KKTT的博客，096估计就照着这个来了。

发表于 2016-9-6 02:28

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“俄亥俄”级潜艇替代者——SSBN-X

2013-08-23 09:37:39|  分类：核潜艇 |举报|字号订阅

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　　问：迟教授您好，最近网上流出了美国下一代战略核潜艇SSBN-X的一些设计方案和图片资料，不知道您看了没有，对其有何评价？
　　答：这些资料我也看了，虽然没有详细的设计参数和细节，但却也提及了新潜艇几个主要系统将要应用的技术和一些改进，有不少亮点，像“X”形尾舵、更先进的核反应堆、喷水推进器等。如果这些新技术未来都能够成功应用的话，新潜艇的技术性能和作战效能将大大超越目前美国海军现役的“俄亥俄”级战略核潜艇。

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　　采用“X”形尾舵

　　问：从设计想象图上看，新潜艇的艇型与“俄亥俄”级一样，都是拉长水滴型，外观上最大的变化就是其尾舵换了吧？
　　答：是的，SSBN-X的尾舵从“俄亥俄”级的“十字”形舵换成了“X”形舵。这是一个很大的改变，一般来说，“X”形舵在一两千吨的中小型常规潜艇上比较流行，像德国的212A级，日本的“苍龙”级，澳大利亚的“科林斯”级，以色列的“海豚”级等常规潜艇都用的是“X”形舵，但大型核潜艇却基本都采用的是“十字”形舵或其变种，尤其是SSBN-X这种水下排水量近两万吨的大型战略核潜艇采用“X”形舵算是首创了。
　　问：这是什么原因？
　　答：主要是可靠性方面的问题，“十字”形舵由水平操纵面控制上浮下潜，垂直操纵面控制转向，技术成熟可靠，符合人类的操纵习惯，比较容易理解，产生的扭力相对直接，控制起来也比较简单。而“X”形舵的全部四个舵面都兼有垂直舵和水平舵的双重功能，是靠四个舵面的协调工作来完成潜艇的操纵控制，操纵系统的复杂程度很高，复杂到四个舵板必须在集中控制操纵系统的管理下才能正常工作，对操纵系统的计算机化、自动化提出了很高的要求，单凭人工是很难操作的。一旦“X”形舵的操纵系统失灵，改为备份手操后，舵信人员需要同时手控四个尾舵，并在高度协调下才能完成操舵工作。
　　还有就是美国的战略核潜艇处于隐蔽目的，经常要在北冰洋的冰下活动，而“十字”形尾舵的垂直舵面在破冰时受力面积小、和冰面垂直，能够承受的力更大，在破冰时相比“X”形尾舵更不容易破损。
　　所以别看“X”形舵是美国发明的，并早在1959年就在“大青花鱼”潜艇上试验了“X”形舵，虽然对其操纵性能十分欣赏，但出于可靠性和安全性考虑，一直没在其核潜艇上使用。
　　问：既然“X”形舵可靠性不高，操纵起来还复杂，那美国为什么还将其应用在下一代战略核潜艇上？
　　答：因为相对于“X”形舵的缺点，它的优点更多。第一，舵效明显高于“十字”形尾舵。“X”舵的四个舵面是布置在潜艇尾部的对角线上，因此在不超出艇身尺寸的情况下，舵面可以做的更长，再加上“X”形舵每个舵的摆动都能在水平面和垂直面产生操纵力，因此其舵效要比“十字”舵高出30%～40%。以水平回转为例，“X”舵要比“十字”舵回转半径小14%左右，回转周期减小6%左右。这意味着在航速相同、舵角相同的情况下，装备“X”舵的潜艇纵倾角和深度变化率要更大，在各种航速下的垂直面和水平面机动性也更优秀。
　　而“十字”舵要想达到和“X”形舵相同的舵效，就要“超限”，也就是水平舵超出艇体的最大宽度，下方向舵则超出潜艇的底座基线。使潜艇在离靠码头、多艇并靠或者在潜艇座沉海底、坐墩船坞时，容易导致尾舵受损。这也是常规潜艇多使用“X”形舵的原因，因为常规潜艇经常在近海活动，水下环境复杂，海底的突出物较多，而且作战时会经常采用坐底战术（将潜艇动力关闭，静沉在海底），所以“X”形舵更为适合。
　　第二，高速条件下的机动性更好。由于“X”形尾舵比“十字”型舵的舵叶面积更大、四叶联动，潜艇在高速机动时，舵叶受力更均匀，急剧变向、变深的效率更高，潜艇攻防战术运用更加得力。同时，“X”舵的稳定横倾角小，在大速度回转时可以通过差动舵进一步控制整艇的横倾，可以实现无纵倾定深回转。这对于潜艇在水下航行，特别是高速回转时保证潜艇的横倾平衡十分有利，也很大程度的提高了潜艇高速机动下的安全性。另外，“X”舵潜艇纵倾角的过渡时间比十字舵短，振荡幅值也比十字舵小，这对帮助潜艇舵信人员提高操舵正确率，改善潜艇操纵安全性都有较大好处。
　　第三，安全冗余高。“十字”形舵潜艇在高速航行时，一旦发生卡舵现象，特别是尾水平舵出现卡舵，容易使潜艇在短时内超深（超出极限深度），或者让潜艇在高速上浮中与水面物体撞击，从而造成严重的安全事故。而“X”形舵的四个尾操纵面都可以独立转动，并都有操纵潜艇垂直、水平面机动的能力，这就提高了X舵潜艇发生卡舵时的安全冗余。比如当“X”舵发生单舵卡时，还有三个舵可以控制潜艇的航向，对潜艇的安全性影响不大。当发生概率极低的双舵卡时，舵信人员可通过操纵反向舵面产生与卡舵舵面相反的力和力矩，实现潜艇的直线定深航行，避免潜艇出现高速超深的现象，保证潜艇在安全深度和安全范围内可控航行。只有当X舵的三个舵面同时发生卡舵，“X“舵才会彻底失效，但这样的失效概率极低，几乎可以忽略不计。所以，与“十字”舵相比，“X”舵的安全冗余高，发生卡舵时的失效概率低，在安全性上的优势非常突出。
　　更何况随着计算机技术和自动控制技术的发展，“X”形舵早先操纵复杂的问题也已经得到解决，比如美国在“海狼”级和“弗吉尼亚”级攻击核潜艇上就部分采用了“X”形舵技术。之所以说是部分采用，是因为“海狼”级和“弗吉尼亚”级攻击核潜艇的尾舵是在“十字”形尾舵基础上增加了两片“X”形舵的斜角舵面，形成一个独特的“木”字形结构，算是取两家之长，但也带来结构重量和系统复杂度增加的问题。因此这次研制SSBN-X，便一步到位，直接采用“X”形舵。
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　　更先进的核反应堆

