压壳内部空间的容积率是非常高的,被各种设备塞得满满当当。拿出近12米长、深9米的巨大空间来装垂发系统,那原来这一舱段的设备往哪放呢?在不改变整体设计的情况下基本是无解的。
有人会说那采用全电推进,去掉变速器这些机械部件就可以了。那整个潜艇就得重新设计,确实就是095了。真有这个机会从头来,还会保留完全一致的线形、尺度、围壳和声纳系统吗?肯定是翻天覆地的变化了。这个问题我会在最后一篇谈到。
在潜艇上安装垂直发生装置,绝不是挖个坑密密麻麻塞一堆发射筒进去就完事了。发射筒之间得留有足够的安全间隔,发射井内部有支撑结构、防爆设施、各种管线电缆、高压燃气点火发射装置,还要有注水机构平衡导弹发射后减轻的重量,以保持对潜艇来说至关重要的平衡。
在一艘现有潜艇上改装垂发比重新设计还要难,牵涉的因素实在太多。我们可以类比现代级136舰相似的改造。在长达3年的改造中,136舰拆除了前后2座防空导弹发射架,替换为各2座8单元的垂直发射装置,全舰一共32单元,比改造前使用弹库的施基利系统减少了1/3,和吨位只有它一半的054A护卫舰载弹量相同。不是海军4806厂的技术水平差,实在是现代级原来的结构限制太多,只能大车拉小炮了。
2. 见不到筒盖
垂直发生系统必然有可开启的耐压发射筒盖以及联动的外罩,不管加工工艺有多精湛,在艇壳表面也必然会留下可见的缝隙。
弗吉尼亚级“德克萨斯”号,艇艏垂直发射装置盖板的轮廓清晰可见
来看看南海阅兵式上“矮龟背”的官方特写,光照条件非常理想,龟背上消声瓦的接缝都表现得非常清楚,但是整个龟背上看不出任何大型舱盖的缝隙,只有四个非常小的长方形开口和一条纵贯后艇体的白线。
下图是094战略核潜艇的大龟背特写,12个发射筒的舱门以及它们的铰链上密布缝隙和开口,外形轮廓一目了然。在发射筒前后还整齐地排列着一大片黑色的小开口。值得注意的是龟背后部甲板上也画有一条白线延伸到艇体后部。
094就是在093的基础上拉长加入战略导弹舱段而成的,两者具有很高的继承性,耐压壳直径、围壳的外形、艇体材料和加工工艺都是相同的。没有理由更重要的094上布满缝隙,而093的工艺一下子进步到完全看不出缝隙了。
3. 位置不佳
紧贴在围壳后的龟背并不是安装垂发的理想位置。因为高速水流经过高大的围壳后会产生涡流,导致围壳后的流场非常复杂,扰动很大。采用水下冷发射的垂直发射方式,刚出管的导弹初速很低,很容易受到絮流干扰而改变姿态和航向,降低发射精度。和几十吨重的洲际弹道导弹相比,只有几吨重的巡航导弹所受的干扰会更强烈。
网上找到的潜艇流场示意图,围壳之后会产生和艇身等长的涡流。有意思的是这张图来自一份伊朗大学的潜艇水动力研究报告,看来虽然伊朗只有三艘基洛级常规潜艇,但是对潜艇技术的发展还是很感兴趣的。
攻击型核潜艇配备垂直发生系统早已成为潮流,但是垂发的位置都会尽量避开围壳。洛杉矶级和弗吉尼亚级的垂发都布置在艇首,弗吉尼亚级Block5和雅森级因为配备了更多的发射筒,干脆在中后部增加了一个垂直发射舱段。
弗吉尼亚级Block5的各种概念设计方案
我国确实一直在研发潜用巡航导弹垂直发射系统,并已进入实用阶段。032型试验艇就同时配备了大直径的弹道导弹发射筒和小直径的巡航导弹发射筒用于试验,但是它们的位置分别在围壳内和艇身前部,没有放在围壳后面。
实际上即使是战略核潜艇,虽然或高或低的龟背都在围壳后面(台风级除外),但发射筒与围壳之间还是留出足够的距离而没有紧挨在一起,这都是为了平衡重心,尽量减少涡流的干扰。
各国战略核潜艇尺寸比较及导弹发射井位置
4. 优先级不高
最后也是最重要的一点,垂直发射对陆攻击的优先级并不高。对中国的攻击型核潜艇来说,在相当长的时间里首要任务仍然是保护己方的战略导弹核潜艇和航母编队的水下安全。我们的潜艇技术并不领先,攻击型核潜艇的数量也远没多到有余力去执行对陆攻击、投放特种部队等次要任务的地步。
