水面作战舰艇关键能力之 －文／武 为 ４－宝ｉ＿ 巴：同 ． 效机动的快腿 走，就是水面作战冉见艇进行机动的行为。作为水面舰艇作 战行动的重要支撑和方式，良好的机动能力不仅有助于舰艇躲 高的航速。此后，人们才开始逐渐重视如何采取措施尽最大可 能抵消螺旋桨空化现象所产生的负面效应。 如今，水面舰艇的推进系统正处于变革阶段，已出现了喷 水和半潜桨的推进方式，但这些新技术还仅仅局限于／Ｊ、型舰 避或摆脱敌方攻击，阻碍敌方武器的使用或降低其效果，同时 也有助于抢占和保持有利阵位，充分发挥己方武器的威力。对 于现代水面战舟见来说，“跑得快、走得稳、待得久”是基本要求。 跑得快：快速机动能力 航速是舰队整体行动的基本保障，没有哪个国家的海军希 望自己的舟见队缓慢得像静止靶标一样供敌方练习反舰武器。 并且，较高的航速还能为水面舰艇在近程防御系统被突破后提 供最后的“绝命机动”。因此，最高航速一直是水面作战舰艇的 重要战技指标之一，其主要由舰艇动力装置所能提供的最大推 力和行进中遇到的各类阻力决定。 推进系统：螺旋桨的“空化”制约动力是决定水面舰艇最 高航速的根本因素，没有足够的动力一切机动行为都是“空中 楼阁”。二战以来，尽管水面舰艇动力装置在输出功率上有了 长足进步，１日由于｝律进系统没有发牛类似于飞机从螺旋桨推进 到喷气推进的革命性变化，因此，水面舰艇的推进功率并没有 实质性的提高．从而导致舟见艇的最高航速难以取得突破。目前 来看．大中 水而舰艇依旧采用螺旋桨推进方式，而螺旋桨在 转动过棒中产牛的空化现象是制约舰艇推进功率的主要因素。 众所 知， 标；住大气压下，温度达到…） ，水就会沸腾，“沸 腾”的表现就是目气泡的现象。不同温度下，水沸腾的压强是 不同几勺，这个｝ 强称为饱和蒸汽压，也称蒸汽压。 疗见艇螺旋桨在达到一定转速后，桨叶吸力面上的最大流速 处的』王力Ｉ５警到该处温度下的饱和蒸汽压，此处的水流就会沸 腾，从而存浆叶吸力丽上形成了大量气泡，随着螺旋桨转速继 续提高，空泡ｌｘ域会逐渐扩大直至覆 整个吸力面，这就是所 悄的空化现象 化 象分为 个阶段如果空泡已经出现，但还没有扩 展刮桨叶的整个吸力而，则属于第一阶段：当空泡已扩展至桨 ［叶 整个吸力而．并日越出其边界时，则属于空化的第二阶 段。在第一 段宅化时，沿桨叶的Ｊ卡力分布发生了变化，ｔ日由 于 力分布 杉、１的减小能为这种压力的重新分布所增加的部 分所补偿，因此它对螺旋桨的推力、力 和效率均不会产生影 响。当进入第二阶段时，桨叶吸力而卜的压力将稳定在饱和蒸 汽 力值』，ｆ日其｛悻力面上的压力将总是随着绕流速度的增加 『而降低，这柑．螺 的转动效率也将随之下降，从而导致舰艇 航速受限。 螺旋桨 空化现象最早由关国人发现。１ ８９４年，英国研 制的／Ｊ、型马１ｘ还舰“勇敢号”试航时，螺旋桨转速只能达到３８４转／ 分．比额定 计转速低１．５４％，几绎调试，直到】８９７年，项目总 帅才摸清原因，并发表论文说明是由于螺旋桨发生了空化现 象，｛日并未引起关注。过了２（Ｊ年，当英国研制的新鱼雷艇“德 林”号驶入大两洋试验时，空化现象依然牢牢锁定件了本府提 ７６（）ｒｄｎａｎｃｅ Ｋｌ１Ｉ１ｗｌ川 艇，在大中型舰艇１－还暂时看不到未来。