国外核潜艇大潜深技术发展趋势_张彩坤

技术三方面，认真分析核潜艇实现大潜深的技术难点和重点，展望了核潜艇大潜深技术的发展趋势。通过该文可了
解世界各海军强国发展核潜艇大潜深技术的思路，以及各国对当今世界核战略的不同认识，特别是对核潜艇装备发
展方向的调整，从中得到有益的启示。
关键词： 外国海军； 核潜艇； 大潜深； 发展趋势
中图分类号： U674． 76
文献标识码： A
文章编号： 1672 － 7649（ 2011） 12 － 0134 － 04
doi： 10. 3404 / j. issn. 1672 － 7649. 2011. 12Fra Baidu bibliotek 032
Developing trend on deep diving technology of foreign nuclear submarines
在当今世界上，美、俄等国已掌握了大潜深及超 大潜深材料技术。如美国的 HY 系列合金钢，其屈服 强度已达到 820 MPa，用 HY100 型高强度合金钢制造
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舰船科学技术
第 33 卷
的“海狼”级核潜艇下潜深度达到了 600 m； 俄罗斯采 用高强度的钛合金钢建造的“麦克”级试验核潜艇下 潜深度达到了 1 250 m［5］。
对 大 潜 深 的 概 念 有 不 同 的 理 解，一 般 认 为 超 过
300 m 下潜深度的潜艇就可称为大潜深潜艇，下潜深 度超过 450 m，则可称为超大潜深［2］。 1. 1 美国核潜艇的下潜深度回归传统
美国在役的 核 潜 艇 中，“俄 亥 俄 ”级 弹 道 导 弹 核 潜艇的最大潜深为 400 m，可以称为大潜深潜艇。美 国的战略核潜艇目前还未见开发新型号的报道，其原 因是现役 14 艘“俄亥俄”级战略核潜艇正值当年，且 受制于第二阶段战略武器限制条约，美国已不能再装 备更多的海基战略导弹核潜艇。“俄亥俄”级战略导 弹核潜艇采用的是 20 世纪 70、80 年代的大潜深技 术，现在看来，虽然有一定的先进性，但与俄罗斯相比 有些落后［3］。
在大潜深潜艇材料需要满足对于屈服强度的高 要求的同时，还要兼顾考虑耐腐蚀性能。世界上的核 潜艇大国在潜艇防腐蚀方面都投入了大量人力、财力 攻关，采取防腐涂料防护，阴极防护等措施，但还是不 能从根本上解决艇体材料的防腐难题，只能依靠增大 腐蚀余量的办法来被动克服，这直接导致艇体重量的 增加。随着潜深增大原本就会带来艇体重量不断增 加的问题，防腐措施使得这一问题更加突出。研制耐 腐蚀的艇体材料一直是人们关注的重大问题。俄罗 斯采用钛合金材料建造核潜艇，经长期使用证明，钛 合金是 1 种防腐性能十分优良的材料，特别适于用作 核潜艇艇体材料及通海管系材料，但价格昂贵，限制 了其广泛应用。在第 4 代“亚森”级核潜艇的第 2 艘 “喀山”号 上，潜 艇 壳 体 材 料 将 采 用 更 先 进 的 特 种 材 料，其消磁效果与承压能力等各方面的性能都接近于 钛合金，价格只有钛合金的几分之一，加工难度也比 钛合金小得多。未来的核潜艇也可能采用性能优异 的复合材料建造［11］。 2. 2 大潜深结构技术
在攻击型核潜艇方面，俄罗斯从第 2 代 V 级（ 下 潜深度 400 m） 开始，就掌握了大潜深技术，到第 3 代 “阿尔法”级（ 下潜深度 900 m） 和“塞拉”级（ 下潜深 度 750 m） ，掌握了超大潜深技术。目前在建的“亚 森”级核潜艇（ 首制艇“北德文斯克”号于 2010 年 6 月 15 日下水，将于 2011 年交付俄罗斯海军。该级第 2 艘“喀山”号正在建造中） 潜深为 600 m［7］。 1. 3 其他国家
大潜深潜艇在深海活动，需要承受巨大的海水压 力，潜艇下潜得越深，承受的压力越大。图 1［10］给出 了潜艇下潜深度和船体质量 / 排水量的关系，在作战 潜艇的船体质量不超过潜艇排水量的 40% 的假设前 提下，采用 HY － 80 钢（ 屈服强度 549MPa） 作为耐压 艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在 300 m 左右，采 用 HY － 100 钢（ 屈服强度 703 MPa） 作为耐压艇体材 料的潜艇下潜深度的合理值在 450 m 左右。为保证 潜艇不被破坏，对建造潜艇耐压壳体材料的强度、韧 性、塑性、耐疲劳性、耐海水腐蚀性、可焊接性以及工 艺性等就提出了很高甚至是苛刻的要求。
