国战会论坛》解放军潜舰匿踪技术小步快走(谭传毅)

中方039C潜舰的资料照。(网路)

解放军潜舰技术发展迅猛,并已进入「无声化」潜舰时代;这是过去中国军工产业「小步快走」的逻辑,造成今日成就。

也许是这个「小步」走得未免太快,就在2年前,美海军还批评094级战略核动力潜舰的静音效果不佳,如今却宣扬「大洋黑洞」的解放军潜舰,令人不胜唏嘘。

和空中飞的匿踪战斗机一样,海底游的潜舰也要匿踪化。要想匿踪化,就必须降低自身所产生的噪音(降噪)。

潜舰的噪音源

潜舰的主要噪音源,包括机械振动噪音(主机、辅机、各种电机、减速装置和空气压缩机等装备)、伡叶噪音、水动力噪音(潜舰运动时,舵、指挥塔、上层建筑等)、以及空气噪音(舱室空气噪音、柴油机水下排气)等。

第一,机械振动噪音。潜舰的各种机械装置例如主机、辅机、电机、减速装置、泵、空气压缩机和管路系统,在运转过程中,因冲击、碰撞、摩擦和运动不平衡等原因,产生振动与噪音传导至艇体,最后以声波形式传播,形成机械振动噪音,是潜舰最大的自噪音之一。

第二,伡叶噪音。 伡叶运转时会产生两种噪音:空泡噪音、非空泡噪音。空泡噪音是伡叶运转所生成的气泡破碎,是主要的高频噪音。非空泡噪音包括水流对于伡叶的拍击噪音、和伡叶受水流影响而共振的单频噪音。此外,伡叶还会导致舰体振动,进而产生噪音。

第三,水动力噪音。舰体周围的高速水流,使舰体附近流压产生极不规则的变化,也就是「涡流」,这是水动力噪音,例如潜舰在高速行驶时的艏波与尾流,这是两个重要的水动力噪音源。高速水流在流经舰体突出部分、上层建筑及升起的潜望镜等会产生噪音;潜舰下潜和上浮时,因帆罩、舰体及上层建筑的某些空间进水或排水也会产生噪音。此外,还有潜舰回圈水系统的进水口和排水口都会产生噪音。

解放军潜舰的降噪技术

现代潜舰匿踪是一个综合概念,是指潜舰在设计、建造和使用中采用各种技术措施,来消除或降低潜舰被可探测的特征。知道了潜舰的噪音来源,接下来看看解放军如何运用降噪技术进行降噪。

第一,伡叶降噪技术。伡叶噪音是潜舰航行时主要噪音源之一。伡叶降噪主要途径包括:改进伡叶结构,采用大侧斜、变距、多叶伡叶。叶片使用高阻尼合金材料可抑制桨叶振动,降低辐射噪音。如美国采用镍锑合金,日本采用铁铬铝合金等,使减振效果提高了20倍。

第二,泵喷射推进技术。此装置最大优点是推力集中、无空泡、无机械噪音,是新一代的潜舰推进系统,是有轴泵喷推进潜舰的升级版。

潜舰无轴泵喷射推进器取消了伡叶的传动轴,各个叶片由电机驱动;而不像以往用一根大轴带动伡叶。无轴泵喷技术是目前世界上最先进的潜舰推进系统,也是各海军强国竞相追求发展的关键技术。解放军是如此,美海军的发展方向也是如此。

无轴泵喷推技术能够实现全静音,因为电动机不是安装在潜舰的中心轴线上,而是布置在伡叶外部的环状导管内,所以不需要驱动轴,因此也不会产生传统「伡叶—轴系—舰体」耦合振动所产生的低频噪音。

装备无轴泵喷推进器的潜舰具有极为安静的航速(至少20节以上)。意味着在同等噪音的条件下,由无轴泵喷推进器驱动的潜舰,能以更高的航速对传统轴系驱动方式的潜舰展开攻防战术行动。

研制无轴泵喷推进器的先决条件,就是综合全电力推进系统,也就是著名的马伟明团队所科研攻关的重点专案,例如福建号航母的电磁弹射系统就是马伟明团队技术的运用。解放军在此基础之上研发的潜舰无轴泵喷推进器,比美海军目前的「有轴」泵喷推进器先进许多,难怪美海军开始紧张了。

第三,结构降噪设计。为能降噪并减小航行阻力可,在改进舰体结构,例如舰体表面设计得非常光滑并减少艇体开孔、指挥台与舰体交接处采取弧形圆滑过渡,可以降低舰体表面的流水噪音,例如美海军海狼级和哥伦比亚级潜舰指挥塔结构就是如此。

第四,消音瓦技术。第二代消音瓦克将本舰的自噪音下降20分贝,使敌方声纳的探测有效距离下降了50%到70%。厚度在80到150mm之间,由合成橡胶制成。结构分为内外两层,外层为实心固体,内层加入了适量的金属粒子,并设置了不同尺寸的孔洞用于阻挡、吸收舰内发出的噪音。

第五,减震筏座技术(Vibration Damping Raft Seat Technology)。该技术主要针对动力设备例如主汽轮机、减速齿轮箱、电机等,弹性的与舰体连接,可降噪50到60分贝。

第六,AIP技术。绝气推进技术主要指「斯特林」发动机、燃料电池、闭式回圈汽机、闭式回圈柴油机以及小型核动力混合推进系统。AIP系统使潜舰可在水下低速航行、并为蓄电池充电。AIP推进系统不会暴露在水面,工作深度可达200m,同时噪音大为降低。

未来097/098级潜舰技术:磁流体推进器技术

磁流体推进器(Magnetohydrodynamic Drive MHD)是贯通海水的通道内,设置一个能针对导电海水产生电磁力作用的磁场,使之在通道内运动,若运动方向指向船艉,则反作用力便会推动船舶前进。

与传统机械传动推进器(例如伡叶、水泵喷水推进器等)比较起来,磁流体推进器的不同点在于其使用电磁力,因此,磁流体推进器无须配备伡叶、齿轮传动机构和轴泵等,是一种完全没有机械噪音的安静推进器。

一旦097/098级潜舰潜舰使用这种推进器,可以完全消除因机械转动而产生的振动、噪音以及功率限制,而能在几乎绝对安静的状态下以极高的航速航行。根据非官方报导,其航速可达150节,而这是任何机械转动类推进器不可能实现的。

结论

正值「海鲲级」即将下水之际,实在有必要重新检视未来7艘同型舰的降噪问题,千万不要为了「有」而「有」。

虽然「有」,但却无法完成「重层吓阻、防卫固守」的战略使命,不但耽误了国军建军备战方向、更可能葬送潜舰官士兵的性命,更无法逃避「借此上下其手」的指控。

(作者为台湾国际战略学会研究员,法国博士,国战会专稿,本文授权与洞传媒国战会论坛、中时新闻网言论频道同步刊登)

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