1.4 潛艇的操作性能

1.4.1 動力裝置

潛艇的動力裝置根據動能轉換方式的不同，主要分為常規動力裝置和核動力裝置兩種。常規動力裝置主要應用于常規潛艇，可以分為柴-電動力裝置和AIP裝置兩種，而核動力裝置則應用于核潛艇。

●柴-電動力裝置

柴-電動力裝置是潛艇發展史上應用最早、最廣泛的動力裝置，主要由柴油機、蓄電池和主電動機等部分組成。柴油機是常規潛艇水面航行的主要動力裝置，可使潛艇的水面航速達到10～15節。主電動機是常規潛艇水下航行的主要動力裝置，以蓄電池帶動，可使潛艇水下航速達15～20節。柴-電動力裝置還裝有作為輔助動力的經濟型電機，水下航速通常為2～4節。

不過，由于受到蓄電池電量的限制，潛艇潛航一段時間就需要上浮至通氣管航行狀態，利用柴油發電機組對蓄電池進行充電。此時潛艇很容易被發現，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”。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動機提供燃燒條件，完成能量轉換，提供潛艇水下航行所需的推進動力。

與普通常規潛艇相比，裝備AIP裝置的潛艇（后文簡稱AIP潛艇）可以更長時間地潛伏水下，至少達到一個星期。此外，AIP潛艇隱身性較普通常規潛艇也更好。AIP裝置使常規潛艇的作戰效能成倍提高，已經接近于核潛艇。大多數國家的海軍由于軍費和作戰海域的限制而無法購買核潛艇，AIP潛艇就成了他們不錯的選擇。

目前，AIP技術已經開始大量應用于潛艇中，AIP裝置的技術特點也日益多樣化，包括斯特林發動機（SE/AIP）系統、閉式循環柴油機（CCD/AIP）系統、燃料電池（FC/AIP）系統、閉式循環汽輪機（MESM/AIP）系統和核電混合推進（SSN/AIP）系統等。

●核動力裝置

核動力裝置主要由核反應堆、蒸汽發生器、主循環泵和蒸汽輪機等構成。核潛艇使用的核反應堆大多是輕水型壓水反應堆，核燃料在核動力裝置的反應堆中產生裂變反應，釋放巨大能量，被不斷循環的冷卻水吸收，后者又通過蒸汽發生器將熱量傳給第二個回路中的水，使之變為蒸汽后到汽輪機中作功，將熱能轉變為動力。

利用核能作動力，使潛艇動力發生根本性的變革，推進功率達數十或數百兆瓦（1兆瓦=1000,000瓦），一次裝料可連續運轉多年，續航力增大到數十萬海里，甚至更大。由于核動力裝置不依賴空氣，使潛艇可長期在水下航行，極大地提高了隱蔽性。

由于核動力裝置的特殊性，通常核動力裝置用作核潛艇的主動力裝置。核潛艇還會安裝柴油發電機組、蓄電池和電動機等輔助動力裝置及通氣管，用于在需要時為核潛艇提供應急動力。

1.4.2 操縱系統

潛艇的操縱系統用于實現潛艇下潛上浮、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組成部分。

TIPS：

需要注意的是，單殼體潛艇因為主壓載水艙在耐壓殼體內，且儲備浮力小，對操控的要求高，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、調節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備浮力，使潛艇由水面潛入水下；用壓縮空氣將主壓載水艙內的水排出，潛艇重量減小，儲備浮力恢復，使潛艇浮出水面。通常其設在耐壓艇體外的左右舷和首尾端，并沿潛艇縱向前后、左右對稱布置。

※ 輔助壓載水艙：包括浮力調節水艙、縱傾平衡水艙和快潛水艙。浮力調節水艙位于潛艇重心附近，通常為左右舷對稱布置，屬于耐壓結構。當潛艇浮力（重力）改變時，向該艙注入或排出適量的水，以保持潛艇平衡，也可用來調整潛艇的橫傾；縱傾平衡水艙設在耐壓艇體首端和尾端，主要用來調整潛艇的縱傾；快潛水艙在注滿水時使潛艇產生一定的負浮力，加快潛艇下潛速度。

