1.4 潛艇的操作性能

1.4.1 動(dòng)力裝置

潛艇的動(dòng)力裝置根據(jù)動(dòng)能轉(zhuǎn)換方式的不同，主要分為常規(guī)動(dòng)力裝置和核動(dòng)力裝置兩種。常規(guī)動(dòng)力裝置主要應(yīng)用于常規(guī)潛艇，可以分為柴-電動(dòng)力裝置和AIP裝置兩種，而核動(dòng)力裝置則應(yīng)用于核潛艇。

●柴-電動(dòng)力裝置

柴-電動(dòng)力裝置是潛艇發(fā)展史上應(yīng)用最早、最廣泛的動(dòng)力裝置，主要由柴油機(jī)、蓄電池和主電動(dòng)機(jī)等部分組成。柴油機(jī)是常規(guī)潛艇水面航行的主要?jiǎng)恿ρb置，可使?jié)撏У乃婧剿龠_(dá)到10～15節(jié)。主電動(dòng)機(jī)是常規(guī)潛艇水下航行的主要?jiǎng)恿ρb置，以蓄電池帶動(dòng)，可使?jié)撏潞剿龠_(dá)15～20節(jié)。柴-電動(dòng)力裝置還裝有作為輔助動(dòng)力的經(jīng)濟(jì)型電機(jī)，水下航速通常為2～4節(jié)。

不過，由于受到蓄電池電量的限制，潛艇潛航一段時(shí)間就需要上浮至通氣管航行狀態(tài)，利用柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。此時(shí)潛艇很容易被發(fā)現(xiàn)，從而遭到攻擊。

●AIP裝置

AIP，英文全稱為“Air-Independent Propulsion”，譯為“不依賴空氣推進(jìn)”。AIP裝置最初由瑞典研制成功，利用潛艇自身攜帶的氧氣為發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃燒條件，完成能量轉(zhuǎn)換，提供潛艇水下航行所需的推進(jìn)動(dòng)力。

與普通常規(guī)潛艇相比，裝備AIP裝置的潛艇（后文簡(jiǎn)稱AIP潛艇）可以更長(zhǎng)時(shí)間地潛伏水下，至少達(dá)到一個(gè)星期。此外，AIP潛艇隱身性較普通常規(guī)潛艇也更好。AIP裝置使常規(guī)潛艇的作戰(zhàn)效能成倍提高，已經(jīng)接近于核潛艇。大多數(shù)國(guó)家的海軍由于軍費(fèi)和作戰(zhàn)海域的限制而無法購(gòu)買核潛艇，AIP潛艇就成了他們不錯(cuò)的選擇。

目前，AIP技術(shù)已經(jīng)開始大量應(yīng)用于潛艇中，AIP裝置的技術(shù)特點(diǎn)也日益多樣化，包括斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)（SE/AIP）系統(tǒng)、閉式循環(huán)柴油機(jī)（CCD/AIP）系統(tǒng)、燃料電池（FC/AIP）系統(tǒng)、閉式循環(huán)汽輪機(jī)（MESM/AIP）系統(tǒng)和核電混合推進(jìn)（SSN/AIP）系統(tǒng)等。

●核動(dòng)力裝置

核動(dòng)力裝置主要由核反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、主循環(huán)泵和蒸汽輪機(jī)等構(gòu)成。核潛艇使用的核反應(yīng)堆大多是輕水型壓水反應(yīng)堆，核燃料在核動(dòng)力裝置的反應(yīng)堆中產(chǎn)生裂變反應(yīng)，釋放巨大能量，被不斷循環(huán)的冷卻水吸收，后者又通過蒸汽發(fā)生器將熱量傳給第二個(gè)回路中的水，使之變?yōu)檎羝蟮狡啓C(jī)中作功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力。

利用核能作動(dòng)力，使?jié)撏?dòng)力發(fā)生根本性的變革，推進(jìn)功率達(dá)數(shù)十或數(shù)百兆瓦（1兆瓦=1000,000瓦），一次裝料可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)多年，續(xù)航力增大到數(shù)十萬海里，甚至更大。由于核動(dòng)力裝置不依賴空氣，使?jié)撏Э砷L(zhǎng)期在水下航行，極大地提高了隱蔽性。