短期来看，采用传统 推进方式的水面舰艇，即使在高速性能上下大力气，其最高航 速也不会有较大突破（水翼艇、滑行艇等除外）。于是，如何优 化船 设计以减／Ｊ、行进阻力就成为了提高舰艇机动力的主要 途径。 舰艇线型：优化但不能消除的阻力舰艇在航行中，会受 到两个层次的阻力，水面以上部分所受阻力主要来自于空气， 水面以下部分阻力主要来自于水流。这大致分为摩擦阻力、涡 旋阻力和突出体阻力三种。摩擦阻力指舰艇与流体摩擦产牛 的阻力；涡旋阻力的产生是因为流体在绎过舰艇尾部时会突然 失去舰艇表面的“吸附力”而不得不与舰艇表而“分离”，这样在 舰艇尾部形成了一个低压区，周围的气流（水流） 低压区补充 产生了涡旋，而舰艏所受压力一直存在，这样头尾所形成的向 后压力差就是涡旋｝５Ｈ力；突出体阻力指舰艇整体外突出部分所 受的阻力，像螺旋桨、舵等附件所受阻力都属于此类。从流体 力学原理可知（物体所受阻力大小与（：Ｉ） 、有关，（：为阻力系 数，该值通常足实验值，和物体的，＝；＝力ｌｒ玎似、光滑氍／ｔ和整体形 状有关；【】为流体密度； 为物体受力面枞：ｖ为物体与流体的相 知识园地 ￣，ＨＴ－动速度Ｊ，水面舰艇所受阻力随着航速的增加而显著变大 减阻效果可达ｌ５ｃＡ～２５％。不难发现，上述设计都是从优化排 （特圳是摩擦阻力，其在低速时占总阻力较小，高速时占比大， 其至达到５（）听以上），而流体密度通常为固定值，因此，减／Ｊ＼阻 水型舰艇的传统线犁的角度来降低水流阻力，随着技术的发 展，现在已出现全新线型的设计。例如采用小水线面设计的美 国海军ＩＸ－５２９“海影”号隐形实验舰，其大部分浮力由潜体产 辫铂和 军 生，水线截面比穿浪体更小，形状更为狭长，减阻效果也就更 。呈 力大多从减１ Ｊ、受力面积入手。这早主要包括两个方面的内容 一是优化水下舰体设计：二足优化卜层建筑设计。 优化水卜舰体没计。在水下部分，舰艇主要通过减小舰体 与水接触那部分面积来降低阻力，也就是采用较窄的流线 舰 好。还有滑行体和半滑行体设计，这种设计利用；中压力将舰体 ／ 一帅 抬出水面，骑行于舰首波之卜，而不像常规排水型舰艇那样推 ＿¨札织 三逮烈 ． 面 体没、＿｝。例如穿浪体也有利于减小水 力，它利用狭窄锋利 开或“翻越”舰首波，因此航速得以大幅度增加，例如各国海军 的舰艏将ｉ』波ｔＪＪ开，达到减阻效果。由于舰艏体积小，占舰体 总浮力Ｌ－Ｌｆ￣０小，舰体不会存舰艏波作用下抬头埋尾，而是破浪 装备的气垫艇就是滑行体设计，而美国海军装备的“自由”级濒 ，Ｈ ．战 此 北 ¨ 海战斗舰则采用的是半滑千ｊ体设计。此外，还有模仿飞机机翼 升力原理的水翼式舰艇，其利用类似于机翼的水下升力面在航 以够 双 行时产牛的动升力，将船体抬出水面，使得浸润面积和水线面 前进，原ｊ事与超音速飞机的尖锐机头颇为相似。伊拉克战争 中，美圈陆军“先锋”号穿浪双体高速运输舰的航速达到了４８ 节，从美 东海岸到利威特仅需Ｉ ７天，而普通后勤支援舰的航 速仪ｌ０节，同情航棒至少要４（）天。当然，舰体 能设计的过于 狭窄，毕竞还要考虑到行进的稳定性，这样就出现了采用多体 设 的舟见艇，例如中国海军０２２ 导弹快艇和美国海军的“独 积大幅度减少，摩擦阻力和兴波阻力明显降低。