百年间军用潜艇围壳(或称“帆罩”)设计与功能的演化发展路径:
图1-图3:最初(一次大战至二次大战末期),在需要长时间水面航行的早期潜艇上,围壳最重要的作用就是作为一个“航海舰桥”,便于指挥官瞭望观察,操纵潜艇航行,以及布置当时极为重要的甲板火炮/高射炮。
图4-图6:在二次大战中(后期),随着潜艇技术的发展和柴油机通气管的发明,围壳便成为了布置潜望镜、雷达和通气管等伸缩设备的最佳位置。一些二战美国潜艇甚至会在围壳中单独布置一个耐压壳体,作为指挥空间(图6)。
图7-图9:至冷战初期,通气管的大量普及和核动力潜艇的发明使得围壳“航海舰桥”的功能被大大减弱,而潜艇功能桅杆的增多迫使围壳的大部分空间必须完全用于容纳设备和其伸缩机构。同时,穿透式桅杆决定了潜艇的指挥室几乎必然布置在围壳下方。
图9-图10:自冷战以来,美国潜艇围壳都采用“简约的长方形”的纯粹设计,直到“海狼”级及之后,才增加了围壳填角以减少水流撞击围壳时产生的水动力阻力和涡流干扰,同时进一步增强静音性。
图11-图13:相比于美国,苏联更加重视潜艇的水动力外形。因此,自705型起,苏联攻击核潜艇都采用了被称为“高级轿车”的大型流线型围壳设计。由于冰区恶劣的环境,苏联潜艇均在围壳内布置封闭式航海舰桥(图12)。此外,苏联潜艇的围壳一般布置有大型上浮式逃生舱(图13)。
图14、图15:冷战末期,随着电子技术的发展,非穿透式潜望镜的出现减少了潜望镜井对穿透潜艇壳体的需求,来自光电桅杆的信息可以通过光纤连接到指挥舱的数字屏幕上。这使得潜艇指挥舱的布置可以更加灵活,而不局限于围壳下方的区域。
图16:虽然核潜艇在长期潜航中潜艇不需要航海舰桥,但是在出入港区/海峡等复杂海域时,潜艇指挥官一般仍需要站在围壳上端指挥舰艇(一个显著的反面案例是,2016年7月20日,刚刚服役3年的“机敏”级攻击核潜艇“伏击”号在直布罗陀海峡进行训练时与商船相撞,严重受损)。
图17:围壳的另一个作用是突破冰层,这对于(尤其是苏联的)战略/多用途攻击核潜艇至关重要。北极海域冬季2-3米厚度的冰层要求潜艇的围壳必须进行额外的破冰增强设计,以便于潜艇能够上浮突破冰层发射洲际导弹/反舰导弹。
图18:在冷战时期,苏联和美国都探索过无围壳潜艇的方案,包括美国CONFORM项目(图18下,1960年代后期)和苏联673型攻击核潜艇(图18上,1960年代初期)。美国人认为,无围壳设计能够使艇内舱室布置更加灵活。而苏联人认为,无围壳设计能够进一步增加潜艇的水下机动性能。
关于无(小)围壳潜艇的潜望镜和桅杆布置,美国人的方案是在耐压壳体上开长孔,通过折叠方式竖起和放平,但这种设计很可能限制了潜望镜的强度,以及桅杆长度的增加。而苏联人则采用了更常规的潜望镜井设计。
但最终,这两个方案都没有被采用。部分原因可能在于:首先,若缺少围壳,潜艇在风浪中上浮时,海浪很容易直接拍上甚至倒灌进舱口;其次,在穿透式潜望镜时代,无围壳设计要求在主耐压壳开面积更大的开口,降低了潜艇强度和安全性。
最后,关于围壳舵和艇艏舵,美国退役潜艇兵Rob Lewis在论坛上指出:“洛杉矶”级(688)的围壳舵在潜望镜深度操控性极差(“Hell at PD”)。因此,后续型号(即“改进型洛杉矶”级,688I)采用了可收缩艏水平舵。不过,这也有可能是“洛杉矶”自身设计导致的,因为很多国家专注于近岸作战的小型常规潜艇依旧采用了围壳舵。
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