双壳体潜艇
双壳体潜艇是指有两层壳体的潜艇,即外围是非耐压仓(可储水),内部是耐压仓,保护设备与人员。
指挥室围壳也属于上层建筑范畴。潜艇的上层建筑用来容纳柴油机的进、排气管系、高压空气瓶组、可伸缩的导缆钳、带缆桩、系泊羊角、失事救生浮标、救生平台等等多种设备。它还起着连接首尾端结构,保证潜艇外部纵向连续性的作用。其构成的上甲板结构,也是人员在艇外操作时的甲板通道。所以,上层建筑是双壳体潜艇非常重要的,不可或缺的组成部分。
双壳体结构潜艇的上层建筑较大,旁边是退役后的国产033型常规潜艇,看着拆的挺惨其实只是拆除了上层建筑和围壳部分。这艘艇也不是要报废,而是重新整修,现在该艇作为潜艇博物馆在上海东方绿洲主题公园展出。还有一幅是在坞修的一艘033艇,也拆除了上层建筑,露出内部众多的管系和高压气瓶等装置。双壳艇的上层建筑空间有多大,一看便知。
由于上层建筑属于非耐压非水密结构,潜艇在水下时这部分空间处于自由浸水状态。为了保证潜艇在上浮下潜时,水能够自由流畅
退役的国产033型常规潜艇的进出,上层建
拆掉上层建筑的常规潜艇筑上就必须开立一定数量的流水孔。因而,上层建筑内自由浸水面积大的潜艇,开立的流水孔数量就多。上层建筑小的潜艇,流水孔开口数量自然就少。双壳艇因为主压载水舱布置在舷间,艇体宽度增大,为了满足潜艇水下航行性能的需要,保证潜艇线型的流畅,现代双壳体潜艇(国产潜艇采用双壳体结构)的上层建筑和外壳体往往形成光顺曲线,成为一体。所以双壳体艇的上层建筑自由浸水面积较大,为了保证潜浮时上层建筑内的剩水能够及时的流出,上层建筑上的流水孔开口数量也就较多。
单壳艇的上层建筑左边涂成阴影的为单壳体潜艇的上层建筑区域,与双壳艇相比上层建筑空间要小的多。而像右边这艘单壳体结构的美国弗吉尼亚级攻击核潜艇,除了一个围壳外就没有其
弗吉尼亚级攻击核潜艇他上层建筑部分,其流水孔就更少,只有在艇首等部位有不起眼的开口。
单壳体艇因为主压载水舱只布置在首尾端,没有舷间结构,所以单壳艇的上层建筑外型线不需要像双壳艇那样,为了顾及水下航行需要,和艇体形成整体流线型,上层建筑空间也就比双壳艇要小的多。流水孔开口数量也就很少,个别极端的如美国人那样,只有一个围壳为上层建筑空间的潜艇,流水孔的开口数量就更稀少,只有在围壳和艇艏部有少量的难以观察到的流水孔。让很多人觉得西方潜艇艇表开口很少,外形也显得异常光滑。实际上这是东西方两个潜艇设计流派,采用不同的壳体结构形式所造成的差异。我国潜艇的设计体系传承自前苏联,在设计思想和建造工艺上基本一脉流传,壳体结构上也和前苏
燃油压载水舱联一样,选用了双壳体结构,上层建筑上的流水孔就比较多。
压载水舱通气阀双壳体艇燃油压载水舱(可作超载燃油舱)的通气阀、通海阀示意图。下潜时位于底部的压载水舱通海阀打开,水从通海阀进入水舱内,水舱内的空气通过上部打开的通气阀进入上层建筑内,再由上层建筑上的流水孔外溢到艇体外,如果流水孔数量过少,或者开口面积不够,进入上层建筑的空气将难以及时外泄到艇体外,压载水舱会形成一定的空气垫,影响水舱进水速度,延缓潜艇下潜时间。