　　问：动力方面，美国将为其新一代战略核潜艇新设计一款反应堆，除了安全性和噪声控制方面的性能提升外，该反应堆最大的特点是能持续运行50年，这一点有什么特别的意义吗？
　　答：大家往往认为核动力就是可以无限使用，这实际上是不对的。因为核反应堆也是有寿命周期的，这个寿命周期主要是指反应堆内装填的核燃料（堆芯）的使用寿命，核反应堆运行后，核燃料中的易裂变核素（U-235或Pu-239）就在中子流的轰击下进行不断的裂变反应，随着核反应的进行，核燃料中的易裂变核素逐渐减少，反应性也逐步降低，当降低到一定程度时，裂变反应将不能维持，就需要重新填入核燃料。比如，美国“洛杉矶”级攻击核潜艇上使用的S6G核反应堆和“俄亥俄”级战略核潜艇上使用的S8G核反应堆的使用寿命为10～13年。反应堆使用年限到后，就要进行中期换料大修，以更换堆芯，给反应堆重新装填核燃料。
　　但问题是，核潜艇装填核燃料可不像其他军舰加注燃油那么简单，拉根管子就能进行。需要进船厂专用船台，先将反应堆位置的耐压壳体切开，拆除反应堆上方的设备，如屏蔽设备、管路、控制棒驱动机构等，然后再拆除反应堆的顶堆，将整个堆芯吊出来运到专用的换料厂房内，一组一组地慢慢更换核燃料，然后再将新堆芯按照反方向过程装入潜艇。整个换料过程都是屏蔽操作，相当的复杂，所需时间也比较长，像美国“俄亥俄”级战略核潜艇的一次中期换料就需要27个月。所以，目前各国新研制的核反应堆都比较注重延长其使用周期，像美国给“弗吉尼亚”级攻击核潜艇研制的核反应堆S9G的使用年限就可以达到25～30年，基本上与艇体同寿命。即一炉料可以用到核潜艇退役为止，这是指核潜艇正常执行巡逻值班和训练任务而言，即有相当的使用强度。这样就不需要进行中期换料，既浪费时间又浪费大量的人力物力，还消除了更换燃料时造成核辐射的风险。
　　问：既然美国目前的S9G反应堆就能达到25～30年的使用寿命，那美国为什么不直接使用成熟产品，却要重新设计一款，还特别强调持续运行50年？
　　答：这主要有两个方面的原因，一是S9G反应堆的功率不够。该反应堆的最大输出功率是4万马力，用在不到8000吨的“弗吉尼亚”级上符合要求，但对于新战略核潜艇近20000吨的排水量来说，就带不动了。像水下排水量18000多吨的“俄亥俄”级战略核潜艇所用的S8G反应堆的最大功率是6万马力，因此，为SSBN-X新设计的反应堆的功率很有可能超过6万马力。
　　二是S9G反应堆的寿命周期仍显不足。战略核潜艇由于造价高昂，服役时间一般都比较长，普遍都在30～ 40年，像美国目前现役的“俄亥俄”级战略核潜艇，最早建造的几艘到目前都已经服役超过30年。再加上美国海军是全球部署，平时的训练也比较频繁，核燃料用起来自然比较费，所以美国核潜艇反应堆的工作年限一般都是取下限，S9G反应堆25～30年的寿命仍然满足不了与潜艇同寿命的设计要求，所以才将新反应堆的运行寿命增加到50年。
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　　全电推进系统

