單殼體潛艇
耐壓殼體外沒有包覆物的潛艇
單殼體潛艇是一種只採用一層耐壓殼結構的潛艇。這種潛艇的耐壓殼體直接裸露沒有包覆物,艇體結構也較為簡單。外表光潔、漂亮,製造工藝要求較低。
單殼體潛艇的艇體由耐壓殼體組成,在耐壓殼體外沒有包覆物,耐壓艇體直接裸露在外,艇體結構也較為簡單。雙殼體潛艇的耐壓艇體全部被耐壓和非耐壓的外殼體所包覆,這層外殼除了在舯部有一段是耐壓的(耐壓液艙),其餘都是非耐壓的輕外殼。
單殼體潛艇與雙殼體潛艇的區別
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雙殼艇的結構
雙殼體和單殼體是潛艇艇體結構的兩種基本形式。潛艇為了能承受極限下潛深度處的水壓,必須要有耐壓艇體結構,這就是由一些圓柱殼,圓錐殼和首尾的端部艙壁(球面的或平面的)組成的耐壓艇體。但是僅有耐壓艇體是不夠的,還必須要將耐壓艇體用非耐壓艇體結構象加導流罩一樣罩起來,使潛艇具有流線型的外型,以減小水下阻力."罩"的方式有兩種基本的形式。一種是只"罩"潛艇的首尾端,讓中部的耐壓艇體露出來."導流罩"罩住了艇首和艇尾,潛艇也就光順了。另一種是不僅"罩"首尾端,還把整個耐壓艇體首到尾部都"罩"在非耐壓艇體結構中。前者叫單殼體結構形式,後者叫雙殼體結構形式,雙殼體潛艇的耐壓艇體和非耐壓艇體間有個空間,叫舷間空間。
雙殼體和單殼體的結構形式各有其優缺點,所以就並存了下來,在潛艇設計中都有採用。無論採用那種結構形式,都是發揮其優點同時採用其他措施來彌補其缺點.
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建造中的單殼潛水艇
這兩幅圖為單、雙殼體結構潛艇的縱剖面圖。圖1里是單殼體結構的凱旋級潛艇,現代單殼體潛艇的主壓載水艙一般都像凱旋級這樣布置在艏艉部分。主要是利用艏艉段耐壓錐殼直徑較小的特點,在耐壓錐殼外包覆一層輕外殼較為容易,兩層殼體間的空間就可以便利的布置為主壓載水艙(艏艉淺綠
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雙殼體的VIII型攻擊核潛艇的縱剖面圖
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單殼體的凱旋級戰略核潛艇的縱剖面圖
色部分即為凱旋級的主壓載水艙)。凱旋還有一段較小的非耐壓、非水密的上層建築,用來容納導彈發射筒超出耐壓殼的部分。除 此之外,艇體的絕大部分都和其他的單殼體潛艇一樣,耐壓艇體是直接暴露在外的。
另一幅圖示一艘俄羅斯的671RTM型VIII級攻擊核潛艇,為典型的雙殼體結構,耐壓艇體外從首至尾都有輕外殼包覆。像VIII這樣的雙殼艇,不僅有艏艉組主壓載水艙,舷側空間內還有數量不等的中組壓載水艙。而一些耐壓液艙如調整水艙、快潛水艙等,雙殼體艇也布置到舷間,單殼體艇則要布置到耐壓殼內,會佔據寶貴的耐壓艙室容積。
(1)結構簡單
與雙殼體艇相比,單殼體艇因為少了一層外殼體,也沒有了雙殼體艇複雜的舷側空間結構,所以結構相對簡單。在工程施工量上要比雙殼體艇少。就單純的工程角度而論,單殼艇的建造公時、佔用人工和建造材料都會比雙殼體艇少。假設兩艘單、雙殼體艇性能相近的前提下,採用單殼結構有利於減少建造時間,擴大建造產量,降低單艇建造成本。
(2)水下快速性好
與雙殼體和個半殼體以及混合殼體結構相比,在耐壓艙室容積相同的前提下,單殼體艇的濕表面積最少。因為單殼體艇的耐壓艇體外沒有包覆物,耐壓艇體直接裸露,濕表面積就是耐壓艇體的浸濕面積。而其他的殼體結構,在耐壓艇體外或多或少都包覆有比耐壓艇體直徑更大的輕外殼,大大增加了艇體的浸濕表面。其中雙殼體艇的濕表面積最大,因為雙殼體潛艇從艏至艉都完整的包覆有輕外殼,舷側空間也最為寬裕,外殼體直徑往往比耐壓艇體要增加1.6-2米之多,所以其浸濕表面積要比耐壓艇體裸露的單殼體艇大的多。濕表面積越大潛艇在水下與水接觸的面積越多,摩擦阻力也就越高。潛艇的總阻力值中摩擦阻力佔比84%左右,濕表面積大的潛艇阻力大,水下快速性差。單殼體艇因為最小的浸濕表面積,水下快速性也最佳。
