潛艇的龜背對噪聲影響大嗎?

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俄羅斯“德爾塔Ⅰ”型(D-Ⅰ型)戰略核潛艇正在進行退役後的拆解工作,從圖片當中可以看到導彈發射筒高出艇身很多。
這張圖片更加明顯!發射筒超出艇身的部分需要由鋼板包裹,這樣就形成了所謂的“龜背”。

從潛艇建造技術角度來說,任何國家的戰略核潛艇都不可避免的有些“龜背”,但是我們從軍事雜誌或者其它媒體上的圖片、視頻…所看到的俄軍戰略核潛艇的龜背對比於歐美國家是很明顯的。
俄軍“德爾塔ⅳ”型戰略核潛艇,目前是俄軍戰略核潛艇的中堅力量,它可以裝載16 枚SS-N-23“輕舟”潛地戰略核潛艇。

造成俄羅斯戰略核潛艇“龜背”明顯的主因仍然是,蘇/俄在核潛艇建造技術和潛地導彈製造技術與歐美國家的差距所導致的!它所載“輕舟導彈”彈長14.8米、彈徑1.9米,為三級液體火箭發動機。而“德爾塔ⅳ型”核潛艇的耐壓殼體直徑僅為9.4~9.7米,導彈自身的長度在加上發射筒長度要比耐壓殼體高出6米多(兩層半樓房)!在不掌握12米以上耐壓殼體制造工藝和導彈發動機固體化的情況下,俄軍的戰略核潛艇為了能將導彈裝進去,只能是增加“龜背”的高度,來彌補耐壓殼體直徑小的問題。


SS-N-23
(PCM-54)“輕舟”潛地戰略核導彈,射程8300公里、CEP偏差500米,算是俄羅斯潛地核導彈當中比較先進的,該導彈分為三個型號:1型可攜帶3枚20萬噸當量的彈頭、2型為2枚45 萬噸當量的彈頭、3型可攜帶7枚20萬噸的彈頭。

“龜背”明顯造成的後果就是潛艇的噪音太大和航行時重心不穩。

潛艇有三個噪音源:第一個:就是機械噪聲,特別是“核反應堆”大功率運行時,第一回路的主泵開啟會產生100分貝以上的噪音!還有變速齒輪箱也是很大的機械噪聲源、至於管道內的各種液體噪音也不小…;第二個:就是螺旋槳噪音,螺旋槳在轉動“打水”的時候會產生攪動噪音,螺旋槳加工的越粗糙噪音也就越大…也就出現了“東芝事件”;第三個,就是“流體噪音”,潛艇製造的越接近“水滴型”潛艇的流體力學就越好,這就要求潛艇在製造過程中形狀儘量的平滑、外表面沒有明顯的凸起物…只有這樣水下航行水流平順、阻力才會越小,更會消除很大的噪音!


但是,“龜背”

的明顯出現直接導致前面所說的三大噪聲源的升高!由於潛航時阻力增大,反應堆必須要提高功率,歐美國家戰略核潛艇“龜背”不明顯航行阻力較低,在水下16節以下是反應堆可以“自循環”不必開啟主泵,這樣就會降低了不少分貝的噪音,而俄軍戰略核潛艇龜背太高,在16節的時候也必須開啟主泵,否則潛艇的航速會很慢…開主泵就會引起噪音的增大!

“龜背”還嚴重的破壞了潛艇在水下的流體形狀,指揮台與“龜背”之間會形成較明顯的渦流,不但增加航行阻力還會引起較大的艇外噪音。

還有主要問題就是潛艇“龜背”增高、增大會引起潛艇航行時重心不穩定,影響到了潛艇在水下轉彎半徑和做一些較大傾角的機動能力,如果遇到敵方核潛艇或者反潛機、艦,機動性差被擊毀的可能性會很高!
法國“凱旋級”戰略核潛艇,艇體表面非常光滑、線條也很優美幾乎看不到“龜背”,這表明法國的在大直徑耐壓殼體的技術水平要超過蘇/俄,“凱旋艇”的耐壓殼體直徑為12.2米,而美軍的“俄亥俄級”則到達了12.8米,都大大的超過了“德爾塔級”,所以在排水量相差不是很大的情況下,前兩者的“龜背”就不那麼明顯…隨之而來的好處就是各種噪音很低!

