形状互异的指挥台围壳

更稀奇的俄罗斯“北方之神”级计策导弹核潜艇顶着一个倒梯形大脑袋,从远处看彷佛戴了一顶济公帽子,以是被亲切的称为“济公帽”。

潜艇造型建筑设计 知识问答

北风之神级潜艇的“济公帽”

指挥台围壳为何如此变革多端?

由于它对潜艇航行有主要影响,以是要针对不同潜艇进行优化改进。

早期潜艇为了方便职员进出和艇长指挥,在艇体上设计了一个直上直下的圆柱形耐压体,仅容一人通过。
上面有舱盖,有的还有水密窗,艇长可以在里面探出身子或透过窗户指挥水面航行,这是潜艇指挥台的由来。

当代潜艇之父约翰·霍兰和他的1号潜艇

当时指挥台还没有围壳,只是一个圆柱形耐压体。
指挥台高度很矮,洞开时海浪常常会从出口处倒灌进来造成危险,以是指挥台高度逐步升高。
后来随着一二战须要,人们又在指挥台前后的甲板上增加了更多设备。

1909年英国人率先在指挥台围壳里安装了潜望镜,以便在水下不雅观察水面情形。
后来又陆续加装了雷达、导航、通讯等不雅观通器材,导致指挥台体型越来越大,功能越来越多,成为潜艇上不可或缺的模块。

弗吉尼亚号攻击型核潜艇上的各种不雅观通设备

德国人在U型艇指挥台前后增加了甲板炮和高射机枪,试图打击商船和对抗反潜飞机。
其他各国也一样热衷,法国还搞出了装备2门203毫米巨炮的重炮潜艇。

VIIC U型潜艇上的甲板炮和高射机枪

旧日本海军更是异想天开,在水下排水量6560吨的伊-400号潜水母舰指挥台下方增加了机库、弹射滑索和3架“晴岚”水上轰炸机,成为当时天下上最大的潜艇。

伊-400号潜水母舰的指挥台与机库

这些装备使潜艇上层建筑体积愈发弘大,相应产生的阻力也越来越大。
好在二战结束前潜艇大部分韶光都在水面航行,航速也不是很快,水面只有十几节,水下只有几节,以是指挥台作为最大的附体部件产生的阻力还可以接管。

二战末期,德国XXI型潜艇率先装备通气管,成为“当代潜艇鼻祖”。
此后潜艇作战办法发生翻天覆地的变革,由以往水面航行为主,作战时潜入水下,变成以水下航行作战为主。
反潜装备性能也迅速提升,潜艇再也无法在水面上逍遥。

661型巡航导弹核潜艇

20世纪50年代,美苏两国竞争高速潜艇,水下航速提高到30节以上。
1970年12月苏联661型(帕帕级)巡航导弹核潜艇更是创造了44.7节(82.7公里/小时)的惊人间界记录,至今无人超越。

航速提高,指挥台产生的阻力再也无法忽略。
人们在指挥台外部包裹上一层流线形外壳,以减小阻力,保护主要的不雅观通设备和进排气管。

但是海水从指挥台围壳流过期,受围壳阻挡流速会降落,在前端产生涡流。
这种马蹄涡浸染在艇体上形成规律的水动力噪声,使潜艇更随意马虎被声呐探测到。
围壳后方还会产生不屈均伴流场,到达螺旋桨附近时产生剥蚀振动,增大螺旋桨噪声。

从航行角度来说,取消围壳这个最大的附体肯定是好事。
围壳增加了高度,让潜艇在浅水区受到更多限定——间隔水面更近,更随意马虎被创造,也随意马虎产生碰撞事件。
每当潜艇浮出水面时,巨大的围壳就成为最能干标志,仿佛见告人们我在这里。

以是工程师们很想取消它,也做了诸多考试测验。

673潜艇设计方案

60年代初,苏联研制新型攻击核潜艇。
工程师将目标聚焦在速率上,希望潜艇能像截击机那样高速抵达沙场,拦截美国核潜艇。
因此出身了673项目,被称为“水下截击机”。

673型潜艇由钛合金制成,装备大功率铅-铋液体金属反应堆。
最吸引人的便是没有指挥台围壳,大大减小阻力提高航速,降落嗓声,也使潜艇更灵巧。
当潜艇水面航行时,可由一个可伸缩小塔充当舰桥。

673型潜艇的设计思想很前卫,但对当时的技能来说太超前,再加上指挥台丰富的功能和便利性很难被取代。
以是673型并未建造,其设计思想被后来的705型(阿尔法级)潜艇继续下来,装备了一个很小、很低矮的流线型围壳。

705型阿尔法级潜艇

美国也有相同考试测验。
苏联高速核潜艇使美国海军压力山大,一韶光发展高速潜艇成了紧张任务。
“美国核潜艇之父”乔治·里科弗中将认为:新潜艇航速要达到35节,能跟随航母作战,用速率甩开苏联潜艇,也能靠速率咬紧对方。

当时有两个方案展开竞争,一个是后来发展成“洛杉矶”级攻击核潜艇的AGSSN方案;另一个是CONFORM方案。

首艇SSN-688“洛杉矶”号

CONFORM方案就取消了指挥台围壳,由一个可伸缩折叠桅杆装上各种不雅观通设备代替。
这种设计使潜艇航速提升了1.5节,但终极因核反应堆及其他缘故原由输给了AGSSN方案,被束之高阁。

