潛艇的龜背對噪聲影響大嗎?

倒賣評論區的網管


在海戰武器序列裡,常規潛艇和戰術核潛艇主要擔負攻擊任務,其作戰方式有點像化妝隱蔽的刺客,而戰略核潛艇則主要擔負戰略核打擊任務。在戰略核潛艇上,經常會出現一種特殊的凸起,相比於光滑的艇身,它顯得非常突兀,如同一個烏龜殼,基於這個特點,網友稱其為“龜背”。有一種觀點認為龜背的出現,提高了潛艇的噪音,是技術不成熟的反映。從理性的角度分析,龜背確實會產生一定的噪音,但這種影響很有限。另外更值得注意的是,“龜背”也並非是技術落後的表現,因為目前世界各國的戰略潛艇上都存在著這個問題。

“龜背”之所以被大家關注起來,很大程度上與我國的094型戰略潛艇有關。由於這款潛艇是我國目前最成熟的一款戰略潛艇,是我國海基核反擊的關鍵所在,所以它的出現頗受大家的關注。094核潛艇上“高高”隆起的龜背自然而然就成了關注的焦點,畢竟這個特徵太過於明顯。有人對比了俄羅斯和美國的戰略核潛艇後,發現國外的潛艇似乎沒有龜背,於是“龜背”這一話題就火了起來。其實這是個誤區,無論是美國的俄亥俄級潛艇還是俄羅斯的颱風級,它們都存在龜背,只不過沒有那麼明顯罷了。在設計之初,美俄就發現儲藏彈道導彈的豎井區域會高高隆起,為避免“龜背”衝擊水流,增加噪音和分貝數,美俄將潛艇的其他部分也進行了擴大和隆起,將其升高到同"龜背"差不多的弧線高度,這樣"龜背"就看不出來了。

這樣做雖然藏住了龜背,但潛艇的噸位陡增,這實際上從另一個角度增加了潛艇的噪音。不過由於戰略潛艇潛伏時間長,不能輕易露出水面,所以就需要大量的物資儲備,於是潛艇體積增大也能有效地改善潛艇工作人員的居住環境。因此,相對於艇身偏小、噸位不夠大的戰術潛艇來說,戰略潛艇的大噸位優勢,能夠為潛艇兵提供更好的生活作戰環境。

還有一種觀點還認為,龜背的出現是因為導彈火藥技術不夠先進,其實這一想法也有些片面。導彈自身的長短和體積是根據需要來定的,比如射程、彈頭數量、發射方式等都會影響到導彈的體積。當然導彈體積大了,自然也就出現了“龜背”。至於噪音問題,“龜背”的影響畢竟有限,所以也沒有必要過多在意,不過如果沒有的話,那當然更好。


戰情解碼


潛艇的噪音主要分為:水動力噪音,機械噪聲,螺旋槳噪聲!其中水動力和螺旋槳產生的噪音是艇外噪音,機械噪音是艇內噪音。而“龜背”和“指揮台圍殼”產生的噪音屬於水動力噪音,也是潛艇外噪音的重要來源。由於受耐壓艇殼直徑以及潛射彈道導彈長度的限制,以至於彈道導彈核潛艇都擁有所謂的龜背(除了法國的凱旋級之外),所以就不能消除龜背產生的噪音了,只能通過流體力學來模擬最合適的龜背形狀以減弱海水與龜背噪音。

由於戰略導彈核潛艇擁有指揮台圍殼和龜背,以至於其艇型線變化和表面曲率不連續(也就是說指揮台圍殼和龜背的出現,打破了本來平直的艇體外形),水流在潛艇殼外形成非定常流場這也是水動力噪音產生的基本原因。

當海水流經潛艇的指揮台圍殼和龜背時,邊界層分離流動和水流經過指揮台圍殼和龜背與艇體表面構成的角區時,就會產生複雜的三維分離流動和渦。

特別是在指揮台圍殼和龜背的根部,邊界層和壓力場相互作用,在前緣形成由上游向下遊運動的“馬蹄渦”,與殼體表面的複雜分離流動引起的洩出渦一起向下遊發展,進入推進器槳盤面或航行器尾流場,成為重要流噪聲源。