　　问：据资料显示SSBN-X的推进系统将采用电力驱动方式取代目前汽轮机与潜艇轴系直接机械连接的配置，这是不是就是全电推进？
　　答：是的。就是采用电动机直接带动推进器推动潜艇行进，核反应堆只提供热量，加热蒸汽驱动蒸汽轮机，前面这部分和现在的核潜艇一样。接下来才是不一样的，蒸汽轮机将不是直接连接变速箱，进而带动轴系驱动螺旋桨，而是与发电机相连，将蒸汽轮机的机械能转化为电能，然后再由电动机带动螺旋桨。
　　问：核潜艇采用全电推进方式有哪些优点？
　　答：一是可以大大降低潜艇的辐射噪声。传统的核潜艇推进系统是由蒸汽轮机通过传动轴系（减速齿轮箱）把能量传递给螺旋桨。而变速齿轮箱、推进轴等机械机构是产生摩擦、震动噪声的主要因素。使用电力推进后，就可以去掉齿轮箱、缩短推力轴，核潜艇的机械辐射噪声必然大大降低。实际上常规潜艇之所以辐射噪声低，就是因为常规潜艇是电力推进的，所不同的是常规潜艇的电力来自蓄电池，而SSBN-X推进所需的电力是直接来自发电机。
　　二是有利于潜艇内部布局。以往核潜艇的螺旋桨需要通过长长的传动轴与齿轮箱连接，这就限定了动力舱的布置位置必须离螺旋桨近，还得在船舶底部，而且传动轴还得穿透几个舱室，还要转动，不利于水密舱的密封。
　　换用电力推进后，推进发电机组不一定非要布置在推进轴线上，因此，推进轴系的倾斜角可以减少，推进轴系可以缩短，从而有利于其它设备的布置。电动机与传动轴连接，轴的长度大大缩短，可更靠近推进器，节省了大量空间，更有利于装备布置，可改善舰员的居住条件，工作生活环境更人性化。
　　三是推进效率更高。由于无需匹配推进器转速与轮机转速，所以推进效率更高，同等条件下可以获得更高的航程，并且动力系统可以无级变速，而且运行也更灵活，能较容易地进行动态制动、倒车和适应海况变化，消除负载瞬态。
　　另外推进电机与日用所需的电力都在同一个电网内，可以减少全艇的发电机组装机数量，可以降低艇体重量和成本。所以全电推进不仅是水面舰艇的未来发展趋势，也是核潜艇推进系统的未来发展趋势。
　　问：从图片上看，SSBN-X的尾部没有螺旋桨，只有一个圆柱状的装置，这是不是意味着该艇将采用喷水推进器？
　　答：是的。这个圆柱状装置就是喷水推进器的环形导管，导管内部还安装有定子和转子。定子为一组与来流成一定角度的固定叶片，用于使潜艇尾部流入转子的水流产生预旋，起到均匀来流的作用、改善转子的进流条件，从而提高潜艇的推进效率、降低推进装置的噪声同时用于固定导管；转子为类似于螺旋桨的旋转叶轮，通过与水流的相互作用产生推力，推动潜艇达到要求的航速。简单来说，就是把水从前面吸进去，再通过推进器加压后喷出，产生推力，推动潜艇前进。
　　喷水推进虽然对于美国来说属于成熟技术，美国的“海狼”级和“佛吉尼亚”级攻击核潜艇都用的是喷水推进器，但那都是七八千吨的攻击核潜艇，在近2万吨的战略核潜艇上使用喷水推进技术还是第一次。
　　问：相对于螺旋桨推进，喷水推进最主要的优点是什么？
　　答：最主要的优点就是降噪，推进器噪声是核潜艇的主要噪声源之一，普通螺旋桨推进器暴露在艇体外，很容易向水中辐射噪声。而泵喷推进器的转子在环形导管内部，导管可起到屏蔽和吸声的作用。另外，位于转子前方的定子可以使转子进流场更均匀，从而减少转子的脉动力，降低推进器的线谱辐射噪声。泵喷推进器旋转叶轮（转子）的直径一般小于螺旋桨，在相同转速下，泵喷推进器桨叶的旋转线速度较低，可以降低推进器的旋转噪声。国外研究结果表明，低航速下泵喷推进器的低频线谱噪声比七叶大侧斜螺旋桨小15分贝以上，宽带谱声级总噪声下降10分贝以上，高航速下，泵喷推进器的降噪效果更为明显。

