元級常規潛艇

中國海軍最新“元”級常規潛艇

概述

元級常規潛艇是中國自主研製的第三代常規動力潛艇，集成了較多新技術並裝配了AIP混合動力系統，使中國潛艇第一次達到了世界最新常規潛艇水平。而元級潛艇的批量生產也表明中國潛艇工業已開始成熟，這也將使未來中國潛艇在靜音性方面會得到更快的彌補。

研製背景

中國目前的常規潛艇主力為039型艇，其設計時間始於上世紀80年代中期，設計要求也體現了上世紀80年代中後期的技術特點。比如在動力形式上依然使用了柴油機、蓄電池、推進電機組成的常規動力形式，線上型上也採用了上世紀7、80年代流行的過渡型艇型。但隨著時間的推移，國際新一代常規潛艇在動力形式上開始向AIP混合動力方向發展，線上型與總體布局上也開始撇棄水下航行性能一般的過渡型艇型，而紛紛採用水滴型、雪茄型等水下航行性能好的先進線型。與此相比，039型常規潛艇就有了較明顯的差距。

039型常規潛艇的過渡型艇型

為了扭轉這種局面，並讓中國潛艇趕超世界先進水平。海軍秉持小步快跑，多型號少數量的發展原則，在批量生產039型常規潛艇以滿足海軍裝備需要的同時，研發部門也開始了第三代元級新型潛艇的研究工作。由於有了第二代039型常規潛艇的研發經驗，加上自90年代後，中國國防費用投入增大，國內各科研院所經費充足，研發能力提高，元級新型艇的研發過程顯得非常順利。其研發時間之短、設計要求之高、使用的新技術之多，都遠遠超過了第二代039型艇。這讓元級潛艇自設計之初，就已經站到了世界先進常規潛艇的水平線上，也宣告中國自此擁有了設計製造世界先進水平常規潛艇的能力。 總體結構 線性特點與艇外布局

元級新艇放棄了第二代常規潛艇039上使用的過渡型艇型，採用目前國際先進常規潛艇所普遍使用的水滴線型。元級艇艏部圓鈍，舯部為軸對稱的圓柱體，尾部為迴轉體錐尾，並採用了單軸單槳推進形式和十字型尾操作面結構。相對於039型艇的過渡線型，元級艇的水下航行阻力更小，快速性更好。

“元”級圍殼正面投影為梯形

其圓鈍狀的首部不僅降低了新型艇水下航行時的型狀阻力，改善了潛艇的快速性。較大的艏部空間，也為布置大體積的聲吶探測基陣，提供了良好的條件。
艇舯部呈軸對稱的圓柱狀結構很好的保證了線型的光順度，其艇表突出物很少，水下航行摩擦阻力小，快速性好。
在尾部布局上，元級依然採用了成熟的迴轉體錐尾和十字舵布局，並結合單軸單槳推進形式，保證了元級艇良好的推進效率，為螺旋槳提供了均勻的伴流場，解決了以往老式潛艇採用的多軸多槳水面線型尾，帶來的斜流與不均勻流場導致的螺旋槳振動過大，螺旋槳噪音較高的問題。
元級圍殼正面投影為梯形，與日本的親、蒼龍、英國的凱旋等新型艇圍殼造型相似。其高度與039型艇圍殼相比較低矮，正橫面積不大較為瘦窄。圍殼的位置也更接近艇艏部，這些設計形式都與目前世界先進潛艇圍殼設計形式的潮流較為符合。元級低矮的圍殼高度和較小的正橫面積有效減小了圍殼體積，對於潛艇來說附體阻力占據總艇體阻力的15%，為主要阻力成分。而圍殼是艇體上最大的附體結構，較小的圍殼體積能夠降低其附體阻力值與摩擦阻力值，這對改善元級艇的水下快速性意義重大。同時圍殼也是潛艇上聲反射強度最高區域，減小了圍殼的濕表面積，也相當程度的改善了整艇的聲隱蔽性。
元級艇的圍殼位置更靠近艇艏部，這讓圍殼舵的舵效更高，垂直面機動能力更好。

“元”級艇的圍殼位置更靠近艇艏部

根據美國的研究，圍殼位置接近艏部對於改善潛艇水下迴轉性能有利，所以美國攻擊核潛艇自688洛杉磯級開始，圍殼位置越來越向艏部靠近，元級艇也緊跟這一世界潮流，顯示了中國在潛艇線型研究方面，緊跟世界先進設計步伐的決心與能力。039的圍殼因為其設計成熟度差，後期雖然經過批次改進有所改善，但也造成了圍殼面積過大等一系列問題。元級新型圍殼的出現，徹底扭轉了中國在常規潛艇圍殼線型設計上的滯後局面，也說明中國在潛艇總體線型設計上已經趨於成熟。
總的來說，元級由於線上型設計上的較大突破，使其在水下快速性、機動性、聲隱蔽性都得到很大程度的提高。其線形性能已經與世界先進常規潛艇的線型處於同一水平線上，這是中國潛艇設計人員通過多年努力獲得的成果，意義重大。
消聲瓦固定工藝

左邊為039型艇，右邊為“元”級艇

中國在039型常規潛艇上，史無前例得使用了整艇敷設消聲瓦的措施，大大改善了039型艇的靜音水平。不過039型艇以固定螺栓作為緊固消聲瓦的工裝物，而固定螺栓一般以金屬材料為主，其尾部又通常以焊接形式硬性與潛艇殼體連線，所以固定螺栓也成了消聲瓦上的聲泄露通道。039型艇的固定螺栓較大，其表面雖然用特殊塗料加以填充，但是由固定螺栓導致的噪聲外泄還是難以避免。相比較元級艇採用的固定螺栓就非常小，不仔細觀察甚至難以發現有工裝物的存在，如此細小的固定螺栓對於降低工裝物聲泄露的問題有非常大的幫助，而整艇工裝物聲泄露值的降低，對於元級艇的靜音性能的提高也會有很好的幫助。
在消聲瓦粘合工藝上，元級艇的粘合工藝也大大改進，與039型艇上消聲瓦間較大的粘合縫隙相比，

