外防反射、內降噪聲,了不起的「隱身衣」——潛艇消聲瓦面面觀

潛艇之所以成為令人聞之色變的「殺手」，在於擁有隱蔽和突襲兩大優勢。在深海裡電磁波跑不遠，光線看不見，紅外不靈敏，磁異常距離近，想發現潛艇只能依賴聲音這種手段。

然而海洋是有背景噪聲的，地質變化、洋流運動、海浪湧動、風力吹動，人類活動、各種生物活動都會形成噪聲。所以現代潛艇無不努力的降低噪聲，一旦能融入背景噪聲中，那就將徹底隱身無跡可尋。

為此人們嘗試了各種方式，如更安靜的發動機，減振浮閥，核反應堆自然循環等技術。除此之外還有一種重要方法就是敷設消聲瓦，為潛艇穿上一件「超級隱身衣」，使敵人難以發現。

消聲瓦是由橡膠或合成聚合物製成的，內部有上千個微小孔腔，在潛艇、軍艦上起到吸聲、透聲、反射、隔振、減阻、防汙等多種功能。

颱風級核潛艇上的消聲瓦

二戰中德國首先研製出消聲瓦，代號「阿里貝裡奇」（Alberich，取自一部音樂劇中守衛寶藏的隱形人的名字）。

這種合成橡膠瓦由大名鼎鼎的德國法本化學公司研製，採用高分子聚異丁烯均聚物製成，大小約1平方米，4毫米厚，上面是密密麻麻的直徑2毫米和4毫米的圓柱形孔洞。

阿里貝裡奇消聲瓦材料

這種合成橡膠瓦在10-18千赫茲範圍內，能降低主動聲吶15%的反射回波，正好覆蓋盟軍早期ASDIC 聲吶的工作範圍。

由於消聲瓦上的細孔受水壓壓縮變化，所以回波反射率隨潛艇下潛深度不同而變化。這種消聲瓦還能抑制柴油機噪音輻射，降低U型潛艇的聲目標特徵，減小被動聲吶的探測距離。

1940年德國首先在U-11號潛艇上測試，1941年又在U-67號潛艇指揮塔和艇體兩側敷設了消聲瓦。

測試中發現很多問題，其中之一就是膠粘劑強度不足，導致消聲瓦鬆動脫落。海水下環境惡劣，高鹽高溼不說，航行中還會遇到很大阻力，經常將消聲瓦從艇體上剝離。一旦鬆動海水在縫隙處形成湍流，反而加大了水動力噪聲，使潛艇更容易被發現。同時還增加阻力，降低水下航速。

所以工程師們不斷改進，直到1944年底才基本解決膠粘劑問題。為潛艇安裝消聲瓦是個仔細活，要耗費數千工時鉚接膠合，但相比帶來的好處，複雜點也是值得的。

U-480號潛艇上的消聲瓦

新粘合劑首先在U-480號潛艇上使用，取得了優良效果。司令部決定推廣到新研製的XXI、 XXIII型潛艇上。然而德國投降太快，沒等消聲瓦大量裝備戰爭就結束了，最終只有一艘XXIII型 U-4709號裝備了消聲瓦。

二戰後，德國消聲瓦技術被蘇聯和英國掌握，在各自國家中快速發展起來。蘇聯人在消聲瓦上投入了大量人力物力，取得了豐碩成果，1965年開始裝備潛艇。隨後潛艇噪聲水平迅速下降，很快就追上了美國同行。

蘇聯消聲瓦以丁苯橡膠為基材，有多種不同規格。不同潛艇上消聲瓦厚度不同，同一潛艇不同位置上的消聲瓦也不相同。

各種攻擊核潛艇、巡航飛彈潛艇一般用50-150mm厚的消聲瓦，能縮短北約聲吶約75%的探測距離。阿庫拉級攻擊核潛艇比較特殊，艇艏是一層液體橡膠蒙皮，能降低阻力，還能根據壓力變化自動調整。

阿庫拉級核潛艇

戰略核潛艇對隱蔽性要求更高，於是消聲瓦厚度也更大。颱風級核潛艇平均消聲瓦厚度達100-200mm，由陶瓷和橡膠複合構成，能降低約10-20dB的聲音強度，相當厲害。