不过，上述新 线 的设计仍然只能应用于中小 水面舰艇，排水量３ ０００吨 没刀 的“自由”级濒海战斗舰已是其中最大，况，Ｅｌ还承受着高功耗的 巨大压力，大型水面舰艇依然只能在传统线型上不断优化。 细小 桃 ”级濒海战斗舰等，兼顾了高速和稳定，１日容量不及单体船。 另外，水面舟见艇所受到的水流阻力除了ｒ述三种阻力外，还有 兴波阻力，即舰艇在行进时产牛的波浪和水面的波浪共同作用 的＿５Ｈ力。针对这个问题，大中 水面舰艇除采用卜述较窄的流 线 舰体设计外，普遍通过安装球辫艏的 式抵消兴波阻力， 优化上层建筑设计。在水上部分，舰艇主要通过简化ｒ层 建筑设计和缩小 层建筑规模来降低空气阻力。例如通过集 成各类电子设施以简化舰桥设计，将各类武器系统埋入甲板下 方以缩１ Ｊ＼．Ｅ层建筑规模等等措施。如今，各国海军新一代水面 舰艇都在努力减小上层建筑尺寸，过去天线雷达林寺的舰桥将 去不复返。美国海军”朱姆沃尔特”级驱逐舰的舰桥甚至已 一一 经基本与舰体融合，并且形状较为规整，这种设计将大幅减小 空气阻力的影响。实际上，根据上述计算流体阻力的公式，同 个物体（阻力系数（：值相等）在相同的速度和受力面积下，受 童 到的阻力与介质密度关系较大。由于正常情况下水的密度是 空气的近８（Ｊ（）倍，这样在相同条件下羊且略计算，水流ｌ５且力足宁 气阻力的近 （）倍，这就是为什 么人在陆地ｆ＿可以自由奔跑， １Ｅｔ在水中就举步维艰的原因。因此，水面舰艇所受到的阻力大 ／Ｊ＼更多的还是由水流阻力决定，空气【ｊ且力一般仅占总阻力的不 至ｊ １％。 最大航速：波障 的羁绊 既然水面舰 艇航速受到推进系统 ．能够达ｊ， ｉ般．浸；】ｌ ｝ｎ ｌｆｌ力 １生能和各种阻力的综 ｌ合限制而难以向卜突 破，那么，对于舰艇设 计者而言，如何达到 航速和经济性之问的 平衡就 得非常重 要，毕竟现代海战对 舰艇速度的要求并没 有几十年前那么高， 为了追求无伤大雅的 速度而大幅牺牛牛功耗 显然并不值得。从这 个角度来说，确定水 ｔ 海军…１毛ｊ々摩”缄巡逻艇采用 ’ 水 ， 设汁．航行刚舰体毽本浮ｒ水 面舰艇最大航速指标 是保证作战效能发挥 的重要前提。 海影”号陋身寥验舰采用了小水线面设计．试验 ｂ．节的惰 人逮腰， 】以看到其水Ｆ 分靛旧｝ １＝目｝ｉｊ制｝ １ｌ量 ． 』ｊ ｉ］ 饭 ４ 付 瑚以一 这种设计存提高帆速｝ 的 ／ 与垌｝ ｝＝４、１日ｆ烈。４－过 划为设¨％Ｊ 雄度的原 划陵畦只 ｒｎ直排水 量 垲ｉ １ ０００ 屯的 ｛ ｝ 常规排水 舟见艇 兵器知识２０１６年ｌ２ ７７ 早都会这样描述“没计最大航速不低于ＸＸ节”，并非是舰艇航 速的极限。 不过，正如突破音障后空气阻力会有所下降一样，舰艇航 速在突破波障区（大约是坡障速度的０．９～１．２倍）后，兴波阻力 也会出现一定挥度的降低。因此，二战时的大中型战舰依靠超 一 强的动力和细长的舰 ，能跑出超过４（）节的高航速，当然，能 耗也是非常惊人的。 ● 走得稳：战场适应能力 与陆上装备或者水下装备相比，水面舰艇的作战使用环境 更为恶劣，虽然几千吨的冉见艇看起来很高大，艮威猛，但在广阔 无垠的大海上，也不过是沧海一粟。实际ｒ，无论是貌似风平 Ｐ国海军７２４型气垫登陆球 畏粥滑行体设计．