由于核動(dòng)力裝置的特殊性，通常核動(dòng)力裝置用作核潛艇的主動(dòng)力裝置。核潛艇還會(huì)安裝柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池和電動(dòng)機(jī)等輔助動(dòng)力裝置及通氣管，用于在需要時(shí)為核潛艇提供應(yīng)急動(dòng)力。

1.4.2 操縱系統(tǒng)

潛艇的操縱系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)潛艇下潛上浮、水下平衡、保持和改變航向及下潛深度等，包括潛艇水艙、升降舵、方向舵和操舵裝置等多個(gè)組成部分。

TIPS：

需要注意的是，單殼體潛艇因?yàn)橹鲏狠d水艙在耐壓殼體內(nèi)，且儲(chǔ)備浮力小，對(duì)操控的要求高，所以不及雙殼體潛艇。

●潛艇水艙

潛艇水艙是用于保證潛艇下潛上浮、調(diào)節(jié)浮力和縱傾等的專用貯水艙柜。主要包括主壓載水艙、輔助壓載水艙和補(bǔ)重水艙等。

※ 主壓載水艙：用于保障潛艇下潛和上浮。通過向主壓載水艙注水，增加潛艇重量以抵消其儲(chǔ)備浮力，使?jié)撏в伤鏉撊胨拢挥脡嚎s空氣將主壓載水艙內(nèi)的水排出，潛艇重量減小，儲(chǔ)備浮力恢復(fù)，使?jié)撏Ц〕鏊?。通常其設(shè)在耐壓艇體外的左右舷和首尾端，并沿潛艇縱向前后、左右對(duì)稱布置。

※ 輔助壓載水艙：包括浮力調(diào)節(jié)水艙、縱傾平衡水艙和快潛水艙。浮力調(diào)節(jié)水艙位于潛艇重心附近，通常為左右舷對(duì)稱布置，屬于耐壓結(jié)構(gòu)。當(dāng)潛艇浮力（重力）改變時(shí)，向該艙注入或排出適量的水，以保持潛艇平衡，也可用來調(diào)整潛艇的橫傾；縱傾平衡水艙設(shè)在耐壓艇體首端和尾端，主要用來調(diào)整潛艇的縱傾；快潛水艙在注滿水時(shí)使?jié)撏Мa(chǎn)生一定的負(fù)浮力，加快潛艇下潛速度。

※ 補(bǔ)重水艙：包括魚雷補(bǔ)重水艙和導(dǎo)彈補(bǔ)重水艙等，用來補(bǔ)償消耗掉的備用魚雷和導(dǎo)彈的重量，以保持潛艇在水下靜力平衡。

除上述各種水艙外，在潛艇上還有淡水艙、污水艙等。

●升降舵

升降舵是潛艇水下航行時(shí)用于保持穩(wěn)定，保持或改變深度的裝置，由于都是水平安裝，也稱水平舵。升降舵根據(jù)安裝位置不同，分為前升降舵和后升降舵。

※ 前升降舵：舵葉對(duì)稱布置在艇艏或指揮塔圍殼兩側(cè)，舵面較小，舵力不大，主要起穩(wěn)定作用。布置在艇艏上部的稱為艏水平舵，通?？梢陨炜s，使用時(shí)伸出，不用時(shí)收回，這樣可以防止在潛艇?？看a頭時(shí)被撞壞；布置在指揮塔圍殼上的稱為圍殼舵，一般為固定安裝方式。

TIPS：

潛艇在航行時(shí)，艏水平舵受到海水的撞擊和攪動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生噪聲，這種噪聲妨礙和干擾了艇艏聲吶探測(cè)目標(biāo)。所以部分潛艇將艏水平舵移到了指揮塔圍殼的兩側(cè)，形成圍殼舵，但這種設(shè)計(jì)產(chǎn)生的力矩要變小，操控性不及前者。圍殼舵和艏水平舵，兩者只取其一，不能同時(shí)設(shè)置。