另一邊英國人也在20世紀70年代研製消聲瓦技術，並在「邱吉爾」號核潛艇上試驗。它的消聲瓦基材是聚氨脂，性能也不錯，但與艇體的粘貼問題一直沒有解決好。導致核潛艇航行時消聲瓦經常大面積脫落，嚴重影響性能。

英國特拉法爾加級核潛艇上剝落的消聲瓦

後來英國人放棄了艇體粘貼技術，改用實艇現場澆注成型，直接弄成一體的，開闢了一種全新方向。

面對噪聲越來越低的蘇聯先進潛艇，美國人也很著急。所以80年代從英國獲得技術，開始研究消聲瓦。其消聲瓦技術提高很快，基材是聚氨脂和玻璃纖維合成材料，採用雙層鋁板固定式吸聲結構，效果非常明顯。洛杉磯級核潛艇噪聲降到128 dB左右，俄亥俄、海狼級甚至降到120 dB以下。

1988年美軍在洛杉磯級核潛艇「聖胡安」號上首次敷設消聲瓦，艇體裝配借鑑了太空梭隔熱瓦的敷設工藝。

SSN-571聖胡安號核潛艇上的消聲瓦

然而美國消聲瓦的粘貼效果仍然不理想，2018年最新銳的維吉尼亞級核潛艇上仍然有大面積脫落現象，讓海軍對相關研製部門非常惱火。

如今美國在積極研製一種類似油漆的「超疏水」塗層，內部充滿氣泡空隙，可以減阻降噪、提高航速。實驗中塗層能吸收91%的傳入聲能，反射率不到3%，效果非常顯著。相比之下，全裸露鋼板聲能反射率高達88%！是一項非常值得關注的新技術。但如何生產出既容易施工，又堅固耐用的實用性塗層仍是個挑戰。

如果你以為消聲瓦只能吸聲隔聲，那就太小看它了，那只是其中一種（無回聲瓦）的功能。

水聲橡膠材料有吸聲、透聲、反聲等三種類型，潛艇消聲瓦中則有去耦瓦、透射損失瓦、無回聲瓦和阻尼瓦等多種分類，組合起來具備吸聲、透聲、反射、隔振、減阻、防汙等多種功能。

維吉尼亞級的主被動聲吶基陣

如聲吶、魚雷的導流罩要用透聲材料，讓聲音透過去。主被動聲吶基陣的周邊就要用透射損失瓦，防止噪聲進入其中幹擾工作。反聲材料則是特意把聲音反射回去，最好100％全反射，如聲吶基陣的反聲後擋等。不同的需要決定了不同的水聲材料。和風漫談原創，禁止抄襲。

潛艇水下噪聲源主要有3種：一是螺旋槳噪聲；二是艇體水動力噪聲；三是內部機械和管系產生的輻射噪聲。

所以不僅是艇外吸聲、隔聲，艇內也要減少機械噪聲輻射和抑制振動。除了減振浮閥，還要在機艙內、外面安裝阻尼瓦，吸收機械噪聲阻止其輻射到艇外。

阻尼瓦呈尖劈狀結構，和消音室裡使用的吸音材料結構類似。消音室裡非常安靜，人在裡面說話沒有回聲，能聽到心跳甚至器官運動的聲音。據說美國奧菲爾德實驗室的消音室是世界上最安靜的地方，人在裡面不能超過1小時，否則會發瘋的。

雙殼體潛艇在敷設消聲瓦上有天然優勢，如很多蘇聯潛艇在非耐壓殼體內外、耐壓殼體外部都有消聲瓦，且不同位置上使用不同功能的消聲瓦形成複合效果，達到了外防反射、內降噪聲的良好效果，給潛艇穿上一件了不起的「超級隱身衣」。

如今，整體消聲瓦、俄羅斯的複合結構消聲瓦、美國的玻璃纖維制雙層薄板消聲瓦都有良好發展前景，未來將為潛艇隱身提供更大幫助，使其成為真正的「大洋黑洞」！

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