CONFORM方案中的无围壳设计和折叠桅杆

既然潜艇不能没有指挥台围壳,那工程师们就只能想办法去优化改进,降落围壳产生的各种不利影响。
这方面苏联工程师展现出丰富的创造力,发明了很多实用技能。

常日苏联潜艇指挥台围壳体型较大,除了各种电子设备体积较大外,还由于第三代核潜艇围壳中增加了弹射救生舱,可容纳30-40名艇员逃生,大大提高生存能力。

集成在围壳中的弹射救生舱

如何在保持弘大围壳的同时又减小阻力和噪声?苏联孔雀石设计局选择了幽美流畅的“飞机舱”形状。

从早期的627型(十一月级)攻击核潜艇开始利用,到671型(维克托级)、705型(阿尔法级)、971型(阿库拉级)一脉相承,都是低矮的流线型,犹如飞机的“气泡式”座舱一样平常,效果良好。

相对而言,计策导弹核潜艇不用像攻击核潜艇那样高速机动,只要找一个安全的地方将导弹发射出去即可,以是更多采取高耸的直壁式围壳,以得到更大的空间容纳更多设备。

高耸的直壁式围壳对潜艇水下高速航行影响很大,它从上向下看去和飞机的机翼很像。
机翼在空气中能产生升力,围壳在水中也会产生横向力矩。

洛杉矶级的围壳很窄,彷佛机翼一样平常

当潜艇高速旋回时,这个力矩会迅速增大,严重时将导致潜艇翻滚。
美国“大青花鱼”号潜艇在实验中就碰着这个问题,后来在围壳后端增加了垂直舵加以改进。

“大青花鱼”号围壳上的垂直舵面

“洛杉矶”级核潜艇建成后,一贯饱受横向机动能力较差的弱点。
美国海军不得不从操作规程上做出限定,以免造成翻滚。

到“海狼”级攻击核潜艇时,为了减小围壳产生的水动力噪声,工程师在围壳与艇体相交处做了填角处理。
这种弧型填角可以减小涡流,均匀流场,降落嗓声。
但填角同时也加大了湿表面积,使航行阻力增加。

“海狼”级核潜艇的填角

“弗吉尼亚”级的填角,增大阻力

不过填角的好处更多,以是“弗吉尼亚”级攻击核潜艇也延续了这种设计。
其它各国也纷纭仿效,在自己的常规潜艇上增加了填角。

指挥台围壳如何设计是门学问,它的位置、形状、高度与潜艇性能密切干系。

1、位置与阻力的关系很大。
常日围壳越靠前,阻力越大;围壳越靠后,产生的伴流场对螺旋桨影响越大。
科学家们借助打算机做了大量仿照实验,结果表明:从围壳前端到艇尾的长度与整体艇长保持在0.6-0.7之间最为得当,这里阻力系数较小,伴流场对螺旋桨的影响也较小。

围壳放在潜艇前段,也有利于艇长指挥和武器系统发射。

2、形状是指挥台围壳设计的另一个重点,目前形状紧张有:

各种形状的围壳

1)、方方正正的直壁型,如美国“洛杉矶”级、“俄亥俄”级,苏联“德尔塔”级等。

2)、前倾后斜的斜壁型,如英国“机警”级、“前卫”级,日本“苍龙”级等。

英国“机警”级攻击核潜艇斜壁型围壳

3)、调皮流线的飞机座舱型,如苏联的“阿库拉”级、“维克托”级等各种攻击核潜艇。

通过打算得知,改变围壳前后顶真个弧线,将顶部做拱形处理都能较好的减小阻力降落噪声、改进后方伴流场,以是当代潜艇的围壳普遍方向流线型设计。

瑞典最新研制的A26型常规潜艇,指挥台围壳采取像水塔一样奇特的形状,在减阻降噪上都有上佳表现。
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A26潜艇分歧凡响的围壳造型

3、高度与阻力也有很大关系。
当围壳高度大于或小于艇身直径一定比例时,高度越高阻力越大,以是当代潜艇围壳都方向于更低一些,又回到早期潜艇的低矮方向。

虽然围壳变得越来越小、越来越低,但潜艇设计职员仍旧不喜好它,总想将它彻底肃清。
各国还在不断考试测验各种无围壳设计,如2018年法国海军为“未来水下作战环境”推出的SMX-31型潜艇,就将围壳抛在一旁。

科幻的SMX-31潜艇

SMX-31潜艇采取“抹喷鼻香鲸”扁平艇体形状,装备超高容量锂电池系统,看起来相称科幻。
希望有一天它能走进现实,而不仅仅是一个观点设计。

4、对常规潜艇来说,指挥台围壳也跟柴油机效率息息相关。
由于围壳后面有一个负压区,如果将排气管支配在里面,对降落排气背压,改进柴油机事情条件,提高功率都大有好处。

总之从目前情形来看,指挥台围壳强大的指挥、不雅观察、通信功能仍无可替代。
在未来很长一段韶光里,各式各样的围壳仍将与潜艇为伴,人们仍将不断优化它,直到找到更好的方案为止。

永久的“台风”

优雅的围壳给潜艇带来无以伦比的美感,如果哪天失落去它,潜艇会不会丑得无法见人呢……科技改变天下,让我们拭目以待吧。

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