潜艇的单双层壳

晨枫

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？

“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。

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。

4 ^2 Q7 e/ i& I' E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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2 g" u  X- }( U7 Y! v  |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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5 F5 U( L( q" g9 e: e1 X: m8 v. j+ O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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3 J$ W! F. v2 H1 `( s5 Q8 a- Y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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8 M% I, f2 E% l4 }8 f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。

+ z  Z- ]) E& V& n$ J“海鲲”号就是这样的混合壳体设计。
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$ C  J- L" I9 \( J3 q- v“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。

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。