國戰會論壇/解放軍潛艦匿蹤技術 小步快走

中方039C潛艦的資料照。
中方039C潛艦的資料照。

【文.譚傳毅】

解放軍潛艦技術發展迅猛,並已進入「無聲化」潛艦時代;這是過去中國軍工產業「小步快走」的邏輯,造成今日成就。

也許是這個「小步」走得未免太快,就在2年前,美海軍還批評094級戰略核動力潛艦的靜音效果不佳,如今卻宣揚「大洋黑洞」的解放軍潛艦,令人不勝唏噓。

和空中飛的匿蹤戰鬥機一樣,海底游的潛艦也要匿蹤化。要想匿蹤化,就必須降低自身所產生的噪音(降噪)。

潛艦的噪音源

潛艦的主要噪音源,包括機械振動噪音(主機、輔機、各種電機、減速裝置和空氣壓縮機等裝備)、俥葉噪音、水動力噪音(潛艦運動時,舵、指揮塔、上層建築等)、以及空氣噪音(艙室空氣噪音、柴油機水下排氣)等。

第一,機械振動噪音。潛艦的各種機械裝置例如主機、輔機、電機、減速裝置、泵、空氣壓縮機和管路系統,在運轉過程中,因衝擊、碰撞、摩擦和運動不平衡等原因,產生振動與噪音傳導至艇體,最後以聲波形式傳播,形成機械振動噪音,是潛艦最大的自噪音之一。

第二,俥葉噪音。 俥葉運轉時會產生兩種噪音:空泡噪音、非空泡噪音。空泡噪音是俥葉運轉所生成的氣泡破碎,是主要的高頻噪音。非空泡噪音包括水流對於俥葉的拍擊噪音、和俥葉受水流影響而共振的單頻噪音。此外,俥葉還會導致艦體振動,進而產生噪音。

第三,水動力噪音。艦體周圍的高速水流,使艦體附近流壓產生極不規則的變化,也就是「渦流」,這是水動力噪音,例如潛艦在高速行駛時的艏波與尾流,這是兩個重要的水動力噪音源。高速水流在流經艦體突出部分、上層建築及升起的潛望鏡等會產生噪音;潛艦下潛和上浮時,因帆罩、艦體及上層建築的某些空間進水或排水也會產生噪音。此外,還有潛艦迴圈水系統的進水口和排水口都會產生噪音。

解放軍潛艦的降噪技術

現代潛艦匿蹤是一個綜合概念,是指潛艦在設計、建造和使用中採用各種技術措施,來消除或降低潛艦被可探測的特徵。知道了潛艦的噪音來源,接下來看看解放軍如何運用降噪技術進行降噪。

第一,俥葉降噪技術。俥葉噪音是潛艦航行時主要噪音源之一。俥葉降噪主要途徑包括:改進俥葉結構,採用大側斜、變距、多葉俥葉。葉片使用高阻尼合金材料可抑制槳葉振動,降低輻射噪音。如美國採用鎳銻合金,日本採用鐵鉻鋁合金等,使減振效果提高了20倍。

第二,泵噴射推進技術。此裝置最大優點是推力集中、無空泡、無機械噪音,是新一代的潛艦推進系統,是有軸泵噴推進潛艦的升級版。

潛艦無軸泵噴射推進器取消了俥葉的傳動軸,各個葉片由電機驅動;而不像以往用一根大軸帶動俥葉。無軸泵噴技術是目前世界上最先進的潛艦推進系統,也是各海軍強國競相追求發展的關鍵技術。解放軍是如此,美海軍的發展方向也是如此。

無軸泵噴推技術能夠實現全靜音,因為電動機不是安裝在潛艦的中心軸線上,而是布置在俥葉外部的環狀導管內,所以不需要驅動軸,因此也不會產生傳統「俥葉—軸系—艦體」耦合振動所產生的低頻噪音。

裝備無軸泵噴推進器的潛艦具有極為安靜的航速(至少20節以上)。意味著在同等噪音的條件下,由無軸泵噴推進器驅動的潛艦,能以更高的航速對傳統軸系驅動方式的潛艦展開攻防戰術行動。

研製無軸泵噴推進器的先決條件,就是綜合全電力推進系統,也就是著名的馬偉明團隊所科研攻關的重點專案,例如福建號航母的電磁彈射系統就是馬偉明團隊技術的運用。解放軍在此基礎之上研發的潛艦無軸泵噴推進器,比美海軍目前的「有軸」泵噴推進器先進許多,難怪美海軍開始緊張了。

第三,結構降噪設計。為能降噪並減小航行阻力可,在改進艦體結構,例如艦體表面設計得非常光滑並減少艇體開孔、指揮台與艦體交接處採取弧形圓滑過渡,可以降低艦體表面的流水噪音,例如美海軍海狼級和哥倫比亞級潛艦指揮塔結構就是如此。

第四,消音瓦技術。第二代消音瓦克將本艦的自噪音下降20分貝,使敵方聲納的探測有效距離下降了50%到70%。厚度在80到150mm之間,由合成橡膠製成。結構分為內外兩層,外層為實心固體,內層加入了適量的金屬粒子,並設置了不同尺寸的孔洞用於阻擋、吸收艦內發出的噪音。

第五,減震筏座技術(Vibration Damping Raft Seat Technology)。該技術主要針對動力設備例如主汽輪機、減速齒輪箱、電機等,彈性的與艦體連接,可降噪50到60分貝。

第六,AIP技術。絕氣推進技術主要指「斯特林」發動機、燃料電池、閉式迴圈汽機、閉式迴圈柴油機以及小型核動力混合推進系統。AIP系統使潛艦可在水下低速航行、並為蓄電池充電。AIP推進系統不會暴露在水面,工作深度可達200m,同時噪音大為降低。

未來097/098級潛艦技術:磁流體推進器技術

磁流體推進器(Magnetohydrodynamic Drive MHD)是貫通海水的通道內,設置一個能針對導電海水產生電磁力作用的磁場,使之在通道內運動,若運動方向指向船艉,則反作用力便會推動船舶前進。

與傳統機械傳動推進器(例如俥葉、水泵噴水推進器等)比較起來,磁流體推進器的不同點在於其使用電磁力,因此,磁流體推進器無須配備俥葉、齒輪傳動機構和軸泵等,是一種完全沒有機械噪音的安靜推進器。

一旦097/098級潛艦潛艦使用這種推進器,可以完全消除因機械轉動而產生的振動、噪音以及功率限制,而能在幾乎絕對安靜的狀態下以極高的航速航行。根據非官方報導,其航速可達150節,而這是任何機械轉動類推進器不可能實現的。

結論

正值「海鯤級」即將下水之際,實在有必要重新檢視未來7艘同型艦的降噪問題,千萬不要為了「有」而「有」。

雖然「有」,但卻無法完成「重層嚇阻、防衛固守」的戰略使命,不但耽誤了國軍建軍備戰方向、更可能葬送潛艦官士兵的性命,更無法逃避「藉此上下其手」的指控。

(作者譚傳毅為台灣國際戰略學會研究員,法國博士,國戰會專稿,本文授權《洞傳媒》國戰會論壇、《中時新聞網》言論頻道、《獨家報導》同步刊登)

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本文授權自獨家報導,原文見此

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