美国现役有32艘洛杉矶级、3艘海狼级、15艘弗吉尼亚级共50艘攻击型核潜艇,并正在以每年2艘的速度持续建造后续的弗吉尼亚级。虽然美国海军是全球部署,需要使用核潜艇的地方比中国多得多,但潜艇兵力相对航母、驱逐舰来说还不算窘迫。
失去红海军这个最强大的水下对手之后,美国攻击型潜艇更多担负的是前沿浅海地区侦察监控、对陆火力打击、特种部队支援等非传统任务。所以美国在冷战后放弃了尖端而昂贵的海浪级,发展多用途、适合浅海活动的弗吉尼亚级。
而中国的攻击型核潜艇力量还远没到达到如此规模。加上2艘已经退出一线仅做教学训练用的091,满打满算现役也不超过15艘。不久的将来即将拥有4艘以上的航母,每个航母编队标配2艘;北海、东海、南海三个方向最低限度2艘战备值班,起码就需要14艘随时可供部署;此外战略核潜艇值班的护卫任务、前出印度洋、南太平洋一类的远程部署也会越来越频繁,按一半部署一半维修训练的比例总共需要超过30艘攻击型核潜艇。在葫芦岛新厂的三条生产线满负荷投产之前,我们的潜艇兵力缺口是非常大的。所以大boss说潜艇"是国之重器,要大发展"真的很正确。
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葫芦岛渤海造船厂新建的巨型核潜艇生产线厂房,造好的潜艇会通过一条长达5百米的通道运到左侧的下水船坞进行下水作用。这大概是继长兴岛江南造船新厂之后国内第二家采用抬船浮箱下水的军用造船厂,参见:对055大驱的一点解读(三)- 下水
因此我们的攻击型核潜艇肯定是围绕反潜这个核心任务来设计的,对陆攻击的重要性并没有大到需要专门建造三个改型来不断完善的程度。这点和海狼级非常相似,冷战期间为深海大洋猎杀而设计的海浪级就专注于反潜,没有配备洛杉矶级上早已采用的垂直发射装置,所有武器都靠鱼雷发射管投放。
加高的反应堆舱
小龟背里不是垂直发射系统,那会是什么呢?第二种意见是加高了的反应堆舱,因为官媒在2016年就已经证实第二代核潜艇配备了自然循环反应堆,即中低航速下不开主泵,依靠冷却水自然循环就能维持反应堆一回路的正常运转,极大地降低了动力系统的噪音。采用自然循环方式,反应堆会比普通的压水堆高以增强自然循环能力,于是大家想到了龟背。
这种假设也是不现实的。首先上一篇介绍过,093的反应堆舱就不在那个位置。其次,还是内部空间问题。
很多人可能有一种误区,双壳体潜艇的耐压壳体就像外面的轻质外壳一样也是平顺光滑的一个圆柱体。实际上耐压壳是一段一段制造焊接而成的,根据内部布置的需要粗细往往是不一样的,而且被包裹在轻质外壳内没有保持流线型的需要,所以该凸的地方凸,该凹的地方凹。
俄罗斯最新一代北风之神级战略核潜艇剖面图,可看到浅灰色的耐压壳由三截不同直径的圆筒组成,耐压壳头部的形状也是不规则的。
即使是单壳体潜艇也有这样的例子,那就是海狼级三号艇“吉米·卡特”号上那个著名的“蜂腰”。“卡特”号比海狼级前两艘加长了30米,排水量增加2500吨。
加长段是一个多任务平台(MMP)模块, 它的中部有一个耐压壳体直径缩小的“蜂腰段”,以让出舷侧空间装载各类泛水特种设备,比如海豹突击队使用的水下运载器、遥控载具、潜水员闸室、海底电缆监听设备、弹出式侦察器等。
再来看看093的内部结构:
上一篇我提到过093基本型反应堆舱的位置,再看一次这张《舰船知识》发布的剖面图,反应堆舱上方的进/排水纵缝位置要高于其它地方,这说明反应堆舱段内部结构和其它地方是不一样的,很可能尺寸要大一点,但幅度很有限。
093各型的耐压壳体直径是9米级,有可能容纳不下新一代的自然循环反应堆(这个完全是猜测,国产自然循环反应堆的尺寸有多大没有任何信息透露),但是093的外壳直径可是超过11米的,中间有两米多的距离可以充分利用。如果需要,反应堆舱段适当加工增大相关部位的尺寸也不至于令外壳凸起。排水量近万吨的海狼级耐压壳体直径也不过是10.9米,里面包容了功率更强大的S6W核反应堆。
再说093的三个改型用了三个不同高度和宽度的龟背,不可能还试用了三种不同尺寸的反应堆吧。
拖曳式通信浮标
既不是垂直发射系统,也不是加高的反应堆,哪还会是什么呢?