※ 后升降舵：舵葉對(duì)稱布置在尾軸螺旋槳前面或后面，舵面比艏水平舵大，直接受螺旋槳水流的作用，產(chǎn)生的舵力較大，是水下操縱潛艇的主升降舵。

升降舵由平衡式舵葉、舵軸、轉(zhuǎn)舵?zhèn)鲃?dòng)裝置和操舵裝置組成，如果艏水平舵為可伸縮式，還包括伸縮裝置。通過操舵裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)舵?zhèn)鲃?dòng)裝置，使舵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，舵軸兩端的舵葉隨之上下擺動(dòng)并置于所需上浮或下潛的舵角上，其動(dòng)力一般采用液壓或電動(dòng)。升降舵的操縱原理與飛機(jī)機(jī)翼類似，當(dāng)海水流經(jīng)這些舵面時(shí)，產(chǎn)生的壓力就用來控制潛艇的行駛方向，把前水平舵向上翹起、后水平舵向下傾斜，潛艇就上升，反之則下降。

●方向舵

方向舵是用于改變或保持潛艇的運(yùn)動(dòng)方向的裝置，垂直布置在潛艇艇體的尾端、螺旋槳前面或后面，就像魚兒的尾巴一樣。由于方向舵是垂直安裝的，人們又稱其為垂直舵。

方向舵的操縱原理更簡(jiǎn)單，只要把方向舵的舵板扳成斜角，潛艇就向左轉(zhuǎn)或向右轉(zhuǎn)，與水面船舶上的舵非常相似。

●操舵裝置

潛艇的操舵裝置一般位于中央指揮艙，現(xiàn)代潛艇都裝有由計(jì)算機(jī)控制的升降舵和方向舵聯(lián)合操舵裝置，能夠根據(jù)操作員的指令自動(dòng)控制潛艇在水下航行的深度和航向。

1.4.3 艉舵布局

目前，潛艇的艉舵布局主要包括十字舵和X舵兩種。采用什么類型的艉舵布局，需要根據(jù)潛艇的作戰(zhàn)環(huán)境來進(jìn)行選擇。

●十字舵

十字舵的舵面采用十字型布局，即潛艇的艉水平舵和方向舵相互垂直，看起來像一個(gè)“十”字形，這是一種傳統(tǒng)的艉舵布局。優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，具有良好的操作性，并且制造方便，機(jī)械加工有一定的偏差也能夠接受。

十字舵的缺點(diǎn)也很明顯，四個(gè)舵面只有兩個(gè)舵面同時(shí)參與潛艇機(jī)動(dòng)，產(chǎn)生的力矩較小，需要較大的舵面尺寸，才能達(dá)到較高的工作效率。由于十字舵的縱向和橫向尺寸大，可能超出潛艇外徑尺寸。當(dāng)方向舵的下舵吃水大于艇體，在淺海區(qū)域航行或坐沉海底時(shí)，容易因觸碰造成損傷。而艉水平舵的長(zhǎng)度大于艇體，潛艇靠岸時(shí)，容易出現(xiàn)碰撞，存在一定的危險(xiǎn)性。而且，當(dāng)某個(gè)舵面出現(xiàn)卡舵現(xiàn)象時(shí)，其他舵面無法用來替代，從而造成潛艇無法正常工作。

TIPS：

美國(guó)對(duì)十字舵進(jìn)行改進(jìn)，通過在十字舵的前下方兩側(cè)的45度處增加一對(duì)穩(wěn)定翼，形成獨(dú)特的“木”字形艉舵，以兼顧深海和淺海兩種水域的作戰(zhàn)要求。美國(guó)的“洛杉磯”級(jí)、“海狼”級(jí)，乃至最新的“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇等都應(yīng)用了這種設(shè)計(jì)。

雖然十字舵有很多缺點(diǎn)，但部分缺點(diǎn)能通過提高建造工藝和操作技術(shù)來克服，以降低其故障率和危險(xiǎn)性。所以，十字舵現(xiàn)在仍然是大多數(shù)國(guó)家建造潛艇時(shí)采用的艉舵布局。不過部分國(guó)家根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，例如美國(guó)“弗吉尼亞”級(jí)攻擊型核潛艇的“木”字舵、俄羅斯“基洛”級(jí)常規(guī)潛艇的“T”形舵、法國(guó)“凱旋”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇的“H”形舵等。