單殼體艇主壓載水艙只有艏艉段有,儲備浮力低一般只有13%左右,低的甚至不到7%。儲備浮力低當然有其弊端(後面詳細展開),但是也有其優勢。與雙殼體艇30%左右的大儲備浮力相比,單殼體艇在水下的滿排噸位就要小的多。打個比方,兩艘水上正常排水量同為6000噸的單雙殼體艇,到了水下單殼艇的滿排最多增加13%的儲備浮容積和4%左右的其他非耐壓非水密結構容積,此時單殼艇水下滿排不過7020噸。雙殼體因為高達30%的儲備浮容積和10%以上的非耐壓非水密容積(雙殼體艇上層建築較大),水下滿排將達到8400噸之巨。換句話說兩艘水上排水量相同的單、雙殼體艇,到了水下雙殼的要比單殼的多帶1380噸的水。在同等推進功率下,水下噸位少的潛艇自然跑的更快,因此單殼艇的水下快速性遠比雙殼艇要優秀的多。
對於潛艇來說,水下最高航速指標有重要意義,關係著潛艇能否及時到達指定地點,去完成指揮部下達的重要任務。在潛艇佔位攻擊和逃避敵反潛力量追剿過程中,較快的航速指標也能提高潛艇的攻擊成功率和規避成功率。所以,讓潛艇擁有良好的水下快速性幾乎是每個國家海軍的基本要求。在這點上,單殼體結構潛艇具備原生性的無以復加的優點,是其他殼體結構潛艇不能比擬的。
(3)下潛速度快、艇表開口少艇體光順度好、聲反射面積小隱蔽性好
單殼艇的主壓載水艙容積小,只有艏艉端有兩組主壓載水艙,儲備浮容積不過13%左右。相比雙殼體艇的十幾個主壓載水艙,單殼體艇從水面狀態轉入水下狀態的時間少下潛速度快。現代潛艇逐漸以水下航行為主,但是非核動力潛艇水面航行時間還是較長的,為了避免敵航空反潛力量攻擊,提高潛艇生存力,一定的下潛速度還是較為重要的,在這點上單殼體艇因為主壓載水艙容積小,儲浮少下潛時間快,有一定的優勢。
單殼體艇的壓載水艙少,上層建築等非耐壓非水密部位的容積也小(詳細見《國產潛艇的洞洞為什麼那麼多》此處不再贅述),這些部位的艇表開口數量也就比雙殼體艇要少的多,艇表開口較為容易控制,在改善艇表光順度上比較有利。這對於提高潛艇的水下快速性,降低高航速下的流體噪音,提高本艇聲納有效工作距離有利。
在相同耐壓艙室容積下,單殼體艇的濕表面積最小,這在上面已經有論述就不再贅述了。浸濕表面積少,就意味著聲反射面積小,敵主動聲納入射強度就低,敵對我潛艇的搜索距離和跟蹤距離就小。便於規避敵反潛兵力的搜索和魚雷末主動導引頭的搜索跟蹤,對於提高潛艇隱蔽性,規避敵方反潛武器攻擊都較為有利,能提高戰時潛艇的生存力。
(1)儲備浮力小、不沉性差、生命力低。
單殼體艇的耐壓艇體直接暴露在外,耐壓艇體沒有任何保護。在發生撞擊事故和遭受反潛武器打擊下,耐壓艇體容易破損並導致艙室內進水。單殼體艇的主壓載水艙又小,儲備浮力只有13%左右。西方國家的單殼艇又採用大分艙結構,一旦耐壓艇體破損進水,失事艙室的進水量,往往比該艇的儲備浮力大的多。潛艇要依靠自身排除壓載水艙所獲得的浮力重新上浮到水面很難,失事潛艇容易喪失自救能力後座沉海底,給潛艇和艇內官兵的安全帶來較大的威脅。
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在建中的德國214型單殼體潛艇分段
所以單殼體艇與其他殼體結構特別是雙殼體艇相比,生命力要差的多,這同樣也是其殼體結構特性所決定的。
(2)均衡難度大、操作要求高、肋骨內置、對線形適應能力差。
單殼艇主壓載水艙少,又分佈在艏艉端,潛艇進行均衡的難度較大,在上浮下潛或者潛航過程中,艇體均衡的操縱能力較差,對操作要求較高。這就對潛艇的自動化操縱性能有了較高的要求,對舵信人員和指揮部門長也有較高的業務要求。
單殼艇耐壓艇體上的環形抗壓肋骨是內置的,當潛艇進行內裝時,大量的電纜、管路要進行穿肋作業,增加了工藝複雜性,提高了工程難度。突出的環形抗壓肋骨又佔據了寶貴的耐壓艙室容積,也會影響艙室內一些設備的布置。