093改型确实是世界上所有攻击型潜艇中唯一带有龟背的特例,但除了战略核潜艇外,还有另外一型核潜艇有类似的小龟背,那就是巡航导弹潜艇中的巨无霸 - “奥斯卡”级。
上图一排艇员站立的位置就是奥斯卡的小龟背。
换个俯视的角度看是这样的,有两扇大型的对开舱门。
在剖面图上也能看到这个结构,它里面装的不是什么特种部队潜水载具,而是“鲱鱼”拖曳式通信浮标,以便在不用浮出水面的情况下与卫星、飞机、直升机等外部第三方平台进行信息交换,为其射程高达625公里的花岗岩反舰导弹指示目标。如果没有空中导航支持,仅靠水面舰艇制导,花岗岩的有效作战半径就只有200公里。这个通信浮标里可能还集成了Delta IV上的“瑟尤斯”(Shlyuz)导航系统天线。
拖曳式通信浮标并不是什么特别先进的概念和技术,美俄核潜艇从60年代开始就装备了。当时的拖曳通信浮标尺寸较大,还需要配套的收放机构,占据较大空间,布置在围壳后的背部是最理想的操作位置。
美国于1971年开始在鲟鱼级上配备的AN/BSQ-5拖曳通信浮标,可以15节的航速在巡航深度上实现双向通信
但是鲟鱼级、奥斯卡级毕竟是3、40年前冷战时期的产物,当时的电子、通信技术和今天不可同日而语。下图是弗吉尼亚级释放拖曳式通信浮标的示意图,从小图上可以看到这个浮标尺寸很小,类似一个特大号的钓鱼用浮标,由舷侧某个小口盖释放。它是美国海军Seaweb分布式海底双向通信和传感器网络的组成部分,将潜艇从潜望镜深度的间歇性信息节点转变为持续性的网络节点,融入整个舰队作战网络中,而且不影响潜艇的巡航速度和深度。
采用双速制的鹰击-18导弹据称射程达到600公里以上,中国海军也在积极构建自己的网络中心战系统,为093改进型配备拖曳式通信浮标是顺理成章的。
但体积的问题又来了,这回是新式拖曳通信浮标体积太小,连接的拖缆也不过一两百米长。如果单纯为了安装类似弗吉尼亚级那样的浮标系统,完全不需要那么大的龟背并进行多次修型改进。
拖曳式线列阵声纳组件
最后说说我的观点,小龟背内部容纳的是拖曳式线列阵声纳的组件。可能很多人会不相信,拖曳阵不是在艇尾吗,和围壳后的龟背“不搭嘎”吧。且听我慢慢道来。
上面讲到,目前中国攻击型核潜艇的设计核心是反潜而不是多用途。面对美国、日本众多高性能潜艇的围追堵截,要胜任反潜这个任务,除了速度快、潜深大、火力强等硬件指标外,首先必须满足两个前提条件:降低噪音水平,就是尽量不让对手发现;提高探测能力,就是力争在更远的距离、更嘈杂的水下声场中发现对手。
降低噪音水平的努力我们都能直观地看到:光滑的消音瓦表面、围壳的填角和圆角、垂直尾舵的圆角、艇艏的曲线、不断改进的进/排水口开缝,也包括三次修型的小龟背本身的形状。当然还有内部看不到的减震浮阀等众多降噪手段。
提高探测能力则体现在新配备的舷侧线列阵声纳和尾部的拖曳式线列阵声纳,这两项都是首次在中国的攻击型核潜艇上出现,配合艏部综合主声纳,形成360度全方位、多谱段的主被动声纳探测能力。
大家的注意力往往都放在了舷侧线列阵声纳上,因为这种上下配置分成三段的形式确实是世界首创,既保留了线列阵造价低、结构简单、安装方便的优点,又拉开上下距离,解决了常规潜艇上单条线列造成的垂直增益差低、探测精度差的问题。
相对而言艇尾的拖曳式线列阵声纳则不是什么新事物,苏联自1976年开始就在Delta III型上配备了类似装备,北风之神级以及我们的094级上也都能看到。