如果說,潛艇可以取消指揮台圍殼或者龜背的話,那水動力噪音就可以降到最小。但是對於戰略導彈核潛艇來說,龜背是不可避免的。

那麼就要靜心設計龜背的形狀以減弱噪音的產生,一般來說,戰略導彈核潛艇的龜背都設計成流線型,絕對要避免與艇體形成垂直的角度,不能產生馬蹄渦和洩出渦以進入螺旋槳產生更大的噪音。可以看到的是,世界各國的戰略導彈核潛艇都盡力的將潛艇的直徑做大,以盡力減小龜背的高度,減弱噪音的產生。此外,龜背也要順著潛艇前部的走向趨勢設計,儘量讓水流平滑的流走,避免阻擋水流的流向。



可以看到的是,潛艇的龜背也是艇外噪音的重要來源之一,而噪音越低,潛艇的隱蔽性就越好。所以說,才要儘量將艇體直徑做的足夠大,最好是不產生龜背。除了龜背外,指揮台圍殼也要精心設計,一般都有填角和頂部的平滑處理。(圖片來自網絡)


江山何沉


  • 潛艇的龜背對噪音有影響,但是不大,為什麼呢?

首先我們先分析一下,潛艇的噪音來源於哪?

第一種,艙內機械運轉時產生的空氣噪音,機械構件振動引起的在艇體結構中所傳播的結構噪音。這是由於潛艇內部,由於機械轉動,人為等因素產生的聲波經過潛艇內部,傳播至潛艇外殼,由外殼傳播到海洋中,被敵人的聲吶捕捉。

第二種,螺旋槳轉動的噪音。潛艇前進的動力,來自於潛艇尾部的螺旋槳轉動,產生向前的推力。但是螺旋槳轉動,就會產生噪音,再加上旋轉帶動水的流動,使噪音加大。

第三種,水流經過艇體及突出體和艇內各種系統工作引起的流體動力噪音。潛艇前進,就會和海水產生摩擦,帶動水的流動,就會產生聲波。為了減小這種聲波,所以潛艇要儘量設計成符合流動力學的形狀,比如,美國俄亥俄級戰略核潛艇

美國俄亥俄級戰略核潛艇

美國俄亥俄級戰略核潛艇

為什麼我國的核潛艇大多都有龜背呢?是好還是不好?

當然是不好,有龜背的潛艇,流動力學性能不好,再水中航行產生的噪音會加大。

那我們為什麼還要有龜背? 首先我們不得不承認我們的核潛艇技術,沒有美國的先進,再者,我們為了能裝得下導彈,就必須要加龜背,一增加潛艇的高度。

龜背對噪聲的影響並不大。潛艇在水中航行,它的主要噪聲來自於螺旋槳轉動產生的聲波,由於龜背對水流產生的流體力學噪聲是非常小的。

由於在戰場上,潛艇是深海中的幽靈,在關鍵時候有出其不意的效果,所以為了保證潛艇的隱蔽性,一切能影響噪音的因素都要考慮在內。

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康師傅點兵



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


有一定的影響,但算不上是潛艇的主要噪音來源。要回答這個問題,我們直接來了解一下潛艇在工作時是怎樣產生噪音的。首先,根據噪音的來源我們可以把它大概分為三類,即:內部機械噪音、水流噪音冷卻循環噪音。其中機械噪音的產生主要來自於潛艇的整個能源和動力系統,比如

反應堆、蒸汽鍋爐、發電機、傳動軸、減速齒輪等,這些設備和結構在工作過程中都會不可避免地由於零部件之前的振動、摩擦而產生明顯的機械振動噪音。同時,這個來自能源和動力系統的機械噪音就是潛艇的主要噪音來源之一。下圖為潛艇的內部機械噪音示意圖:

▲潛艇內部機械噪音

然後,第二個中的

水流噪音則是包括了:外部螺旋槳工作時的振動噪音和水流產生的空泡噪音,以及潛艇在水中航行時船體產生的渦流噪音。螺旋槳的振動噪音這個好理解,因為巨大的螺旋槳工作時同樣也避免不了出現振動,那麼什麼又是螺旋槳的空泡噪音呢?簡單來講,所謂的“空泡”就是當液體的壓力出現驟變時因沸騰而產生的蒸汽氣泡。即當潛艇的螺旋槳高速運轉時,槳葉背面的壓力會迅速降低,而當這個壓力小於海水本身的飽和蒸氣壓的時候,海水就會沸騰還產生“空泡”,然後這些空泡在水壓的作用下又會迅速地破裂而產生衝擊波,從而產生絕大的噪音(同時也會對螺旋槳的槳葉產生巨嚴重的磨損)。如下圖所示,為螺旋槳高速運轉時產生的空泡。

▲螺旋槳工作時產生的“空泡”

上面提到的內部機械噪音和螺旋槳噪音(包括振動和空泡噪音)其實就是潛艇的主要噪音來源,為什麼這麼說?因為針對潛艇的“降噪手段”就是從降低這兩種噪音來入手的,比如給潛艇貼“消聲瓦”和使用泵噴推進技術。我們首先來看消聲瓦,這個消聲瓦的作用是什麼呢?主要有兩種:

1、吸收對方有源探測聲納(主動聲吶)發出的聲波,儘可能減弱反射信號,或者讓反射信號失真,從而減小聲吶的有效探測範圍;

2、減弱從內部產生的聲音(通常就是指引擎,即內部機械噪音),從而減小對方被動聲納的有效探測範圍。

下圖中的就是鋪設了消聲瓦的英國“特拉法爾加級”核潛艇7號艦“凱旋號”SSN:

▲“凱旋號”攻擊型核潛艇上的消聲瓦

至於另一種主動降噪手段——減輕螺旋槳噪音,則是使用“泵噴推進技術”來代替傳統的的螺旋槳推進技術。這裡簡單來說一下泵噴推進技術,相對於傳統的螺旋槳推進,泵噴推進其實就是在“螺旋槳”(內部轉子)的外面多加了一個叫做“環狀導管整流罩”的東西,比如下圖所示,螺旋槳,即內部轉子產生的水流通過這個罩子後再噴射出來,可以起到整流、減噪的作用。目前,世界上的很多潛艇都使用了這種泵噴推進技術,比如英國皇家海軍的“特拉法爾加級”、美國海軍的“海狼級”、“弗吉尼亞級”、俄羅斯海軍的“北風之神級”,以及法國海軍“機敏級”等,而更先進的無軸泵噴推進技術(即無軸泵推)則還是處於實驗階段。

▲泵噴推進動力系統結構簡圖

▲現代潛艇上的“泵噴推進”裝置

因此,對於潛艇來說,內部能源、動力系統產生的機械噪音,和外部螺旋槳產生的振動和空泡噪音才是主要的噪音來源,而題目中提到的潛艇的“龜背”,則是主要影響潛艇在水中航行時產生的渦流噪音,一般來講,潛艇的外形越光滑,越趨向於流線型,那麼在水中行進時遇到的水流的阻力就越小,同時產生的渦流噪音也就弱,

但是一旦有了“龜背”,則會讓潛艇的艇身出現明顯的凸起,從而破壞了這種光滑的外形,使得潛艇在水中遇到的阻力更大,與水流之間的擾動也更加明顯,所以也就在無形中增大了潛艇的這種渦流噪音。但是對於潛艇來說,渦流噪音本身相對於機械噪音和螺旋槳噪音是沒那麼明顯的,所以雖然“龜背”的存在會在一定程度上增大潛艇的噪音,但是這個程度也是比較有限。最後再順帶提一下:潛艇的“龜背”是怎麼來的?看下圖:

