提高潜艇隐身能力的技术措施_杨健

提高潜艇隐身能力的技术措施

杨健1,吴超2,谷阳3

(1.海军潜艇学院研究生队,山东青岛266071;2.海军指挥学院潜艇教研室,江苏南京210016;3.海军92748部队)

提要介绍了潜艇隐身技术的发展,分析了影响潜艇隐蔽性的因素,并提出提高潜艇声辐射隐身能力和非声辐射隐身能力的技术措施。

主题词潜艇隐蔽噪声降低雷达反侦察

通信反侦察

1引言

潜艇具备良好的隐蔽性能,是当前世界各国主要海战武备之一。潜艇的隐身技术,是指在艇体结构设计,机械设备制造、布置,以及其他潜艇总体技术等方面采取一系列措施和手段,来提高和改善潜艇自身隐蔽能力,对抗反潜探测手段的一项综合技术,目的是减少或降低敌方反潜探测器材的发现概率,保存自己,消灭敌人。

随着现代探测技术的发展,潜艇的隐蔽性受到了很大的威胁。寻求更加先进的潜艇隐身技术来获得更好的隐蔽性能,是当前潜艇设计中亟需解决的课题。

2潜艇隐身技术的发展

潜艇隐身技术出现于二战时期。当时德国潜艇为减小被雷达发现的概率,开始了潜艇隐身技术的研究。此后,美海军也根据潜艇作战需要制定了长期的研究规划,从多种途径进行了降低潜艇噪声的探索。20世纪60年代初,苏、英等国开始将潜艇减振降噪作为研究工作的重点。直至上世纪末,潜艇隐身技术在降低机械噪声、消声瓦技术、反雷达波涂层、新型推进装置、优化潜艇结构、增大潜深、隐蔽通信和降低电磁及红外、磁异辐射等方面已取得显著的效果。其中,美国潜艇降噪水平一直处于世界领先地位,30多年来,噪声总声级下降了40多dB, /海狼0级攻击型核潜艇噪声级达到90~100dB,已低于三级海况海洋背景噪声(110~120dB)。前苏联

作者简介:杨健(1980-),男,硕士研究生。潜艇的安静性技术发展也较快,30多年,噪声总声级下降了30多dB,成果显著,尤其是低噪声螺旋桨的出现,使得新型的/鲨鱼0级攻击型核潜艇和K级常规潜艇的噪声达到了125~130dB。

3提高潜艇隐身能力的技术措施

3.1提高潜艇声辐射隐身能力

潜艇周围声场的变化是获取潜艇信息数据的真正来源。目前,对潜艇探测是以探测距离大的被动水声器材为主,因此,降低噪声是潜艇隐身最为重要的措施。有数据表明,潜艇噪声每降低20dB,可使敌方被动声纳探测距离减半。潜艇噪声主要来自于机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声,提高潜艇的声辐射隐身能力,主要是降低以上几种辐射噪声的强度。

3.1.1降低潜艇机械噪声

潜艇机械噪声源:

潜艇艇内机械的非平衡组件(偏心轴、发电机电枢)旋转时产生的振动;齿轮传动装置的碰撞;机械往复运动;各种泵、管系、阀内液体流的空化和涡动;轴承和轴颈的机械摩擦等。因此,在一定的频率和谐波上会产生许多非连续噪声。

降噪措施:

(1)通过机械绝缘和减振的方法,减小振动机械向艇体传送能量。在潜艇的壳体内部和舱壁上大量敷设吸声材料;推进系统的设备安装在高效能减振基座上;重要的主机、辅机等机械采用整体双层减振筏座;对振动较大的设备采用缓冲振动的覆盖层和空气夹层等。对管路系统采用尽可能多的弹性连接管与艇体相连;对流体作用强烈的管路采用降低流速,局部管路采用阻尼软管和加消音器的方法,来减少流体冲击振动和阻止振动传到艇体上。主机转速及振动干扰源频率与艇体结构自振频率相避开,以最佳配合使艇航行时振动最小。

(2)改进减速齿轮装置。此如采用斜齿齿轮或人字形齿轮,以降低减速齿轮装置的噪声;采取提高

#

22

#造船技术2006年第1期(总第269期)

加工精度和装配质量,选择性能优良的齿轮材料和润滑剂,合理设计齿间的余隙值,或将齿轮装置密封在隔声箱内等措施,也会有效地降低齿轮传动时的噪声。

(3)采用电力推进装置。利用汽轮发电机组驱动主推进电机来带动螺旋桨,取消主汽轮机和齿轮减速装置,减少噪声源。

(4)有源主动消声。根据本艇空气噪声的频谱特性,在空调系统和空气噪声较大的舱室采用发出与原空气噪声振幅相同但相位相反的音响,抵消原来的空气噪声。

3.1.2降低螺旋桨噪声

潜艇螺旋桨噪声源:

螺旋桨叶片上或其附近的空化现象以及螺旋桨转动激起的艇体谐振。艇体周围辐射的不均匀声波,由于艇壳的阻碍和由螺旋桨引起的尾流影响,在舰艏艉方向上的噪声辐射,要比向两舷方向的辐射小,艇艏方向一般要减少若干分贝。

降噪措施:

(1)改进螺旋桨设计。使螺旋桨直径减小,降低转速,或使盘面处伴流均匀分布,或增加桨叶数,增大桨叶面积,倾斜和改进桨叶剖面等,可采用大侧斜、变距、多叶螺旋桨。这样可使叶片周向载荷均匀,减少空泡,尾部伴流分布均匀。还可将螺旋桨叶片设计为曲面,减少涡凹声音。

(2)改善螺旋桨材料。叶片可选用高阻尼合金材料,抑制桨叶振动,降低辐射噪声。

(3)采用新的推进器。泵喷推进器是可以用来取代螺旋桨推进的一种新型推进装置。泵喷推进器由转子、定子和减速阻尼导管组成。转子、定子产生的噪声被导管遮蔽,转子后的定子又可减少尾流旋转能量的损失。减速型导管能够延迟转子空泡的起始,最终达到降噪的目的。

3.1.3降低流体噪声

潜艇流体噪声源:

水流绕经艇体时产生的,且受不同流体过程制约的一种噪声。有时与非正规流有关的压力起伏,甚至还可引起部分艇体的振动。

降噪措施:

(1)改良艇型设计。采用低阻力流线型,减少紊流产生;降低舰艏的拍击噪声,舰艉采取适当阻尼措施,抑制舰艉振动产生的声辐射。艇体表面尽量设计得光滑,将开孔数量降到最少,大的开孔设计活动盖板;舰桥和艇体的交接处采用弧形圆滑过渡,减少流体的干扰,降低水动力噪声。应用有关鱼雷流体动力学及降低阻力的各种综合技术于艇体设计上,包括附面、密纹、非牛顿流体,以及采用加热、吸入、微泡扩散等方式控制湍流层等。

(2)气幕屏蔽。通过在艇壳水下部分和螺旋桨部位向水中喷射空气,形成一定厚度的气幕来屏蔽、衰减和散射潜艇的水下辐射噪声,可以有效地改变水下辐射噪声特征,衰减主动声纳信号的反射。

(3)消声瓦降噪。潜艇艇壳外铺设消声瓦(阻尼吸声橡胶)既可吸收主动声纳的入射能量,减少主动声纳的作用距离,又能够吸收潜艇内部机械振动噪声。目前国外潜艇上装备的消声瓦有:敷设于艇体两侧、舰桥、翼、舵等区域用于吸收敌主动声纳的声波、降低本艇的目标反射强度的/无回声瓦0;敷设于潜艇机械舱室外,阻止艇体噪声向外辐射,抑制该部位辐射的/去耦瓦0;敷设于机械舱室周围耐压艇壳内壁和外面的阻尼瓦;敷设于潜艇外壳的非水密部分,兼有隔声和吸声两种功能的/传递损失瓦0。

3.2提高潜艇非声辐射隐身能力

潜艇的非声辐射主要是指潜艇的艇体可见光暴露、通信信号暴露、红外辐射和磁辐射暴露等方面。应用技术措施降低这些方面的暴露概率,可以有效地提高潜艇的非声辐射隐身能力。

3.2.1降低艇体可见光暴露概率

常规动力潜艇必须每隔一定时间上浮充电,这是艇体暴露的直接原因。不但在半水面充电状态,而且在特定海况条件下,潜艇在水下几十米的深度仍然可为肉眼所发现。

降低潜艇艇体可见光暴露的概率,需要减少潜艇上浮的次数和在海面以及通气管状态下航行的时间。常规动力潜艇采用AIP(Air Independent Pro-pulsion)技术,是今后潜艇隐身设计的重点所在,也是解决这一问题的直接方法。现今,世界上主要的AIP技术有:燃烧废气不需处理可直接排放到艇外的斯特林发动机;可反复使用废气的闭式循环柴油机;可将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的燃料电池;以及自主式水下动力系统和闭式循环涡轮机等。

3.2.2降低艇体雷达波反射概率

潜艇艇体暴露出水面的甲板、舰桥及升降装置的外壁,是构成雷达波反射的大平面反射源,外军的合成孔径雷达,可以在几km高空对300km距离内

#

23

#

杨健,等:提高潜艇隐身能力的技术措施