两艘已经退役等待拆解的Delta IV型,尾部的拖曳阵收放装置和093/094上的几乎完全一样。
上图是最近刚找到的一张照片,两艘并肩航行的094。近处的是基本型,远处的是围壳带填角、无舷窗的094A,两艇的垂直尾舵上方都有拖曳阵声纳收放装置。之前我一直没太注意,以为094的这个收放装置也是和围壳一起在改型上才出现的,现在看来基本型就已经装备了,这点和093不同。
但在三种声纳的实际运用中,当代的攻击型潜艇最常用也最倚重的还是拖曳阵。艏部主阵最主要的功能是主动声纳,不到关键时刻是不会开机的;其被动声纳部分则尺寸受限且有很大的盲区。舷侧阵的尺寸同样受到艇体的限制,工作频率最低只能降到1KHZ左右,而且会受到刚性连接的本体机械振动和壳体辐射噪声的干扰,探测距离有限(不超过一百公里)。
弗吉尼亚级的声纳系统组成以及各自的探测范围
性能最强悍的还是艉部拖曳线列声纳,它具有另外两种声纳不可比拟的优势:
1. 声呐换能基阵可以突破艇体尺度的限制,孔径达到数百米,实现10H以下的极低频工作频率,探测距离可以超过180公里。它的拖缆更是可以长达1公里,让声纳列阵远离本艇的动力系统噪音,创造出理想的静音工作环境,大幅提升信噪比。
2. 工作深度可通过改变航速/缆长在几百米范围内调节,不需要潜艇机动就可以充分利用不同深度的水声汇聚区进一步增大信道和探测范围,探测效能远超舷侧阵(实际探测距离当然是各国的最高机密)。
3. 可维护性高,安装、维修、升级比另外两种声纳要方便太多,只要在码头上像拉卷尺一样抽出列阵就可以进行维护作业。艏部主阵和舷侧阵固定安装在艇体上,只有返厂入坞拆下外壳才能维修。
当然拖曳线列声纳也有几个固有的缺点:
1. 使用要求比较高,工作时会限制潜艇的机动能力。速度过低、洋流干扰、本艇机动都会导致柔性的线列阵无法完全拉直,阵型畸变就会影响测量精度;速度过高或者剧烈机动又容易损坏甚至拉断昂贵而脆弱的声纳。所以潜艇在释放拖曳阵后都处于一种小心翼翼、轻手轻脚的状态。
2. 存在左右舷模糊问题。拖曳线列阵就是一根布满无指向性听音器的线列,尺度上是一维的,利用不同阵元的相位差来探测目标。虽然灵敏度非常高,但是没有空间和深度识别能力,就好比一个人只有一只顺风耳,能听得到非常细微的声响,但不知道是从哪个方向来的。目前可以通过改变航向等方法加以弥补,但这会破坏整个声纳的工作条件,精度也很不理想,不能从根本上解决问题。
3. 长度、重量很大,拖缆加列阵重量往往接近一吨,而且声纳基阵相当娇贵易损,导致拖曳、收放机构庞大复杂,收放作业困难。大型列阵的展开、机动后重新拉直和回收过程耗时都是以小时计的,因此它不可能随时工作,只有符合布放条件,威胁度不高的情况下才展开。
三种声纳各有所长,相互配合才能为核潜艇提供全时、全方位的水下空间感知能力。
花了这么多笔墨讲拖曳线列声纳,其实就是为了强调在093大改款实施的众多改进中,不太起眼的拖曳线列声纳才是至关重要、优先级列第一的项目。
再来一个特写镜头,Delta III的声纳列阵已经释放出去,能看到伸出的拖缆。但是,千万别认为这个管状的收放装置就是系统的全部了,这只是冰山的一角而已。
093/094的拖曳阵系统还是高度的机密无从得知,我们只能分别看看俄、美两方拖曳阵的全系统来得到一点感性的认识。
先看俄式。Delta级战略核潜艇的资料比较难找,但实际上俄式攻击型核潜艇普遍采用的是另外一种形式。