▲“俄亥俄”級戰略核潛艇結構簡圖

圖中的是美國“俄亥俄級”戰略核潛艇的結構簡圖,注意看圖中的標記,其中藍框框柱的表示潛艇上面的潛射彈道導彈,紅框框柱的就是整流罩,也就是大家平時說的潛艇的“龜背”,因此,所謂的“龜背”其實就是:蓋住長度超過潛艇耐壓殼直徑的導彈發射筒的一層整流罩。如果想要消除”龜背“怎麼辦?簡單,方法有兩種,一是提高耐壓殼製造技術,建造一個直徑大於導彈發射筒的耐壓殼,把導彈發射筒裝進去;二則是提高潛射彈道導彈的技術,製造體積更小、長度更短,但是不影響射程的導彈,也就是提高火箭發動機技術或者燃料技術。


哨兵ZH


潛艇的龜背到底是什麼?其實這就是導彈的發射筒長度超過潛艇耐壓殼直徑後露出來的一部分,但是如果讓發射筒就這麼光禿禿的伸出來,不僅會讓潛艇進水,也根本無法完成發射。所以大部分國家採取的措施就是將這些發射筒使用同耐壓殼一樣的合金金屬進行密封處理,並且做成坡度較緩的弓背型上層建築,由於這一上層建築與潛艇本身十分不協調,活生生像烏龜殼,於是大家就將它稱之為潛艇龜背。


▲德爾塔1型核潛艇剖面圖

潛艇龜背破壞了整個耐壓殼的一體性,也讓本身水滴狀的潛艇顯得十分突兀,在航行時龜背會增加潛艇的整體阻力,形成多餘的流體噪音。由於龜背上往往還會設計多排流水孔,水流在經過這些地方後還會產生漩渦流,這又會導致渦流噪音的出現。所以說,在其他設計不變的情況下,潛艇的龜背越高,它整體的噪音就越高。在25節高速下航行的潛艇,龜背甚至會增加20分貝以上的噪音,這對於分毫必爭的潛艇特別是戰略核潛艇來說,影響不可謂不大!

▲英國前衛級核潛艇龜背

目前全世界在減少龜背上做的最好的就是法國的凱旋級戰略核潛艇,它採用了直徑達12.5米的超大耐壓殼,搭配長度約12米的M51導彈,完全沒有任何龜背產生,艇身光潔一致,兼具美觀度和實戰能力。
▲凱旋級戰略核潛艇

而美國的俄亥俄級潛艇雖然耐壓殼直徑已經達到了12.8米,但是三叉戟2潛射導彈的長度也有13.4米,因此俄亥俄級也建造了幾十釐米高的龜背,只是看上去不太明顯而已。蘇聯大直徑耐壓殼技術和小型化固體潛射導彈的技術都與西方相差甚遠,因此其核潛艇基本上都擁有高聳的耐壓殼,德爾塔級核潛艇耐壓殼直徑只有9.7米,但是搭配的P29液體潛射導彈長度卻達到了驚人的14.1米,因此德爾塔級核潛艇的耐壓殼也成為了世界之最。▲德爾塔級高聳入雲的龜背

我國的094型核潛艇的耐壓殼直徑在9到10米之間,但是巨浪2導彈由於射程的增加,其長度也從巨浪1的10.7米增加到了13米以上。因此在耐壓殼直徑並沒有增加多少的情況下,094的龜背自然也就變得更加明顯,而這也成為了國內眾多軍迷吐槽的地方。


但是實際上龜背的影響也得分實際情況分析,有時候並沒有我們想象中那麼大,核潛艇在水下巡航時,主要噪音源來自於發動機運轉和螺旋槳推進,為了降低發動機運轉功率和螺旋槳轉速,潛艇多數採用的是在10節以下的速度航行。而在低速航行過程中,龜背所造成的流噪和渦噪也會大幅減少,對潛艇整體影響並不是很大,如果採用減震浮閥和高性能隔音瓦,完全可以抵消這部分噪音。094潛艇建造之時,考慮的是如何快速形成戰鬥力,因此採用了小步快跑的建造策略,以最快的速度列裝了巨浪2以取得有效的水下戰略核威懾能力。這一切都是因為形勢所迫,如果只因為一個小小的龜背就過分苛責,實在是沒有必要。

▲潛艇橡膠隔音瓦

隨著我國工業水平的快速發展,目前我們已經能夠製造世界最大卷板機和高屈服強度的合金鋼材料,技術水平甚至超越了美歐俄,所以未來製造直徑在13米以上的潛艇耐壓殼已經完全不成問題。在下一代096型核潛艇很有可能會取消或者大幅度縮小龜背,094上的槽點也會隨著它的出現而逐步消失,讓我們拭目以待吧!