｛蜒体整体浮 浪静的印度洋，还是终年恶浪翻天的北大两洋，任何水面舰艇 Ｐ水面．消除了水下阻力，ｊ 订与水面的 擦阻力，陵得航 都可能随时葬身于突如其来的ｊ乇风暴雨。１９４４年ｌ２月，美国 大大提高 海军第５８舰队在菲律宾中部的民都洛岛附近遭遇ｌ７级台风，３ 艘驱逐舰沉没，！艘航空母舰严重受损，ｌ４ｆ１架舰载机被抛入大 海，近８（）０人死亡或失踪：ｌ９４５年６月５日，美国海军太平洋第 三舰队第】特混大队，在九州一冲绳海域碰ｒ １８级台风 ３６艘 舰船受到中等程度破坏，其中包括３艘战列舰、！艘大型航空母 舰、２艘轻 航空母舰、４艘护航航空母舟见等多艘大型战舰，损 失飞机１４２架。或许存军人的眼早，为了抓仲稍纵即逝的战机 或者生机，舰艇必须具备较高的航速，佃在设计师眼里，航行的 稳定性绝不可忽视。如果经不件海浪狂风的侵袭而舰覆人亡， 再快的速度也只是纸上谈兵。 浮稳性：保证平衡的关键浮稳性是水面舰艇首先要考虑 的基本指标，它决定了舰艇航行的平稳程度，包括浮性和稳性 甍同海军最争ｆ一缎舶 母首舰“福特” ．水线下方红色部 呐 Ｉ、万面的内容。 兮为球晕艏．能够有效：成小舰艇弼 行时的兴波阻力 浮性是指舰艇承载一定重量后保持一定浮态的性能，即漂 的最大航速会受到行波消散速度的制约，存在一个理论极限， 浮在水面上的能力。舰艇浮性由两个“心”决定一个是舰艇本 可称为“波障”，这与对战斗机最大飞行速度限制的音障类似。 身以及所载物品、人员重量引起的重力，方向垂直向下，它的作 根据流体力学 论，行波的传播速度与波长成正比，而舰艇在 用点称为重心，另一个是水压所形成的浮力，方向垂直向上，它 水中运动时产牛的行波波长与舟见艇水线长度相当，因此，行波 的作用点位于排水部分的中心，称为浮心。舰艇在水面上平衡 传播速度与舰艇水线长度成正比，并月 是水线长度二分之一次 漂浮的条件是重力等于浮力，月重心和浮， 位于同一铅垂线 方的倍数。舰艇低速航行日寸，行波传播速度远大于舰艇航速， 上。然而，当舰艇受到风浪等外力干扰时，浮心和重心就不会 波浪能量迅速消散．舰艇所受水流阻力以摩擦ｌ５且力为主。随着 始终保持在同一铅垂线卜，觇艇就会发牛倾斜，造成排水部分 航速提高，兴波ｌ５且力逐步增大，当冉见艇航速接近行波传播速度， 形状及浮心位置改变，这时就需要考验舰艇的稳性。 舰艏波无法及时消散，兴波阻力能量不断叠加，从而形成波 稳性是指舰艇在外力 作用下偏离其初始平衡位置而倾 障。正如战斗机突破音障需要发动机扣‘开加力一样，常规排水 斜，舰艇具有抵抗外力并当外力 消除后舰艇还具有恢复原来 舰艇突破波障也需要大幅增加推进功率。 例如，水线长３ｌ ７米的“尼米兹”级航母的波障速度约为４３ 节，以３１．５节的设计最大航速机动时，处于中等航速区间，ｌ９４ 兆瓦的最大推进功率绰绰有佘，甚至只需要Ｉ ３（）兆瓦就够了。 而水线长Ｉ４２米的“伯克”级导弹驱逐舰的波障速度大约是２９ 节，其要达到３１．５节的航速所需的推进功率比达到２９节时要 高出５ｌ ～６４ｃｆ。故而，尽管“伯克”级的排水量仅为“尼米兹” 的Ｉ／ｌ０，１日推进功率却高达７５兆瓦，功率密度是后者的４倍。 然，由于波障的存存，大犁战舰比中／Ｊ、型战舰更容易达到较 高的航速。