總之,核潛艇的建造必要要掌握12米以上,甚至更大直徑的耐壓殼體工藝!這是潛艇性能好壞的主要原因之一,這就和我們買商品房是一個道理,你買一套200平的在購置傢什和家電也會是更大…如果是買50平米,就會在空間上精打細算…也不可能購置一臺100吋的電視…核潛艇也是一樣,耐壓殼體直徑大可以提供更多的使用空間,比如:安裝更大功率的反應堆、更多數量的核導彈…艇員的生活區空間變大之後,艇上生活質量也會提高,也正是這些好處,現在擁有核潛艇製造能力的國家,都把掌握大直徑耐壓殼製造工藝視為提高核潛艇性能的根本,最起碼在消除“龜背”這個問題上有了根本性解決的辦法。


皇家橡樹1972


最理想的潛艇外形,是一個拉長的光滑的水滴形,沒有任何凸出物,最好連指揮塔圍殼和尾舵都沒有。目前,美、俄、英、法等國新裝備的戰略核潛艇都取消了龜背設計。

蘇/俄當初為了消除龜背,喪心病狂、簡單粗暴的設計建造了水下排水量高達4.8萬噸的“颱風”級戰略核潛艇。“颱風”級潛艇採用兩個並列耐壓殼的特殊設計,在耐壓殼之間佈置了20枚最新研發的R-39固體燃料彈道導彈(長度達16米、直徑超過2.5米),在付出造價高昂等代價後終於取消了龜背設計。

“龜背”這種設計主要有幾個缺點:第一,增大潛艇的航行阻力,以“龜背”高度的冠軍 ——俄海軍德爾塔 IV戰略核潛艇為例,它為了搭載長度接近15米的P-29PM液體彈道導彈,設計擁有高度達到4米的“龜背”,宛如揹負了一座小山坡,航行阻力的增加自然是非常大的。資料顯示,一般體積的“龜背”設計就足以導致潛艇損失5%~10%的速度。

其次,潛艇採用“龜背”結構設計後航行噪音會驟然增大,特別是高大的“龜背”結構和原本流暢的潛艇艇體結合處會形成巨大的凹穴,在潛艇航行時會產生異常強烈的絮流和水動力噪音。

要知道,如今很多核潛艇都會對傳統的指揮塔圍殼進行改進,採用填角和圓角的改進結構,降低指揮塔圍殼附近水流湍流、旋渦的形成概率,改善指揮塔圍殼附近流場的均勻性和平穩性,降低潛艇的水動力噪音。

不難看出,體積比“龜背”結構更小的指揮塔圍殼都需要進行特殊設計,避免產生更大的噪音,而宛如小山包的“龜背”結構對於潛艇靜音設計來說堪稱泥石流。“龜背”結構上往往還會設置大量方形流水孔,潛艇航行時高速水流經過這些方形流水孔時會造成無數湍流、旋渦,大幅度增加了噪聲。資料顯示,帶有“龜背”結構設計的核潛艇在高速航行時,航行噪音比不帶“龜背”的核潛艇大上15%,明顯影響了潛艇的隱蔽能力。

如果說潛艇“龜背”結構降低航速還能勉強接受的話,那麼潛艇“龜背”結構大幅度增加噪音,就會直接降低了戰略核潛艇的隱蔽生存能力,也就降低一個國家的海基反擊能力。所以,五常國家的新型戰略核潛艇都正在極力避免擁有“龜背”結構設計,其中目前中國展示的094系列戰略核潛艇都是擁有龜背設計的,未來096戰略核潛艇有望向美俄看齊,基本取消龜背設計。


科羅廖夫


目前來說,龜背大多存在於戰略核潛艇上,主要是為了安裝潛射彈道導彈發射裝置。造成龜背的主要原因:一則是艇體大直徑耐壓殼製造技術不過關、另一則是兼顧射程需求的潛射彈道導彈小型化還沒做到優秀。這個問題總得有一個技術發展的過程,美俄英法的戰略核潛艇,也是逐漸從大龜背到小龜背一路走過來的。至於題目所問的問題,那肯定是有影響了,具體影響有多大,得分情況來說,總之龜背的存在嚴重破壞了潛艇流體力學特徵。

潛艇噪聲的分類

要搞清楚龜背對潛艇噪聲的影響,我們首先需要明白噪聲來源:話說潛艇最大的“敵人”就是自身的輻射噪聲,來源可以分為機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲,其中機械噪聲包括艇上主機、輔機、各種泵類、電機、壓縮機以及管路系統,在運行過程中因碰撞、衝擊、摩擦等造成的震動,通過各種途徑傳遞到艇體,並以聲波形式向外擴散;螺旋槳噪聲則主要包括空泡噪聲(運轉中空泡破碎)和非空泡噪聲(水流對槳葉的拍擊和激流引起的槳葉共振);水動力噪聲是指艇體周圍高速水流引起艇體外側流壓不規則變化產生渦流,引起水動力噪聲。