軍武吐槽君


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


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


潛艇是目前世界幾大海軍強國的主要武器之一,可以潛入幾百米深的水下,利用海水的掩護隱蔽接敵,並出其不意的給敵人致命一擊。因為電磁波在水中傳播能力非常差,所以現代雷達不能用於探測水下目標。不過,科學家找到了另一種能在水中傳播的波,那就是聲波,於是就研製出了能夠利用聲波探測目標的聲吶。聲吶和雷達不同,聲吶是一種捕捉目標聲音特性的探測設備。於是作為聲吶主要探測目標的潛艇便將抑制噪音作為重中之重。



首先來了解一下,潛艇的噪音都來源於哪裡。潛艇的噪音主要來自三個部分,分別是機械運轉震動,螺旋槳旋轉和流體噪音。

機械運轉震動噪音

一般來說,潛艇在水下航行時都採用電動機驅動,常規潛艇使用電池供電,而核潛艇則使用核反應堆直接發電。但就算是這樣,依然會有較大震動,產生大量噪音。比如核反應堆工作,功率越大時,工作泵運轉越快,於是噪音也就越大,通常可以達到100分貝以上。除此之外,潛艇內部還有眾多運動件,它們在工作時會產生各種各樣的噪音。目前抑制機械震動噪音國際主流的辦法是採用減震浮筏,中和震動,再在潛艇外表貼消音瓦,阻止噪音傳播。



螺旋槳軸系噪音

無論採用哪種方式供能,最終都要推動螺旋槳旋轉。而螺旋槳軸在轉動時,就會產生一定的震動,這個震動直接會傳遞到艇外,被敵人的聲吶偵測到。當年前蘇聯潛艇噪音巨大,就是因為螺旋槳軸加工精度不足,高速旋轉時和軸承打架,然後劇烈震動。解決軸系噪音主流的做法有兩種,一是提升螺旋槳的加工精度,減少旋轉時的震動。二是使用無軸泵噴推進系統,直接取消傳動軸和螺旋槳。



潛艇外形流體噪音

潛艇在水下航行時是會和水接觸的,要想往前,就要把前面的水排開。而在將水排開時,潛艇外殼就會和水接觸,當潛艇外形越流線,對水的阻力就越小,同時噪音也就越低。目前世界主流潛艇都採用水滴型設計,為的就是減少航行阻力,降低噪音。


世界大部分的彈道導彈核潛艇也採用的水滴形設計,但是有的彈道導彈核潛艇耐壓艇殼直徑不足,為了裝下尺寸巨大的彈道導彈,就將彈道導彈伸出耐壓艇殼形成了一個很突兀的隆起,也就是我們所說的龜背。▲這是我國094型戰略核潛艇,艇身巨大的龜背清晰可見。這個巨大龜背對潛艇噪音的影響究竟有多大呢?
表面上龜背僅僅是破壞了潛艇外形,導致流體噪音升高。實際上龜背還會帶來航行阻力,導致潛艇動力系統需要更高的輸出功率,機械噪音提升,同時螺旋槳的旋轉速度也需要加大,螺旋槳噪音也隨之增大。用一句話形容龜背對潛艇噪音的影響就是,牽一髮而動全身。背部一個隆起,讓整個潛艇的噪音提升了好幾個層次。而在幾十年前,我國核潛艇也因為加工精度不夠,還揹著巨大龜背,噪音巨大而被美軍嘲笑為水下拖拉機。不過目前,我國大直徑卷板機已經突破,相信未來的核潛艇將會取消龜背,變得安靜起來。


赤焰噠噠噠


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。


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