爱吱声
标题:
潜艇的单双层壳
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作者:
晨枫
时间:
2024-5-26 07:23
标题:
潜艇的单双层壳
台湾的“海鲲”号下水了,什么时候形成战斗力还不知道。好像还没有海试?
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“海鲲”号是单层壳,但不是纯粹的单层壳,应该说是单双层混合壳体,这其实是常规。不存在纯单层壳,只有不同程度的单双层混合壳体。双层壳倒是有“纯而又纯”的。
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单双层壳的优劣是争论已久的问题,“海鲲”号重新勾起这个争论。解放军的潜艇都是双层壳的。
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潜艇在水下要承受水压力,耐压壳体是最基本的关键技术。对于容器来说,最有利的耐压形状是球形,但球形的容积受限,阻力很大。退而求其次,就是带半球端的圆柱体。这正是潜艇艇体的基本形状。
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但出于水动力和动力机械的要求,艇艏需要成卵形,艇艉需要成尖锐锥体。好在艇艏可以在耐压圆筒的半球前端外套一个卵形罩,艇艉则套一个锥形罩。这已经是混合壳体了,但基本艇体还是圆柱体。这就是美国核动力攻击潜艇的基本构型:较长的圆珠艇体加非耐压的首尾修形。
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非耐压的外罩内外有某种水压联通构造,也就是说,非耐压罩与耐压壳体之间是“浸水”的,这部分舱体内的设备和容积(比如压载水舱)“不怕”浸在海水里。
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双层壳也有带半球端的圆柱体耐压艇体,但在外面完整地罩上非耐压外壳。好处是耐压壳不需要考虑水动力设计,非耐压壳按照水动力要求设计。
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苏联潜艇走双层壳路线,所以外形比美国潜艇更加流线,因为非耐压壳的形状自由得多。相比之下,美国潜艇连指挥塔底部圆滑倒角都抠抠索索,因为单层壳很难因为水动力要求而做成复杂曲面外形。指挥塔底部倒角还只是加局部的非耐压外罩,要像俄罗斯“阿库拉”级那样水滴形艇体,就要了亲命了。
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双层壳的好处是外形容易满足水动力要求,内外层壳体之间空间帮助吸收鱼雷攻击的能量,也有利于隔离动力机械的噪声,还便于布置压载水舱、燃油舱、辅助设备舱,把耐压壳体内的空间用于宝贵的动力设备、指挥控制、人员住舱和武器弹药。
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在设计上,外层壳专注水动力要求,内层壳专注耐压要求。在制造上,耐压壳体的制造比较单纯,双层壳的复杂性其实在于外层结构在制造上的“多”而不是“难”。
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双层壳的坏处是:在给定的耐压壳体内容积的情况下,艇体外廓增大,排水量增大,阻力增大,动力要求提高,水动力噪声增大,常规动力的话水下续航力降低。
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最后的妥协是:为了限制吨位无度增加,同级(但吨位仍然更大)的双层壳潜艇的耐压壳体内容积比单层壳潜艇要小。
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单层壳的特点正好相反。一般单层壳潜艇的耐压壳体直径比同级双层壳潜艇更大,艇内有用容积更大,但对钢板和焊接的要求更高,而且大量辅助舱室占用耐压壳体内的宝贵容积。
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另一个视角:双层壳好比穿两层衣服,外衣主外(比如好看),内衣主内(比如保暖),难度分散;单层壳好比一层衣服,内外通吃,难度集中。
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欧洲潜艇大多采用混合壳体。出了艇艏和艇艉的水动力外罩,在中段艇体部分,下半艇体为单层壳,上半艇体套上梯形非耐压外罩,形成独特的“耸肩”截面。这比较好地结合了单双层壳的特点,既把辅助舱室安排到内外壳之间,又避免过度增加艇体截面积。
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“海鲲”号就是这样的混合壳体设计。
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“基洛”级和039级其实也是向混合壳体靠拢的双层壳,同样有上半艇体的“耸肩”,但下半艇体还是双层,只是薄间距的双层。
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俄罗斯常规潜艇已经在混合壳体化了,“拉达”级和“阿穆尔”级就是这样。下一代中国常规潜艇可能也会走混合壳体的路线。
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