●X舵

X舵，舵面采用X形布局，這種舵的操縱性比十字舵好，當(dāng)艇體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生水平偏航和垂直俯仰的力矩，潛艇機(jī)動(dòng)性更佳。單個(gè)舵面發(fā)生卡舵時(shí)，靠另外三個(gè)舵亦可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)，可靠性更高。此外，X舵的尺寸更小，寬度小于或等于潛艇的艇體，對(duì)坐沉海底很有幫助，并且在?？看a頭時(shí)不會(huì)與碼頭發(fā)生碰撞，更安全。

X舵最大的缺點(diǎn)就是操控復(fù)雜，對(duì)操控系統(tǒng)要求較高，要精細(xì)地計(jì)算出4個(gè)舵葉的角度，才能使?jié)撏О凑_的航向航行，稍有偏差，就會(huì)導(dǎo)致潛艇失去穩(wěn)定性甚至傾覆。操控裝置設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要為4個(gè)舵面分別設(shè)置操控臺(tái)，操作人員也需要進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練。

美國(guó)早在20世紀(jì)50年代就在“大青花魚”號(hào)試驗(yàn)潛艇上對(duì)X舵進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)艉舵所產(chǎn)生的力矩對(duì)潛艇運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的影響令人難以控制，要把普通的艉舵角和下潛指令轉(zhuǎn)換成X舵相應(yīng)的舵板運(yùn)動(dòng)，需要經(jīng)過繁瑣的轉(zhuǎn)換和計(jì)算過程，必須利用計(jì)算機(jī)。出于對(duì)當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)可靠性的懷疑，美國(guó)海軍最終放棄使用X舵布局。

TIPS：

十字舵布局技術(shù)成熟，操控簡(jiǎn)單，雖然操控性能不如X舵，但綜合能力較好，更適合在深海海域中長(zhǎng)時(shí)間航行。而X舵的操控復(fù)雜，不太適合長(zhǎng)時(shí)間的深海潛航，比較適合淺海區(qū)域。

隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，X舵的可靠性問題逐步得到解決。目前，瑞典、荷蘭和德國(guó)等國(guó)的潛艇都廣泛采用了X舵布局，例如瑞典的“西約特蘭”級(jí)和“哥特蘭”級(jí)、荷蘭的“海鱔”級(jí)和“海象”級(jí)、德國(guó)的212級(jí)等。這些國(guó)家的主要作戰(zhàn)海域是北海和波羅的海這類淺海海域，特別是瑞典和荷蘭，可見X舵在淺海區(qū)域的表現(xiàn)非常優(yōu)異。

1.4.4 推進(jìn)器

現(xiàn)代潛艇主要采用螺旋槳推進(jìn)和泵噴射推進(jìn)兩種推進(jìn)方式，下面簡(jiǎn)單介紹兩者的特點(diǎn)。

●螺旋槳推進(jìn)

螺旋槳是一種非常傳統(tǒng)的推進(jìn)器，大多數(shù)艦船上都采用這種推進(jìn)器。現(xiàn)代潛艇中大多數(shù)也仍然采用螺旋槳作為推進(jìn)裝置。螺旋槳的工作原理很簡(jiǎn)單，潛艇的動(dòng)力裝置產(chǎn)生動(dòng)力，通過尾軸帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)并推動(dòng)水流，使?jié)撏斑M(jìn)。

螺旋槳的葉片越少，推力就越小，同等推力下，轉(zhuǎn)速就需要提高，但噪音也會(huì)隨之增大，所以潛艇的螺旋槳一般都是五、六、七葉居多。其中又以七葉效果最好，因?yàn)樵谌~片數(shù)相差不大的情況下，非對(duì)稱葉片比對(duì)稱的共振小。