最新的美国 攻 击 型 核 潜 艇“弗 吉 尼 亚 ”级，极 限
收稿日期： 2011 － 03 － 07； 修回日期： 2011 － 05 － 06 作者简介： 张彩坤（ 1963 － ） ，女，研究员，从事潜艇技术情报研究工作。
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张彩坤，等： 国外核潜艇大潜深技术发展趋势
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下潜深度已由第五代“洛杉矶”级的 450 m、第六代 “海狼”级的 600 m 减少到传统的 300 m［4］。美国之 所以没有进一步增加攻击型核潜艇的下潜深度，究其 原因可能有以下 3 方面： 一是世界冷战时代的结束， 美国海军 发 展 的 指 导 思 想 发 生 了 根 本 转 变，特 别 是 “9 ·11 ”事件以后，美国将反恐、情报搜集、战略威 慑、特种作战、对陆目标常规打击等多用途、多功能任 务赋予攻击型核潜艇，更强调近海作战，而不是大洋 深处的捉迷藏式的对抗； 二是高新技术的发展，为攻 击型核潜艇实现多功能转换和电子武备系统的更新 换代提供了方便条件，可以在现有平台的基础上大幅 度提高潜艇的综合作战性能； 三是近年来美国经济发 展停滞，甚至出现了危机，削减核潜艇研制成本成为 政府不得不考虑的因素［1］。 1. 2 俄罗斯仍坚持走大潜深路线
大潜深潜艇除了要采用高强度材料外，还要攻克 采用这些高强度材料形成艇体的结构技术。这是一 项更加复杂、攻关难度更大的关键技术。形成艇体的 不仅是壳体，还有与壳体密切相关的支撑结构。艇体 的耐压能力固然与艇体线型有关（ 潜艇多采用圆柱 形艇体以提高承压能力） ，但是选择合理壳体支撑结 构才是突破 大 潜 深 技 术 的 关 键［12］。对 加 强 肋 骨 结 构，耐压舱段结构，耐压液舱结构，耐压壳体锥环柱过 渡段结构，以及艇首、尾端舱壁结构分析研究等，都需 要开展耗资巨大的理论分析计算、仿真试验以及缩比 模型试验，对从事研究、设计的科技人员要求甚高，对 试验条件的要求也十分苛刻。美、俄两国最先掌握大 潜深结构技术与其科研实力和高投入不无关系。 2. 3 大潜深系统相关技术
图 1 下潜深度和船体重量 /排水量的关系 Fig． 1 Relation between hull weight and diving depth
目前，世界上普遍采用的是屈服强度大的合金钢 作为核潜艇艇体材料。屈服强度越高，潜艇的下潜深 度就可越大。因此，大潜深材料技术的发展难点就是 研制屈服强度更大的合金钢，同时要研制与高强度合 金钢材料相匹配的焊接材料，还要开展大量的焊接模 型试验，以验证材料的焊接性能是否满足要求，这需 要具有先进的冶炼手段和焊接工艺。此外，研制一种 新型耐压壳体材料，需要反复多次冶炼成千上万吨的 钢材，以求得合金钢各组成元素的最佳匹配，这需要 庞大的资金支持。
Key words： foreign navy； nuclear submarine； deep diving； developing trend
1 国外核潜艇大潜深技术的发展现状及特点
核潜艇采用大潜深、超大潜深技术是提高其隐蔽 性的重要途径之一。随着现代对潜探测技术的不断 改进完善，核潜艇被探测到的概率不断增加，除了传 统的声呐探测技术日臻完善外，磁探测技术、热探测 技术、尾迹探测技术、流体内部扰动探测技术、激光探 测技术等也取得突飞猛进的发展，核潜艇受到的威胁 日趋严重。而大潜深技术则能比较有效地应对这些 威胁，甚至能有效地规避反潜武器的攻击。因此，当 今世界主要核潜艇大国，都比较重视对核潜艇大潜深 技术的研究和应用［1］。
略核潜艇“凯旋”级下潜深度为 500 m，攻击型核潜艇 “梭鱼”级的下潜深度也达到 350 m［8］。