因此，大型水面舰艇通常将最大航速控制在波障速 度四分之三的区间内，以保证舰队其它战舰能够有效避开兴波 阻力的高指数Ｊ啊升 ，确保舰队高速行进的一致性。需要明确 的是，舰艇的最大航速指标是一个下限值，一般存设计任务书 连国海军“尼米兹”级靛母在测试高速转弯时发生的横 耍现象．显然，这种情况下是无法进行甲板怍、 的 ７８ Ｏｒｄｎａｎｃｅ ＫＩｌｔｌ、、ｌ （１ 知识园地 平衡状态的能力。这里面包含两层意思：一是舰艇倾斜之后能 自动扶正：二是持续倾斜到一定角度不会翻沉。那么，舰艇在 倾斜的时候，是什么力量让它自动回摆的呢？答案是复原力 矩。具有适当稳性的舰艇会在浮力和自身重力的共同作用下， 产生复原力矩以抵消外力矩的作用以免倾斜继续扩大。当外 力矩消除后，复原力矩使舰艇浮心重新被调整到和重心同一铅 垂线上（实际中表现为经过一定的周期性摇摆），从而再次获得 平衡。这种复原能力就是舰艇稳性的主要表现。 舰艇的浮性研究的是水面舰艇的平衡问题，稳性研究的则 是恢复平衡的问题。因此，浮稳性决定了水面舰艇的航行姿态 （包括正浮、横倾、纵倾和任意倾斜四种状态），一般在设计时要 求舰艇保持正浮，或略带尾倾。即保持舰艇的重心与浮心重叠 或重心的纵向坐标比浮心的纵向坐标稍靠后，这样舰艇无论是 在机动或者作战中都能保持良好的姿态。因此，水面舰艇在设 计建造和实际使用中都要注意控制重心位置，以保证具有良好 的浮稳性。 适航性：“乘风破浪”的底气适航性是评价水面舰艇作战 性能的重要指标，通常用完成某项任务的最大海况等级表示。 舰艇扶正的速度就越快，稳性越好。但从适航性的角度来说， 最好的情况是舰艇慢悠悠的小范围晃荡，这就要求复原力矩尽 量小。减小力矩的方法，就是升高重心，拉近和浮力作用线之 间的距离（＂３然，重心的高度是有一个限度的，不能无限升高，－ 如果超过稳心的话，浮力就会由扶正力矩变成一个倾覆力矩， 也就是加速船的倾斜）。这样，就需要从适航性和稳性两方面 综合考虑，寻求一个平衡点，获得最佳的摇摆节奏。 既然获得良好的适航性的办法是减小舰艇的摆动幅度和 频度，那么是否将舰艇的宽度做的越大适航性越好呢？答案也 是不。舰艇的适航性可以分解为纵向和横向两个相对独立的 情况来分析：纵向上，耐波性和稳性都要求舰体更加长一些，以 避开１．３倍以下的纵向浪涌波长，减少纵向的摇荡。横向上，耐 波性要求舰宽尽量窄（减小复原力矩的力臂），稳性要求舰宽尽 量宽（增大复原力矩的力臂），最后是综合设定合适的宽度。纵 横两相比较，有的时候反而是舰型越细长，更有利于适航性的 改善。实际上，包括美国海军“伯克”级导弹驱逐舰在内的许多 现役新型水面舰艇之所以选择小长宽比的肥大舰型，并不是从 改善适航性出发的，而是为了改善总体布置，适应复杂繁多的 比如，某型航母可在八级海况下起降舰载机，某型驱逐舰可在 九级海况下安全航行，某型护卫舰可在六级海况下发射导弹等 武备载荷，提高舱室的利用效率。当然，当舰宽增加到一定的 程度，比如像“独立”级濒海战斗舰那样的大型小水线面三体 船，适航性是非常优异的。不过，对于常规单体排水型舰艇来 说，宽大的船型必然会严重拖累航速，道理上文已解释。总体 等。