对于双壳体潜艇来说,流水孔开口较多是有不得已的缘由的。如果流水孔开口面积过小,双壳艇在下潜过程中,压载水舱通过通气阀排出的空气将难以迅速的由流水孔溢出艇外,这会影响潜艇的快潜品质。早期的潜艇因为水面航行为主,为了避免航空反潜的威胁,就非常重视潜艇的快潜指标。在上层建筑上不但有众多的流水孔,甲板上也开立密密麻麻的通气孔,以加速潜艇的下潜速度。现代潜艇虽然以水下航行为主,通气孔已经大为减少,有的彻底取消,但是为了保证潜艇临战时一定的下潜速度,合理的流水孔开口数量是必须的。
双壳体艇的上层建筑空间大,所处位置又高于潜艇的重心和稳心,当潜艇上浮时,如果流水孔开口面积不合理,会造成严重的
039AB元级AIP潜水艇的流水口依然醒目背水(上层建筑内的水在潜艇上浮时候没有及时流出艇体,而滞留在上层建筑内),占据总吨位5%-10%左右的上层建筑背水容积,对双壳艇上浮时本就脆弱的横稳性会造成巨大的影响,对潜艇上浮经过稳性瓶颈区时的安全不利。如果海面海情大,潜艇横稳出现问题,容易出现过大的横倾,甚至发生整艇倾覆,对艇内人员和潜艇都会造成严重的威胁。
右边这艘F级双壳体潜艇在紧急上浮后,上层建筑内的水通过围壳与艇体上的流水孔及时外泄到艇体外,如果流水孔开口面积不合理,大量背水无法流出艇体,滞留在上层建筑内,双壳体潜艇上浮过程中脆弱的横稳将难以保持,一旦潜艇失稳造成倾覆会严重威胁潜艇的安全。
另外,还要考虑到当潜艇水下失事或出现严重故障时,潜艇会用紧急上浮法,以最快速度上浮至水面。此时潜艇的上浮速度和出水的角度都会非常大,流水孔开口面积不够就会造成更严重的背水,几百吨乃至上千吨(战略核潜艇的上层建筑容积可以占总吨位的15%,以92艇为例如果水下满排达到9000吨,上层建筑容积将达1350吨)的剩水将彻底破坏事故潜艇的横稳性。失事后的潜艇自救能力本就十分脆弱,一旦上浮后潜艇出现倾覆,事故潜艇残余的生存力将彻底丧失,毁艇伤人的严重事故将无法避免。
前苏联F级潜水艇紧急上浮国产039(宋)型潜艇使用的挡板纵缝流水孔,虽然有阻力系数高的问题(由于挡板的存在打断了流体的均匀性,加剧了流水孔内外流体的交换,增加了艇体边界层的厚度,提高了潜艇的粘压阻力,对潜艇的快速性不利。)但对于水下战术航速要求不高的常规潜艇影响并不大。而挡板流水孔通过在纵缝开口中增加竖立挡板的方式,用简单的工艺较低的建造成本,就解决了双壳艇薄壳体板上连续开口的工艺问题,成本低经济性好,对于大量建造的常规潜艇是适用的。毕竟039型设计时期还是上世纪的80年代中期,当时国内的经济环境比较困难,国防费用相当拮据,装备研发过程中成本控制也是设计中需要兼顾的。
039A/B型元级虽然采用了AIP动力,但是其水下最高航速的可持续性与柴电动力潜艇变化不大。AIP混合动力的水下长航时间是慢速指标,一般不会超过4-6节。元级继续采用挡板纵缝流水孔也就可以理解了。实际上元级上的流水孔与宋级相比,
美国·弗吉尼亚级攻击核潜艇也有了明显的改进。在元级第三艘上,可以发现艏艉部分流水孔的挡板档距很小,挡板向前外侧的角度很大。这种新设计的挡板形式,能抑制较高航速下流水孔内外流体的交换强度,改善流水孔区域流场的均匀性,减小挡板流水孔的阻力系数,降低艇体的粘压阻力,提高元级的水下快速性。
移出厂房的美国弗吉尼亚级攻击核潜艇(右图)艇表开口少,艇体光顺度非常优秀。对于单壳体潜艇来说,控制艇表开口有着较为明显的优势。