2 核潜艇大潜深技术发展关键
实现核潜艇的大潜深、超大潜深，必须突破一系 列关键技术，概括起来主要有三大关键技术，即大潜 深材料技术、大潜深结构技术以及大潜深系统相关技 术［9］。 2. 1 大潜深材料技术
俄罗斯是目前世界上在大潜深核潜艇领域技术 最为先进的国家。俄罗斯的核潜艇曾经达到 1 250 m 极限下潜深度，“麦克”级 685 型核潜艇成为名副其 实的超大潜深核潜艇［5］。
在战略导弹核潜艇方面，俄罗斯最新的第四代战 略核潜艇“北风之神”级 955 型最大下潜深度为 450 m，作为大潜 深 核 潜 艇，将 成 为 未 来 俄 战 略 核 潜 艇 的 主力，目前首制艇“尤里·多尔戈鲁基”号于 2009 年 底服役，“亚力山大·涅夫斯基”号和“弗拉基米尔· 莫诺马赫”号正在建造。而第 4 艘改进型 955U“圣· 尼古拉”号于 2010 年初开工［6］。各种情况表明，俄 罗斯战略核潜艇大潜深技术已经成熟。
英国目前无论战略核潜艇，还是攻击型核潜艇潜 深均为 300 m，没有在大潜深技术方面花费太多精 力，一是因为国家经济实力有限，二是因为有牢固的 美、英同盟关系，在核潜艇技术方面英国可完全采取 拿来主义。
法 国 已 经 掌 握 了 核 潜 艇 大 潜 深 技 术，与 英 国 不 同，法国坚持独立自主的核潜艇发展战略，完全依靠 本国力量开展大潜深技术研究。目前法国最新的战
第 33 卷第 12 期 2011 年 12 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol． 33，No． 12 Dec． ，2011
国外核潜艇大潜深技术发展趋势
张彩坤，陈国琳，王 磊
（ 武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064）
摘 要： 简要介绍了国外主要海军强国大潜深核潜艇现状，从大潜深材料技术、大潜深结构技术、大潜深系统
ZHANG Cai-kun，CHEN Guo-lin，WANG Lei （ Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）
Abstract： In this paper，present situation of deep diving technology of foreign naval nuclear submarines is introduced，including it's materials，structures and vessel systems being analyzed pointedly， and the developing trend on deep diving technology of nuclear submarines is looked forward to． Therefore the developing train of thoughts of deep diving technology of foreign naval nuclear submarines can be showed before readers clearly，as well as different nuclear weapons strategies of every states，especially the adjustments of nuclear submarines equipments，which will be provoking on the nuclear submarines developing．
核潜艇大潜深相关系统技术主要包括通海系统 及设备的承压技术、密封技术、防腐技术，通海阀门技 术等。特别是大口径通海系统管路及阀门的研制难 度极大，大口径海水管路破损或密封失效是以往核潜 艇发生沉没事故的原因之一［13］。因此，美、俄等核潜 艇大国把大潜深系统技术与大潜深材料、结构技术等
同对待，通过大量技术攻关，以及在试验艇上开展严 格的演示验证，最先突破了大潜深系统技术［1］。