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　　任务多样化

　　问：从资料上看，SSBN-X的水下排水量比美国现役的“俄亥俄”级战略核潜艇大了2000多吨，但导弹发射管数量却从24个减少到16个，这个您认为是什么原因？
　　答：这个可能是出于美俄下一步核裁军条约考虑，俄罗斯最新的“北风之神”战略核潜艇也是16个导弹发射筒。这种核裁军条约一般会限制战略核潜艇携带的核弹头数量，如果单艇携带数量过多，到时候可能就要削减核潜艇的数量，所以干脆在建造时把发射筒的数量减少下来。另外就是美国现役的“三叉戟II”D-5型导弹是目前最为先进的潜射弹道导弹，就算是单艇只装16枚导弹，SSBN-X也是世界上载弹量最大、突击威力最大、打击精度最准的战略导弹核潜艇，可以保证足够的威慑力。
　　至于新核潜艇导弹发射管数量减少而水下排水量比“俄亥俄”级大了2000多吨，主要原因有这么几个方面，一是泵喷推进器比螺旋桨要重2～3倍，而且为保持艇体流线型，艉部进一步拉长；二是推进电机布置会更靠近艇艉以缩短推力轴的长度和推进效率；三是为配平这种艇体艉部的结构变化必然在原艇型的纵向稳定重心前增加重量和舱段空间，并用来布置新增加的多种武器作战指挥控制系统和改善艇员生活居住环境，所以才会增加重量。
　　问：武器配置上，美国新一代战略核潜艇除了搭载“三叉戟”潜射弹道导弹和自卫用的鱼雷外，还可以搭载潜射常规中程弹道导弹（SLIRBM）、KEI反导拦截弹、巡航导弹和无人机等。这样一来，SSBN-X既可执行战略巡航任务，也可执行常规快速全球打击任务，还可执行反导、侦察等多重任务。与目前各国功能单一的战略核潜艇相比，SSBN-X将全能得多，您如何看待战略核潜艇的这种改变？
　　答：传统的战略导弹核潜艇由于只承担单一的二次核打击任务，第一任务就是隐蔽，生存，等待发生核大战后最高层发来的核反击命令，角色是被动的，常规战中进攻性的任务则专由攻击性核潜艇来承担，核潜艇这种昂贵的平台资源没得到充分利用。而增加常规弹道导弹、反导拦截弹和巡航导弹装载能力后，战略导弹核潜艇将不再只是一个象征性的威慑工具，而成为具有核常兼备，攻防兼备，前沿部署和充分的实战灵活性，并可以和美国的空间反导，地面作战系统组成一体化的打击力量，将极大的影响全球军事力量的平衡。
　　另外，在目前以及未来相当一段时间内，发生核战争的可能性很低，功能单一却造价高昂的战略核潜艇对于财大气粗的美国来说也是不小的压力，但另一方面为应对全球海上作战，美国海军又需要更多的先进潜艇，既少花钱为保持战斗力，那么多用途化的SSBN-X将是一个不错的选择。再者对于一些无核国家来说，面对满载着“三叉戟”潜射弹道导弹的SSBN-X或许压力不大，毕竟美国也不敢随意实施核打击，但满载着巡航导弹和中程战术导弹的SSBN-X逼近，就是实实在在的威慑。
　　可以说，好用、实用、够用、耐用、经济、全能，就是美国新一代战略核潜艇设计建造的最新理念和目标要求。虽然新潜艇载弹量少了，但是，潜艇的综合性能更加全面，噪声更低，作战系统更先进，使用范围更广，艇员居住环境更舒适，作战能力也更强。
　　问：战略潜艇的全能化，是否会成为未来战略核潜艇的发展趋势？
　　答：美国对军队武器装备的设计研制理念十分先进，多年来，一直致力于通过军事技术差、实力差来战胜对手。新一代核潜艇的全能化，通过4艘“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇的改装、新一代“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇的改进，已有了足够技术储备和积累。再加上采用新一代更先进的C4ISR系统（指挥、控制、通信、计算机与情报、监视、侦察系统）技术和自动化设备，能更全面地适应美军的网络中心战系统；并将广泛采用电脑显示器和掌上电脑等替代人员操作，从而使各种雷达设施、通信系统、指挥控制系统、武器装备之间的信息传输更快捷、作战程序更简便、打击威力更强劲。必将成为今后大国设计建造大型战略战术潜艇的发展方向。
　　问：谢谢您接受我们的采访！