适航性好的舰艇，在风浪中能保持较小的摇摆幅度和较大 的摇摆周期，从而为武器发射、舰载机起降、雷达观察提供一个 良好的平台，并能在风浪中保持较为稳定的航速、航向，大幅拓 展水面舰艇的作战范围。 也许有人会产生疑问：稳性与适航性都描述舰艇摆动问 来说，水面舰艇的长宽比指标并不能作为评判其适航性好坏的 标；隹。 由于与航速、稳性等重要指标存在一定冲突，如何在不影 题，两者是否为同一概念的不同表述？答案当然是不。前者主 要描述舰艇从倾斜到平衡的恢复能力，扶正速度越快说明稳性 越好，注重的是结果；而后者则主要描述舰艇保持平衡的能力， 摆动幅度和频度越小说明适航性越好，注重的是过程。因此， 就像上面提到的，水面舰艇在设计使用时要特别注意控制重心 响其它指标的前提下提高舰艇的适航性就成为了设计师们钻 研的重点之一。目前来看，舭龙骨、减摇水舱、陀螺减摇装置、 减摇鳍这四类装置是在不改变舰艇结构的前提下增强舰艇适 航性的常用方式，原理大致都是利用装置所产生的升力或重力 形成稳定力矩，以减小舰艇摇荡幅度。其中，舭龙骨是在舰艇 的位置。重，Ｃ，ｑＹ了，与浮力作用线距离更远，复原力矩就越大， 中段舭部外侧沿纵向装设的鳍状板，结构简单，能在舰艇零速 时发挥作用，被广泛采用。减摇水舱是设置在舰艇两舷的水 ◎当因为装载不均等内 在因素导致舰艇重心 产生稳定力矩，结构较简单，但减摇效果稍差。陀螺减摇装置 Ｇ升高时，为保持稳 是利用陀螺转子产生阻摇的稳定力矩使舰艇减小摇摆，因造价 定．重心Ｇ产生的向下 舱，舰艇在横摇时，利用水舱中水的运动与舰艇横摇的相位差， 昂贵未被广泛采用。减摇鳍装置是利用伸出在舰体外的鳍在 适用于航速较高的舰艇。 产生复原力，使新浮 力矩，其减摇效果较好，心Ｃ与稳心ｍ在同一 抛开专业的力学问题，实际上，水面舰艇的适航性与排水 铅垂线上，使舰艇达 量关系较大，质量体积越大的舰艇相对来说更稳一些，这是常 到新的平衡，但此时 理，并且大舰长宽能够跨越数个波长，被小海浪冲击的概率更 ｍ 是一个倾覆力 低，本身就降低了摇晃的频度。最终来看，水面舰艇的适航性 设计还要取决于海军战略，更具体一点就是取决于未来的作战 环境，例如太平洋、印度洋风平浪静，对适航性要求可以低一 ◎当风浪等外力因素使 水面舰艇发生倾斜 时．舰艇浮心Ｃ的位 置发生改变。为保证 舰体稳定，重心Ｇ处 向下作用力和新浮心 Ｃ 处的向上作用力合 力形成了复原力ｍ。， 使舰艇重新摆回平衡 位置 作用力和新浮心Ｃ 产 舰艇摇摆运动时产生升力，形成稳定力矩，以抵消舰船的摇摆 生的向上作用力合力 些，而北大西洋风高浪急，则需要多关注适航性指标。 不沉性：轻伤不下火线 不沉性指舰艇在舰体破损、部分 舱室进水后仍能稳定漂浮于水面的能力，是舰艇战技指标的重 要内容。不同舰艇的不沉性在设计要求上存在一定差别，例如 驱逐舰要求至少任意３个相邻的主隔舱，或长度等于舰长ｌ５％ 的舰壳破洞造成破损进水后，仍能稳定漂浮水面；而航空母舰 则要求能承受若干次普通装药的鱼雷直接打击而不沉。 兵器知识２０１６年ｌ２期 ７９ 摇可均外 鳞收仃的 对破 高减于式 海力 宅 舰蝽速摇面悄拍 筝深 矩 ，舟见艇小 性的基本保障是储备浮力。存舟见艇设计中，考虑 到航 中可能发生的意外重量增加，如海损破舱进水、风浪袭 进水等，舰艇的满载水线应位于甲板下方一段距离处，以保 证满载水线以卜尚有定的水密容积，该容积入水后所能提供 的浮力称为储备浮力。