这是一幅非常著名的照片,老军迷应该记忆犹新(暴露年龄了)。1983年10月25日,苏联海军最新锐的Victor III级攻击型核潜艇七号艇K324在马尾藻海发生了一起几乎导致世界大战的事故。当时它刚完成跟踪俄亥俄级三号艇“佛罗里达”号海试(就是上图那个耐压壳圈体)的任务,在北卡查尔斯顿外海被同样配备拖曳线阵列声呐的美国“麦克罗伊”号反潜护卫舰追踪到。两舰距离过近(直接过顶了),K324的螺旋桨被“麦克罗伊”号的拖曳阵缠住。后果就是拖曳阵被拉断,“麦克罗伊”号返回诺福克;倒霉的K324主机停车,失去航行能力被迫上浮。
之后的十天里,无动力的K324漂浮在波涛汹涌的大西洋上,遭到了大批美国反潜机、直升机和驱逐舰的强势围观,最近距离不足30米!美国驱逐舰甚至询问K324是否需要帮助,并试图从潜艇螺旋桨上解下绝密的拖曳阵,但没有成功。
苏联艇长则为防止最新型潜艇被俘,由8名军官手持步枪和手雷在围壳上昼夜警戒,并做好了自爆准备,在鱼雷发射管里装填了射程覆盖华盛顿的核装药潜射导弹。此事惊动美苏政府最高层。
上浮后,苏联艇员多次试图解开缠绕的拖曳阵,用轻武器射击、用斧头砍都没用。
一个未经证实的说法是洛杉矶级三号艇“费城”号早已追踪K324多时,在接到抢回拖曳阵的命令后曾在水下悄悄接近K324艇尾,偷偷地钩落了部分拖曳阵。但这只是传说,不知真假。
苏联侦察船“纳霍德卡”号隔开了动弹不得的K324和虎视眈眈的斯普鲁恩斯级“彼德森”号
10天后两艘苏联救援船只陆续赶到,仍然解不开缠绕的拖曳阵,只好将K324拖往古巴。在那里发现解下来的拖曳阵残骸长达420米,它被迅速空运回苏联进行研究。K324经过11天维修后返回马尾藻海继续执勤,一个月后才返回北方舰队基地。
在古巴干船坞中抢修的K324
据传K324之所以会缠上“麦克罗伊”号的拖曳阵,正是因为它当时担负了搜集美国海军拖曳线阵列声呐数据的绝密任务。
螳螂捕蝉黄雀在后,冷战期间苏美双方水下竞争之激烈可见一斑,已经是刺刀见红了。美国也从此患上了心病,处处设防生怕别人再偷他的拖曳阵,特别是咱们的南海渔民。
K324失去动力上浮公海,意外地令美国有机会拿着放大镜般仔细观察它的细节,有两点引起了当时西方军界的轰动。一是通过停摆的螺旋桨桨叶缝隙之间的浪花,判读出V-III采用一对潜艇上极为罕见的四叶同轴反转螺旋桨,类似图-95轰炸机上的NK-12涡桨发动机,说明该艇的高速性非常突出。西方唯一一艘采用这种螺旋桨的是长尾鲨级SSN605“小梭鱼”号。
事故现场拍摄到的螺旋桨细节,美方拖曳阵仍缠绕在上面
二就是垂直尾舵顶端神秘而硕大的纺锤体。冷战末期苏联军队的保密程度还很高,西方一直揣测不透这个科幻的纺锤体到底是什么作用。很多传闻说是极为先进的磁流体推进器,可以让V-III级以完全静默的方式进行巡航。如果是事实将彻底打破美国核潜艇对苏联的技术优势,这引起一片恐慌,仿佛一夜之间苏联人得到了超越时代的外星科技。
K324绝对是总共48艘Victor级大家庭里的第一网红。之前在1981年,美国海军鲟鱼级核潜艇“鼓鱼”号曾试图追踪当时还配属太平洋舰队的K324并拍摄这个纺锤体的细节,两艇在海参崴彼得大帝湾(!)发生碰撞。但美苏双方都掩盖了这起核潜艇之间的事故,细节至今不为外界所知。1985年,K324据说曾对一艘美国战略核潜艇保持了长达28小时的持续跟踪!