※ 補重水艙：包括魚雷補重水艙和導彈補重水艙等，用來補償消耗掉的備用魚雷和導彈的重量，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用于保持穩定，保持或改變深度的裝置，由于都是水平安裝，也稱水平舵。升降舵根據安裝位置不同，分為前升降舵和后升降舵。

※ 前升降舵：舵葉對稱布置在艇艏或指揮塔圍殼兩側，舵面較小，舵力不大，主要起穩定作用。布置在艇艏上部的稱為艏水平舵，通?？梢陨炜s，使用時伸出，不用時收回，這樣可以防止在潛艇停靠碼頭時被撞壞；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，艏水平舵受到海水的撞擊和攪動，會產生噪聲，這種噪聲妨礙和干擾了艇艏聲吶探測目標。所以部分潛艇將艏水平舵移到了指揮塔圍殼的兩側，形成圍殼舵，但這種設計產生的力矩要變小，操控性不及前者。圍殼舵和艏水平舵，兩者只取其一，不能同時設置。

※ 后升降舵：舵葉對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、轉舵傳動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。通過操舵裝置驅動轉舵傳動裝置，使舵軸轉動，舵軸兩端的舵葉隨之上下擺動并置于所需上浮或下潛的舵角上，其動力一般采用液壓或電動。升降舵的操縱原理與飛機機翼類似，當海水流經這些舵面時，產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動方向的裝置，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單，只要把方向舵的舵板扳成斜角，潛艇就向左轉或向右轉，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，現代潛艇都裝有由計算機控制的升降舵和方向舵聯合操舵裝置，能夠根據操作員的指令自動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，需要根據潛艇的作戰環境來進行選擇。

●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“十”字形，這是一種傳統的艉舵布局。優點是控制系統簡單，具有良好的操作性，并且制造方便，機械加工有一定的偏差也能夠接受。

十字舵的缺點也很明顯，四個舵面只有兩個舵面同時參與潛艇機動，產生的力矩較小，需要較大的舵面尺寸，才能達到較高的工作效率。由于十字舵的縱向和橫向尺寸大，可能超出潛艇外徑尺寸。當方向舵的下舵吃水大于艇體，在淺海區域航行或坐沉海底時，容易因觸碰造成損傷。而艉水平舵的長度大于艇體，潛艇靠岸時，容易出現碰撞，存在一定的危險性。而且，當某個舵面出現卡舵現象時，其他舵面無法用來替代，從而造成潛艇無法正常工作。

TIPS：

美國對十字舵進行改進，通過在十字舵的前下方兩側的45度處增加一對穩定翼，形成獨特的“木”字形艉舵，以兼顧深海和淺海兩種水域的作戰要求。美國的“洛杉磯”級、“海狼”級，乃至最新的“弗吉尼亞”級核潛艇等都應用了這種設計。

雖然十字舵有很多缺點，但部分缺點能通過提高建造工藝和操作技術來克服，以降低其故障率和危險性。所以，十字舵現在仍然是大多數國家建造潛艇時采用的艉舵布局。不過部分國家根據需要對其進行了改進，例如美國“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇的“木”字舵、俄羅斯“基洛”級常規潛艇的“T”形舵、法國“凱旋”級彈道導彈核潛艇的“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，當艇體轉動時，會同時產生水平偏航和垂直俯仰的力矩，潛艇機動性更佳。單個舵面發生卡舵時，靠另外三個舵亦可實現機動，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，對坐沉海底很有幫助，并且在停靠碼頭時不會與碼頭發生碰撞，更安全。

X舵最大的缺點就是操控復雜，對操控系統要求較高，要精細地計算出4個舵葉的角度，才能使潛艇按正確的航向航行，稍有偏差，就會導致潛艇失去穩定性甚至傾覆。操控裝置設計復雜，需要為4個舵面分別設置操控臺，操作人員也需要進行專業訓練。