实际Ｌ就是专门隔出～部分舰艇空间 用于抵消意外情况所产＝牛的载重增加的问题。储备浮力的数 值用藕裁排水量的百分数表示，其大／Ｊ、关系到舰艇的安全性和 纤济性。因为加大储备浮力，舰艇不易沉没，能提高安全性，但 会使舰艇的载重量减少，影响绎济性。为保证安全，通常由舰， 艇检验机构根据舰艇的类 、大小、结构和航区等情况规 －＿一 个最／Ｊ、下舷值。为确保储备浮力及便于 督检查 存舰艇中央 两舷一般会勘划载重线标志。 船壳、主舱 和甲板是保障舰艇不沉性的关键性结构，在 设计建造和实际使用时，有三个方面的特殊要求：一是上述三 个部件不仅要求具有足够的强度、刚度和保持水密性，而且还 要尽量少开孔洞，此外，传动轴、导管、电缆通过的部位均设置 密封装置，二：足舰艇舱壁要求能够承受一定水深的静水压力 首端舱肇 要能承受一定航速生成的动水压力和海浪的冲击 力，因此 可能浸水的甲板以下的舱擘 一般不允许开设水密 门 甲板ｆ开设水密舱口也限制在最／Ｊ、量以内；三是对所自水 密门和舱口蔫均要求实行严格的管理制度，在暴风雨中航行或 通过狭窄航道时，重要的水密门和舱口羔…律关闭。 为 员；ｆ｝＿确学樨舟见艇的不沉性和 确女 理破损惰 兄．存 剐ｌ （）Ｉ’ｄｌｌｌｌｎｔ＇ｔ＂Ｋｉｉｏｌ￣ｈ＇ｄｇｅ 舰艇建成后，造船部门ｉ不会为接舟见部队提供 系列有关 艇不 沉性的技术保障资料，包括折沉标板 、战用不沉十牛表、舱事参 考表、载有典 惰 和处置预案的舰艇抗沉表以及下沉性和破 损稳忖计算书等。存此幂础』一，各种水而舰艇均制定了严格的 防沉规章制度和终常十牛的损管训｝缚， 史上各 １海军多次化险 为夷的自救行动证明，人的主观能动性也是舰艇不沉性的重要 组成部分。 知识园地 耗的优点，又能突出燃气轮机单机功率高、全速航行油耗低的 与蒸汽轮机类似，只是用原子裂变所产生的热能代替了高压锅 特点，兼顾了续航和加速性能，特别是在此基础上发展而来的 柴电燃联合动力装置，电机的加入使整套动力系统的运转效率 更高，航行经济性上表现更为优异。而燃一燃联合动力装置和 柴一柴联合动力装置的应用比较局限，前者主要侧重于提高舰 艇加速性能，后者则主要用于护卫舰及小型驱逐舰。综合来 炉制造高温高压蒸汽。由于核反应堆寿命长、自然循环能力 高，相较于上文提到的常规动力装置，核动力装置最突出的特 ◎ 双燃 点就是续航能力强，常规动力补给一次燃料，一般能够运行几 个月，而核动力补给一次燃料则能够连续运行几十年。美国海 军现役的“尼米兹”级航母上装备的Ａ４Ｗ反应堆，可以连续工 作２５年，而即将服役的“福特”级航母上装备的ＡＩＢ反应堆据 机燃 并联 联动 动三 力种 装方 看，柴一燃联合动力装置是未来水面舰艇常规动力装置的主要 选择。 称寿命高达５０年，基本上保证了舰艇服役期间不用更换堆芯， 理论上具备了无限续航能力，能够支撑舰艇在海上长期作战。 新的能源：从源头改良 为了保证水面舰艇在任务海域 “待得更久”，世界各国都在不遗余力地研究提高主机运转效率 置武 结 构 图 单纯从动力的角度分析，限制核动力水面舰艇续航力的因素主 要是相关机械设备的持续工作时间。 