今天我们已经知道这个纺锤体里安装的是北约绰号“鲨尾”的MG-541 Skat-1型拖曳线列声纳,而不是什么磁流体推进器。因为V-III级艇内空间有限,无法再容纳这个新的声纳系统,孔雀石设计局的设计师把它打包安装在了垂直尾舵上,比较巧妙地解决了空间问题,大大增强了作战能力。
仅有的一张比较模糊的V-III级内部结构图,内部已经难以见缝插针了
放大的纺锤体内部
这个纺锤体有多大呢,长8.5米,直径2.3米,是个相当庞大的家伙,里面容纳了绞盘、收放伺服机构、长长的拖缆和声纳阵本体,该声纳的探测距离达到130公里。我们可以想象一下,如果把它半埋入093改型的围壳之后,体积将与小龟背差不多大。
V-III级之后,苏联在塞拉级和阿库拉级两型主力攻击型核潜艇上都采用了同样的设计。但是尾巴上顶个棒槌也是有一定缺陷的,它的重量过大,底下支撑的垂直尾舵也必须加强,增大了阻力和流体噪声,降低了水下机动性。因此从阿库拉级改进型开始取消了大棒槌,改为战略核潜艇那样的形式,只在垂直尾舵上留下一个圆柱型的收放口,主体设备都收纳到了艇身内部。
阿库拉级四个型号的对比,最顶上的是最新改型阿库拉-III,增大了围壳,取消了艉部的纺锤体
最新的雅森级也是同样设计拖曳阵系统的
再来看美式的拖曳阵系统,也以最新的弗吉尼亚级为例。
弗吉尼亚级和海狼级一样,采用了独特的木字型尾舵组合,由全动垂直尾舵和常规水平尾舵组成十字舵,下方还有两个倾斜安定面。
换个角度放大看是这样的,左右水平尾舵的翼尖各有一个打火机状的小型柱体(上图红圈中尚未安装外罩),这就是它的两个拖曳线列阵收放口。左侧下方倾斜安定面尖端的那个小纺锤体是声纳(我猜测是避让水下/码头障碍物用的,因为只在左舷也就是port side才有,不是对称的)。
是的,财大气粗的美国为现役所有攻击型核潜艇都配备了一粗一细两套拖曳线列阵声纳:粗(Fei2)线 - TB-16D Fat line战术拖曳阵(或升级为TD-34)和细线 - TB-29A Thin line远程搜索拖曳阵(或升级为TD-33)。
TB-16D粗线:拖缆直径9.5毫米、长800米、重205公斤;声阵直径82.5毫米(也有报道89毫米) 、长75米、重640公斤。因为声阵较短、直径较粗,收放时间短、拖曳航速高,战术运用更灵活。
TB-29A细线:拖缆采用轻质材料,长365米;声阵直径38毫米,长达634米,集成了13个48.8米长的模块,每个模块具备32个声学通道 。细线声阵长、孔径大,频率低探测范围大,综合探测能力优于粗线阵。但它的收放时间长,受海流的影响较大,拖曳航速低,对潜艇的机动性影响较大,不适宜在海况复杂的近海环境中使用。
近似于易耗品的拖曳式线列阵非常昂贵,最新批次TB-29A CTA声纳单价达到226万美元。将两种特性不同的拖曳线列阵组合使用,弗吉尼亚级在探测能力和战术灵活性上去得了很好的平衡。
来看看这两套系统的布置方式。
左舷的细线直接收纳在主轴下方的一个卷轴上,右舷的粗线则通过一根弯曲的管道沿着耐压壳体顶部通向艇体前方。它通到哪去了呢,见下图:
弗吉尼亚级右舷上表面有一条占到长度3/5的半圆型管状物
换个俯视的角度看得更清楚些
它就是粗线的收纳筒。不同于纤细柔软的细线,粗线的材质较硬、柔韧性差,收纳时需尽量拉直。弗吉尼亚级全长114.9米,等比例量了一下,这根管子的长度大约是74米,宽度不到1.5米。粗线的拖缆加声阵全长达到875米,在管子里得来回绕11圈。如果把这根长长的收纳筒裁成6截堆叠在一起,所占体积大致和093的矮龟背相当。
这个结构其实并不陌生,在洛杉矶级和海狼级上都能看到。只是在很长时间里我都对它的用途感到非常困惑。说它是某种声纳设备,45度仰望天空能探测到什么?说它是内部管线,什么管子会这么粗还不怕水压可以安装在耐压壳外面?
