日本最新潛艇「大鯨」,究竟比「蒼龍」強在哪兒?

2021-01-18 兵工科技

日本最新潛艇「大鯨」號於2020年10月14日亮相,它是繼日本「蒼龍」級之後的「大鯨」級常規潛艇的第一艘。日本防衛相岸信夫、海上幕僚長山村浩等約150人出席了新潛艇下水儀式,岸信夫宣布了新潛艇被命名為「大鯨」號。「大鯨」號的亮相,標誌著日本新一代潛艇正在登上歷史舞臺,日本潛艇將進入「大鯨」級時代。究竟「大鯨」級有哪些新技術亮點使其能稱其為日本新一代潛艇?「大鯨」比「蒼龍」,到底強在哪兒?


日本SS-513「大鯨」號潛艇

泵噴式推進器取代螺旋槳是最突出技術創新

泵噴式推進器取代螺旋槳,這是「大鯨」號潛艇相比「蒼龍」級的最突出的技術創新。「蒼龍」級及之前的兩級潛艇都是採用的傳統七葉大側斜螺旋槳,而「大鯨」號是日本首次採用泵噴推進器的1號潛艇。泵噴推進與大側斜螺旋槳推進的潛艇相比,最大的優點是可以大幅度降低潛艇推進器的輻射噪聲、提高潛艇的低噪聲航速,機動性也更強。比如:推進效率高。泵噴推進器的定子(無論前置或後置)可以減少推進器尾流中的旋轉能量損失,增加有效的推進能量:泵噴推進器的導管(無論是減速導管還是加速導管)可以減少轉子葉稍滑流損失、增加有效推力,從而提高泵噴推進潛艇的推進效率。泵噴推進器與艇體匹配良好的泵噴推進潛艇,其推進效率可達到0.8~0.85。輻射噪聲低。泵噴推進器的輻射噪聲低是由於:泵噴推進器的轉子在導管內部,導管可起到屏蔽和吸聲的作用,另外,位於前方的定子可以使轉子進流場更均勻,從而減少轉子的脈動力,降低推進器的線譜輻射噪聲,泵噴推進器旋轉葉輪(轉子)的直徑一般小於螺旋槳,在相同轉速下,泵噴推進器槳葉的旋轉線速度較低,可以降低推進器的旋轉噪聲。國內外研究和應用的結果表明:低航速下,泵噴推進器的低頻線譜噪聲比七葉大側斜螺旋槳小15分貝以上,寬帶譜聲級總噪聲下降10分貝以上:高航速下,泵噴推進器的降噪效果更為明顯。臨界航速高。潛艇的臨界航速是指潛艇在一定潛深下推進器不產生空泡的航速。泵噴推進器採用減速導管和前置定子,使轉子葉片處的進流場速度相對較低且更均勻,從而有效推遲了葉片梢渦空泡和槳葉空泡的產生,提高了潛艇的低噪聲航速。構造複雜、重量大。泵噴推進器是一種組合式推進器,構型和結構比螺旋槳要複雜得多:而且對於導管、定子和轉子以及艇體之間的相互配合要求很高,給泵噴推進器的設計、製造和安裝帶來一定困難。泵噴推進器的重量是普通螺旋槳的2~3倍,對艇體的配平、艇體尾部的結構強度和推進器軸系的振動等帶來較大影響。

SS-511「凰龍」號是首艘裝備鋰電池的潛艇,它是「蒼龍」級改進型中的一艘

目前,美國、英國、法國、俄羅斯等國新型核潛艇都採用了泵噴推進器以取代螺旋槳推進。法國為澳大利亞建造的「短鰭梭魚」級AIP潛艇也安裝了泵噴推進器,俄羅斯也準備在下一代常規潛艇上安裝泵噴推進器。泵噴推進技術目前已經成功應用到中小型水面艦艇上,說明其技術已經成熟,應用於大中型常規潛艇也會有技術優勢。

「鋰電池系統+柴油機」動力組合成最大亮點

「大鯨」號潛艇相比「蒼龍」級最大的技術亮點,還有一個就是「鋰電池系統+柴油機」動力組合。其實,該動力組合早在「蒼龍」級潛艇的第11艘「凰龍」號就已經開始,繼11號艇「凰龍」和、12號艇「登龍」之後,「大鯨」號是第三艘安裝使用鋰電池的日本潛艇,也是「大鯨」級的1號潛艇。由此可見,日本使用兩艘「蒼龍」級潛艇為下一級潛艇的動力系統創新做試驗,也算日本對「大鯨」級潛艇新型動力系統創新下足了本錢,也積累了經驗和充滿了信心。採用鋰電池系統取代傳統的鉛酸蓄電池組並取消斯特林發動機AIP輔助動力系統,有些人認為這具有常規潛艇技術劃時代的革命意義,也有一些人心存疑慮,謹慎認為相關工藝是否過關?安全性究竟有無保證?目前下結論還尚早。