當(dāng)然，九葉螺旋槳更好，但是九葉的加工難度更大，不易成型。在同一塊材料上面進(jìn)行同步加工，制成的螺旋槳的平衡性最佳，而同步加工幾葉螺旋槳就需要幾聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，螺旋槳的線形不合理、加工面不光滑等都會(huì)造成湍流（無規(guī)律地流動(dòng)），這是人們不希望發(fā)生的。

螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳葉周圍的海水會(huì)形成空泡，從而產(chǎn)生空泡噪聲。艇體表面與水流之間還會(huì)產(chǎn)生摩擦，形成流體水動(dòng)力噪聲。為降低噪聲，各國(guó)都在不斷進(jìn)行改進(jìn)，采取的方法有降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速、改變螺旋槳葉片的數(shù)量、改變?nèi)~片的面積和形狀、提高葉面光潔度、使用氣幕降噪等。

隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了很多改良的螺旋槳設(shè)計(jì)。美國(guó)“海狼”級(jí)核潛艇上安裝的閉式呈后掠型螺旋槳，可使空泡數(shù)量減至最少。俄羅斯主推的雙七葉大側(cè)斜螺旋槳，通過加大槳葉直徑，將總的螺旋槳負(fù)荷一分為二，降低了螺旋槳轉(zhuǎn)速，并能有效抑制空泡的產(chǎn)生和破碎，從而降低螺旋槳的損害程度，并降低噪聲。英國(guó)采用了用高阻尼與高強(qiáng)度復(fù)合材料制造的螺旋槳，減震效果是一般螺旋槳的20倍。法國(guó)采用的新型螺旋槳，既能降低噪聲又能提高推進(jìn)效率。

●泵噴射推進(jìn)

為了充分發(fā)揮核潛艇的作戰(zhàn)效能，攻擊型核潛艇逐步向高航速、低噪音方向發(fā)展。如果仍舊采用傳統(tǒng)的單七葉大側(cè)斜螺旋槳推進(jìn)，則無法滿足作戰(zhàn)需求。為此，美、英、法等國(guó)家經(jīng)過多年研究和試驗(yàn)后，發(fā)明了一種全新的推進(jìn)方式——泵噴射推進(jìn)。

泵噴射推進(jìn)技術(shù)最先由英國(guó)研制成功，并于20世紀(jì)80年代首次應(yīng)用在其“特拉法爾加（Trafalgar）”級(jí)攻擊型核潛艇上。應(yīng)用結(jié)果表明，泵噴射推進(jìn)器可以有效降低航行噪聲。歐美國(guó)家新近建造的核動(dòng)力攻擊型潛艇均采用這種推進(jìn)方式，例如美國(guó)的“海狼”級(jí)和“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇、法國(guó)的“凱旋”級(jí)和“梭魚”級(jí)核潛艇等。

TIPS：

潛艇的推進(jìn)系統(tǒng)由于暴露在艇體外，很容易向水中傳播噪聲，是潛艇的主要噪聲源。在低速航行時(shí)，推進(jìn)器的低頻線譜噪聲的頻率低，強(qiáng)度大，傳播距離遠(yuǎn)；在中、高速航行時(shí)，噪聲隨航速提高而增大。因此，降低核潛艇的噪聲必須先降低推進(jìn)器的噪聲。

泵噴射推進(jìn)器外表類似加了導(dǎo)管的螺旋槳，內(nèi)部由固定葉片和十幾片旋轉(zhuǎn)側(cè)斜葉片組成，而導(dǎo)管螺旋槳沒有固定葉片。泵噴射推進(jìn)的工作原理和抽水機(jī)非常相似，水從導(dǎo)管的艏部流入，再由艉部噴出，使用無軸推進(jìn)方式，通過動(dòng)力機(jī)組提供的電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)獲得推進(jìn)動(dòng)力，由于少了尾軸傳動(dòng)，所以沒有機(jī)械噪聲。

由于泵噴射技術(shù)比較復(fù)雜，一些國(guó)家還沒有完全掌握，所以沒有在各國(guó)普及。目前，泵噴射推進(jìn)主要應(yīng)用在核潛艇上，因?yàn)楹藵撏У脑肼曇话惚瘸Ｒ?guī)潛艇大，所以核潛艇的降噪更為重要。