洛杉矶级“达拉斯”号
“海狼”号,外观和弗吉尼亚级非常相似,只是粗壮了一圈
弗吉尼亚级的收纳筒内部什么样没找到照片,下图是长尾鲨级13号艇“猫鲨”号1994在格罗顿入坞准备退役时的状态,它是美国第一级配备拖曳阵的核潜艇。
顺便便说一下,上面那张弗吉尼亚级三维结构图的来源很有意思,是弗吉尼亚州新河社区学院工程设计技术项目的一套CAD作业,由5名学生在导师指导下完成。这所学院的性质类似于咱们的南翔技校。
这几名学生搜集各种公开信息,并获得了多名曾在弗吉尼亚级上服役过的前美国海军潜艇军官提供的第一手资料,缅因州潜艇研究中心也提供了技术支持,最终他们根据工程原理逆向设计出这套CAD图纸。
海军弗吉尼亚级项目主管Chris Miner看过这份作业后给予了高度评价,认为学生们的空间管理能力、功能设计水准都达到了很高的水平。目前网上关于弗吉尼亚级的三维结构图基本上都来自这个作业,它的准确度还是比较可信的。
写到这里我已经可以比较肯定地说093改型上的龟背里面,装的就是拖曳线列声纳系统的收纳机构(当然也可能被各种模糊不清的图片给战术忽悠了)。有这么大空间,顺带装上小型化的拖曳通信浮标也完全可能。
个人推测093“小龟背”的拖曳阵全系统形式,我们可能还是会采用可缠绕的细线阵
那根从小龟背前部开始向后延申的白线标示了底下线缆的位置,以免在日常维护(如更换消声瓦)作业中不慎碰坏。这和SR-71机背上那圈著名的标志性的红色警示带是一样的作用,参见西雅图飞行博物馆巡礼(2):细品黑鸟(下)。094大龟背上的白线也是一样的用途。
再用卫星图片来证明一下。
在上图中可以清晰地看到094最后一排发射筒后的斜坡段有一个几乎是方形的大开口,里面的深度也相当大。
对照标出这个开口的大致位置
在093“宽龟背”上也有这么一个开口,两者尺寸大约都是3米见方,足以容纳相当大体积的设备了。需要说明的是“矮龟背”因为凸起高度不明显,在卫星照片上是分辨不出龟背是否存在的。
龟背里面会是什么样子,可以参照一下下面这张德国212型常规潜艇背脊部位的拖曳阵收纳系统:
苏、美、中三种拖曳线列声纳系统的安装方式,艉部收放装置形式相近,都是布置在尾舵的顶端以尽量远离螺旋桨。主要的差别就在收纳系统的布置,到底谁更合理呢?
因为都是双壳结构,中、俄的收纳装置自然都藏在耐压壳和外壳之间。阿库拉-III完全看不出来,因为它的水下排水量接近1万3千吨,有足够的空间。如果是和同为七千吨级的V-III级比较,那设计水平就高下立现了,V-III尾巴上顶了个硕大的纺锤体,093只用了一个低矮的小龟背。
和美国七、八千吨级的洛杉矶、弗吉尼亚级那条长管子相比,我们小龟背的保型设计也更有优势,湿面积大为减小,对航速、声纳信号反射面积、絮流等方面的影响都要小。不过美国人也是没有办法,谁让他们是单壳体没有地方藏呢。
093从“长龟背”到“宽龟背”到“矮龟背”一路改进,龟背与艇身的融合程度不断提高,可以说是在同吨位核潜艇中最优化的布局了。光凭这一点就值得为我们的潜艇设计师点赞
但平心而论,在陆海空三军大发展的今天,中国军队最大的一块短板就是潜艇、特别是核潜艇,以及相应的反潜技术,至少落后欧美接近一代10年以上的时间,夸张点的话是21年,也就是美国海狼级首艇服役的1997年。
即使有一两个方面实现了突破性的进展,达到世界先进水平,也暂时改变不了整体落后的现状。这一点有些像航母,我们的进步是飞快的,但到目前为止还远没到超越的地步。盲目自信与崇洋自卑都不是什么好事,认清差距、迎头赶上才是正道,那就是真正的095担负的使命。
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