通過上述分析,我們可以看出“龜背”對潛艇噪聲的影響,應該是屬於水動力噪聲的一種。

龜背對潛艇噪聲的影響

本來現代核潛艇一般採用水滴形或者鯨形艇身設計,優化了艇體的流線造型,降低高速水流在艇身附近形成渦流的條件,但是“龜背”的出現完全打破了這種努力,雖然核潛艇的龜背在前後銜接處都著力設計的過渡段,避免因外形突然抬高和降低而形成顯著的渦流區,但是這種設計的效果比較小。

通過上圖(潛艇縱剖面水壓分佈圖),我們可以看出在潛艇在沒有龜背的時候,艇艏、指揮台圍殼和尾舵部分於水中運動時存在高壓區,可以判斷出這三個部分是水動力噪聲的最大貢獻者。艇艏因為要首先直面迎擊的水流不可避免的大幅貢獻水動力噪聲,所以各國對潛艇艇艏的修形也是爐火純青,研究較多。圍殼則是由於高聳於艇身,對水流的阻擋作用更加明顯,湍流效果更為顯著,對水動力噪聲的貢獻遠大於尾舵。

要理解龜背對潛艇水動力噪聲的影響,你可以簡化的把龜背理解為在“圍殼之後,又加長加大了一段巨型圍殼”。圍殼和龜背這樣提上高聳建築的存在,不僅其正面將產生高壓渦流區,由於其遮擋作用,後方流速明顯小於艇身其他位置,這將造成潛艇圍殼和龜背後方水流速度分佈雜亂和不均勻的速度尾跡,極其容易暴露目標。所以在潛艇沒有龜背的時候,水動力噪聲來源主要是潛艇水中高速航行時的艏波、圍殼波和尾流,但是加上巨大龜背以後,則要多出一個更加“嘈雜”的龜背流波噪聲來源。

原本來說,水動力噪聲對潛艇的影響是要小於機械噪聲和螺旋槳噪聲的影響,但是近年來隨著潛艇降噪技術的進步“消聲瓦、浮筏減震裝置等針對機械噪聲;槳葉修形或者泵噴裝置針對螺旋槳噪聲”等諸多理念的應用,其他兩大噪聲源都得到較好的抑制,這下一來同為噪聲源的水動力噪聲就一下子突出起來,龜背的存在更是惡化了這種噪聲來源。


衛青點兵


核潛艇的龜背當然對噪音的影響很大了,畢竟潛艇是在水裡航行,任何提高阻力造成的噪音都會對整體隱身水平產生影響,而且龜背越高影響越大,即便是採用了過度性措施,也依然會有很大的影響。


但是龜背也分在什麼潛艇上,比如對於戰略導彈核潛艇而言,龜背就不是那麼重要的影響了,畢竟這種潛艇基本都是在敵人國土的數千乃至上萬公里之外發動攻擊,因此他的龜背即便是造成了噪音,只要他所處的位置是在本方海空軍的保護範圍內,他就不會有太大的危險,何況即便是前出遠洋,一旦進入陣位他也會很快發射完導彈離開,不需要等待伏擊。


但是如果是攻擊性核潛艇,那麼一個裝有巡航導彈的龜背就會產生很不好的影響了,這種局面下,攻擊核潛艇很有可能被敵人的反潛兵力盯上,進而遭到圍攻。但是給攻擊核潛艇裝備巡航導彈又是非常必要的做法,因此除非能夠製造出可以在魚雷管內發射的巡航導彈或者是集成在小型發射裝置中的巡航導彈,否則也只能這麼做了。


龜背是所有的核潛艇都不想有的,龜背存在的地方最好是在敵人的核潛艇上,可是導彈的個頭以及潛艇艇體直徑的限制,總是讓潛艇的龜背或多或少的存在著,即便是美國的俄亥俄級核潛艇也無法避免,只是他的龜背更小而已,因此我們也大可不必對龜背如此敏感,我們更應該關注他通過龜背獲得了怎樣的戰鬥力,畢竟設計師比我們聰明的多,他們會想清楚添加的戰鬥力有沒有必要付出龜背的代價。


海事先鋒


第一影響航速,第二噪音大。兩個問題解決不了,第一是艇殼抗壓性,第二是導彈小型化


雲端217


並不大,水流於潛艇摩擦是高頻音傳播距離很短而且和海洋生物區別不大,螺旋槳和傳動軸是低頻音距離遠,而且很明顯是潛艇,無軸泵噴就是解決兩個高頻音的減弱一個消除一個,內部可以寬敞些因為減震浮筏不需要這麼多了


燼147957959


有龜背,只能說看起來落後,潛水巡航時,有助力,速度慢,沒有跟上時代,但是不能小看它的戰力,皮氣暴得很呢!


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