說是具有劃時代革命意義,是指採用鋰電池系統後電池體積明顯縮小,重量減輕,把過去的蓄電池艙和AIP艙段都優化布置鋰電池組,可使潛艇的電池數量和電容量大為增加,而且鋰電池的電容量是鉛酸電池的2~3倍,能量密度會增加數倍,而充電時間又可大幅縮短。鋰電池的壽命相比鉛酸電池要長很多,並且它沒有記憶效應,也就是說它可以隨用隨充,不需要像以前的鉛酸電池那樣,用到低電量再進行充電。大大提高了潛艇水下活動半徑和潛航時間,降低了輻射噪聲,這本身就具有技術革命意義。有資料顯示:德國216級潛艇裝有鋰電池,只需充電2小時就能連續航行98小時,這就使得潛艇在海上因上浮充電而暴露的概率大大降低。同時,鋰電池無需液態電解液,鋰電池耐用性較強,消耗慢,壽命長,耐過充電性好,便於維護。日本對於鋰電池有著長期的研究,特別是通過技術的積累和優化,日本新一代鋰電池技術應用一直處於全球領先地位。根據日本公開的資料顯示,採用了鋰電池的「凰龍」號潛艇的水下續航能力比之前的10艘「蒼龍」級潛艇提高了3倍,這就意味著以日本「凰龍」號為代表的「蒼龍」級潛艇動力系統得到了新一代提升。日本「大鯨」號潛艇採用2臺大衝程的川崎12V25/31S柴油機,發電量比「蒼龍」級提高25%。進一步優化採用鋰電池取代鉛酸電池組+AIP,應該更加安全可靠和技術先進,可以速度更高、水下續航力更大、噪聲更小和更加安靜,這些技術優勢日本可能更有發言權。日本在燃料電池研究與應用方面技術也處於世界前列,為潛艇配備燃料電池AIP沒有太大技術障礙,日本也曾經建造過潛艇燃料電池AIP系統實驗裝置進行試驗,不過日本海上自衛隊最終還是決定29SS潛艇只採用鋰電池,放棄了燃料電池AIP系統,這也進一步證明日本對鋰電池技術應用充滿了信心和把握。鋰電池可能有長達10天的續航能力,但拋棄AIP的斯特林發動機系統也會增加潛艇的暴露率,雖然鋰電池安靜且續航力強,但終究還是要充電,因此,它也設計了使用柴油機通氣管充發電系統和吸排氣通風系統,以便支持鋰離子蓄電池進行快速充電,可使充電時間不長於「蒼龍」級上鋰離子電池100分鐘的充電時長,能大大提高安靜性和隱蔽性。

作戰系統更加先進,戰鬥力提升明顯

先進的作戰系統和武器控制系統,是潛艇戰鬥提升和有效發揮的關鍵。「大鯨」號潛艇聲吶系統進行了升級,採用了艇艏光纖技術的新型聲吶系統綜合陣。此前常規潛艇艇艏綜合陣採用圓柱陣,由於常規潛艇艏部空間相對狹窄,還要布置魚雷發射管,留給聲吶基陣空間就更加有限,這樣就限制了聲吶探測能力。而「大鯨」級新型聲吶綜合陣則沿著潛艇表面布高基陣,最大限度擴展了基陣面積,提高了聲吶靈敏度和探測能力。「大鯨」號潛艇還採用了新型舷側陣聲吶,這種聲吶採用了光纖傳感器,工作頻率更低,探測能力更強。「大鯨」號還配備拖曳線列聲吶,構成水下全向探測和警戒系統。不同的聲吶可以將數據整合到作戰系統,進行整合分析後做出最佳作戰方案。「大鯨」號潛艇武器與「蒼龍」級一樣,採用艇艏6具533毫米魚雷發射管的火力配置。管內6枚雷彈、艙內備用架儲備24枚雷彈,一共攜彈量為30枚,既能發射89式重型魚雷,也能使用潛射型「魚叉」反艦飛彈,還配備了新一代G-RX6魚雷。它是89式重型魚雷的後繼型,制導系統換裝了新型聲自導系統,據說能夠進行聲學成像,提高了魚雷攻擊精度和抗幹擾能力。這種重型魚雷在水下探測和目標識別方面更為先進,,重點改善了淺海複雜聲學環境下作戰能力,主要為對付新一代安靜型潛艇而研製。G-RX6魚雷採用了電磁引信起爆,能根據目標類型確定戰鬥部引爆時間以達到最好的毀傷效果。最突出特點在於使用了氫氣+氧氣渦輪動力系統,89式魚雷則採用的是過氧化氫和酒精動力,航程達到了50千米,G-RX6性能將遠遠超過89式及世界上其他國家的魚雷。採用新一代動力系統,航速更快,航程更遠。

「大鯨」號潛艇艇艏聲吶和發射管

「大鯨」號指揮控制系統方面,其指揮控制室採用了與最新多用途護衛艦相同的技術,採用全向屏幕顯示系統,能夠顯示更大範圍戰場態勢,提高了艇長戰術決策能力。另外,它採用了新型數據鏈,能夠連接C4ISR系統,「大鯨」號據說也是日本海上自衛隊第1艘具備網絡中心戰能力的潛艇,可以通過衛星獲得水下必要的聲學信息還完成指揮。日本計劃將「大鯨」級潛艇變成為一款反潛體系下的重要武器,並且結合日本P-1反潛機,「出雲」號反潛航母組成聯合反潛、反艦打擊群。「大鯨」號還裝備了從「蒼龍」級8號艇「赤龍」號開始使用的魚雷防禦系統(TCM)。

結語

日本非常重視新一代潛艇及水下反潛力量發展與建設。日本新一代潛艇「大鯨」號經過一系列技術改造升級,戰術技術指標比「蒼龍」級有明顯提高。日本海上自衛隊水下作戰能力又邁上了一個新臺階。日本這些潛艇新技術發展與應用,對我國常規潛艇發展升級也有著重要的借鑑和參考價值,非常值得關注和跟蹤。

 





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