美國早在20世紀50年代就在“大青花魚”號試驗潛艇上對X舵進行試驗，結果發現艉舵所產生的力矩對潛艇運動姿態的影響令人難以控制，要把普通的艉舵角和下潛指令轉換成X舵相應的舵板運動，需要經過繁瑣的轉換和計算過程，必須利用計算機。出于對當時計算機可靠性的懷疑，美國海軍最終放棄使用X舵布局。

TIPS：

十字舵布局技術成熟，操控簡單，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時間航行。而X舵的操控復雜，不太適合長時間的深海潛航，比較適合淺海區域。

隨著相關技術的發展，X舵的可靠性問題逐步得到解決。目前，瑞典、荷蘭和德國等國的潛艇都廣泛采用了X舵布局，例如瑞典的“西約特蘭”級和“哥特蘭”級、荷蘭的“海鱔”級和“海象”級、德國的212級等。這些國家的主要作戰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舵在淺海區域的表現非常優異。

1.4.4 推進器

現代潛艇主要采用螺旋槳推進和泵噴射推進兩種推進方式，下面簡單介紹兩者的特點。

●螺旋槳推進

螺旋槳是一種非常傳統的推進器，大多數艦船上都采用這種推進器?，F代潛艇中大多數也仍然采用螺旋槳作為推進裝置。螺旋槳的工作原理很簡單，潛艇的動力裝置產生動力，通過尾軸帶動螺旋槳轉動并推動水流，使潛艇前進。

螺旋槳的葉片越少，推力就越小，同等推力下，轉速就需要提高，但噪音也會隨之增大，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，因為在葉片數相差不大的情況下，非對稱葉片比對稱的共振小。

當然，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動的數控機床，螺旋槳的線形不合理、加工面不光滑等都會造成湍流（無規律地流動），這是人們不希望發生的。

螺旋槳高速旋轉時，槳葉周圍的海水會形成空泡，從而產生空泡噪聲。艇體表面與水流之間還會產生摩擦，形成流體水動力噪聲。為降低噪聲，各國都在不斷進行改進，采取的方法有降低螺旋槳的轉速、改變螺旋槳葉片的數量、改變葉片的面積和形狀、提高葉面光潔度、使用氣幕降噪等。

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

●泵噴射推進

為了充分發揮核潛艇的作戰效能，攻擊型核潛艇逐步向高航速、低噪音方向發展。如果仍舊采用傳統的單七葉大側斜螺旋槳推進，則無法滿足作戰需求。為此，美、英、法等國家經過多年研究和試驗后，發明了一種全新的推進方式——泵噴射推進。

泵噴射推進技術最先由英國研制成功，并于20世紀80年代首次應用在其“特拉法爾加（Trafalgar）”級攻擊型核潛艇上。應用結果表明，泵噴射推進器可以有效降低航行噪聲。歐美國家新近建造的核動力攻擊型潛艇均采用這種推進方式，例如美國的“海狼”級和“弗吉尼亞”級核潛艇、法國的“凱旋”級和“梭魚”級核潛艇等。

TIPS：

潛艇的推進系統由于暴露在艇體外，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，推進器的低頻線譜噪聲的頻率低，強度大，傳播距離遠；在中、高速航行時，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器的噪聲。

泵噴射推進器外表類似加了導管的螺旋槳，內部由固定葉片和十幾片旋轉側斜葉片組成，而導管螺旋槳沒有固定葉片。泵噴射推進的工作原理和抽水機非常相似，水從導管的艏部流入，再由艉部噴出，使用無軸推進方式，通過動力機組提供的電力驅動電動機獲得推進動力，由于少了尾軸傳動，所以沒有機械噪聲。

由于泵噴射技術比較復雜，一些國家還沒有完全掌握，所以沒有在各國普及。目前，泵噴射推進主要應用在核潛艇上，因為核潛艇的噪聲一般比常規潛艇大，所以核潛艇的降噪更為重要。