另外，由于核动力装置技术难度大、危险性高，提高核反应 的技术，然而有限的燃料携带量决定了即使拥有ｌ００％的能量 转化效率，水面舰艇的续航能力仍然受限于舰体本身的容量， 要使有限的燃料具有无限的能量输出，必须采用新的动力供应 原理，于是就出现了以核动力为代表的舰用新能源动力装置。 核动力装置是以核反应堆为能源的动力装置，其工作原理 可 果 用 柴 堆及相关设施的安全性和可靠性也是保证舰艇续航能力的重 要措施。据统计，截止到２０１２年，世界各国海军核动力舰艇发 生严重事故ｌ３６起，其中沉没事故１３起。显然，如果不能保证 燃 联 动力装置的稳定运行，核动力装置甚至就是一颗定时核弹。 除了成熟的核动力外，世界各国还在探索更加经济并比传 柴 一／ 和 一 动 联 一一 ／ 统燃料更加高效的舰用动力能源。例如美国海军打造的“大绿 舰队”，采用回收加工的地沟油、海藻油等废弃的生物燃料作为 主要能源，在近期进行的相关试验中，不仅试验舰艇跑出了高 航速，而且续航能力较传统燃料提升了２５％，是未来常规动力 水面舰艇能源的发展趋势。 推进方式：决定效率的第二因素提升水面舰艇的续航能 力是一个系统工程，这里面不仅包括持续的能源供应和高效的 能量转换，还有能量传递效率，毕竟直接推动舰艇前进的不是 高温高压的气体，而是螺旋桨。因此，如何将发动机所产生的 动能尽量完整无损地传递给推进器，也是水面舰艇“待得久”的 圆水面舰艇动力系统基本结构图 不难发现．续航力不仅与主 机能耗有关，而且与传动系统的能量损失率也有密切关系 基础之一。 目前，大多数水面舰艇均采用机械传动系统，即发动机直 接通过减速齿轮箱与螺旋桨推进器连结，通过齿轮箱的变速实 现对螺旋桨推进器的控制。这种方式结构原理简单、成本低， 但机械结构的先天不足决定了这种传动系统在控制精度上存 在一定缺陷，并且能量传输损耗大，维护频次也高。针对这种 情况，英国率先在其４５型驱逐舰上应用了电推进系统，这种推 进系统取消了机械传动系统复杂的传动轴和相关零部件，通过 电机带动螺旋桨推进器。 从提升舰艇续航能力的角度来看，与机械传动系统相比， 电推进系统优势明显。一方面，能量传递损耗较低。由于采用 电能的方式进行能量传递，在电缆上的损耗要远低于机械传动 轴。另一方面，控制精度和效率更高。由于采用了电位控制螺 旋桨的方式，使得能够在全速范围内实现无级调速，不仅操纵 更精确，而且效率更高。另外，电推进系统能够根据动力需求 控制推进电机功率，这样，发动机不必与螺旋桨同步同频运转， 使得采用燃气轮机作为发动机的水面舰艇在低速航行时能够 获得更好的燃油经济性，这对于拥有广阔应用前景的燃气轮机 来说无疑是“重大利好”。据美国海军计算，９ ０００吨级的导弹 驱逐舰若采用全电力推进，在３Ｏ年的服役期内将比采用机械 ＼＼ ◎单螺旋桨电力推进系统结构图。相较于传统机械传动系统 电推系统控制更精确，能量传递率更高（黄色部分为变速箱 蓝色部分为驱动电机．灰色部分为变压器） 推进方式的同型舰艇节省ｌ６％以上的燃料，这也意味着续航里 程会相应提升１６％以上。显然，电推进系统将是水面舰艇推进 系统的发展趋势，从目前的应用来看，这种趋势确定无疑。 ［编辑／山水】 Ｊ 兵器知识２０ｌ６年１２期 ８ｌ