元級的消聲瓦之間貼合縫隙非常小

元艇的消聲瓦敷設工藝非常好，瓦與瓦之間的結合度緊密，粘結縫隙非常細小，整個敷設消聲瓦的艇表，光潔度很高。跟日本的親、蒼龍級潛艇相比，元級艇的消聲瓦敷設工藝更出色，光順性也更好。這對元級潛艇來說，不僅能更好的提高消聲瓦的工作性能，也會改善艇表面的光順度，降低艇表粗糙度附加值，進一步降低整艇的摩擦阻力，提高潛艇的水下快速性。
聲納系統

“元”級艇艏部圓鈍

039型艇因為採用過渡型艇型，其首部為直立艏柱的過渡型艏，艏部在安排了六具魚雷發射管後，上下用於安置聲吶基陣的空間已不大。元級艇的水滴線型艏部圓鈍，艏部空間充裕，艇艏上部用於布置六具魚雷發射管後，艇艏下部還有較大空間安置聲吶基陣。因此元級艇在艏部可以布置體積大、發射功率高、空間增益好、工作頻率低、探測距離更遠的新型綜合聲吶，大大提高了元級艇的搜尋與跟蹤距離。
元級艇在舷側還布置了新型舷側測距聲吶，通過布置在兩舷平行於艏尾線上的各三組

“元”級艇體的舷側噪音測距聲吶

換能器陣，利用噪聲信號到達各換能器組的相位差，元級即可快速計算出目標的距離信息。這避免了以前中國沒有裝備舷側測距聲吶的老式潛艇，通過整艇機動數個陣位才能計算目標距離的情況。減少了中國潛艇攻擊目標時用於探測、計算目標方位的時間，有效提高了中國常規潛艇的快速反應、快速打擊能力。
AIP混合動力系統

中船711所通過努力已經實現了斯特林熱氣機的國產化，根據最近幾年公開的信息表明，該所研製的國產化斯特林熱氣機已經裝艇實用，並於2003年左右進行了相關實艇實裝測試工作。而從各科研院所與官方透露的信息來看，元級艇已經裝備了711所生產的國產型斯特林熱氣機，其性能應該與瑞典哥特蘭級裝備的V4-275R系列熱氣機相接近。

瑞典的V4-275R熱氣機

瑞典生產的單台V4-275R熱氣機的持續功率為65千瓦，最高輸出功率達到75千瓦。哥特蘭級在裝備了兩台熱氣機後，除了能保證該艇水下航行時照明、艇上電子設備等75到85千瓦耗電之需，剩餘功率還能使該艇以4-6節的經濟航速在水下連續航行2周。元級艇噸位較哥特蘭級更大，其相對充裕的空間也具備了布置更多台熱氣機的能力，相應的擴充液氧儲存裝置的容量後，即可獲得比哥特蘭級更優秀的水下續航力，這對元級艇來說，意義是非凡的。
以往中國常規潛艇如035艇，在水下航行依靠蓄電池供電。即使以4節左右的經濟航速航行，其水下最大續航力也只能達到300海里左右。一旦蓄電池電量告罄，必須升起通氣管進行長時間的充電。當通氣管升出水面後潛艇爆露率就急劇增高，美日裝備的P3C反潛巡邏機使用的水面搜尋雷達，能在50公里外就探測到常規潛艇的通氣管。不僅如此，柴油發電機工作時通過通氣管輻射的噪聲，以及通氣管尾跡流在海面造成的紅外、磁場、溫度異變等，都很容易被現代發達的反潛探測技術偵察到。因此，面對東北亞地區美國與日本強大的反潛體系，中國常規潛艇的生存力與持續作戰能力並不容樂觀。元級艇在裝備了熱氣機AIP動力後，限制中國常規潛艇水下連續作戰的瓶頸被打破。潛在對手國家其通過設定300-600海里的連續巡邏反潛線和探測通氣管暴露特徵來發現中國常規潛艇的戰術徹底失效。元級艇通過水下2周左右的連續靜音巡航，突破潛在敵對國家反潛封鎖線的成功率也大大提升，其作戰水域、攻擊區域都有成倍的增長。這讓中國常規潛艇部隊的作戰效能出現質的飛躍，並顯著提高中國潛艇部隊在戰時，對潛在敵對國家進行破交、偵察、布雷等作戰行動的有效性。美國花費每年2500餘萬美元租用哥特蘭號進行反潛訓練的動作，其直接證明了中國裝備AIP潛艇後對其造成的巨大壓力。這對和平時期加強中國海軍潛艇部隊的威懾力，遏制潛在敵對國家蠻狠干涉我台海地區事務，提高中國國防安全都有積極意義。 評價

元級新型潛艇自2005年首次露面至今，已陸續有一批潛艇開始服役。其短暫的研發時間，較快的批量裝備速度，都表明中國潛艇研發能力已經趨於成熟，配套製造體系也已完備。元級潛艇使用的水滴線型、先進的國產化AIP系統，讓中國常規潛艇的性能，第一次達到了世界最新常規潛艇水平。通過對元級潛艇的研發，也培了養一批年輕的設計人才，豐富了潛艇設計單位的研發經驗，為其研製作戰力更強、水下續航力更久、綜合性能更先進的新一代常規潛艇打下了良好的基礎，同時加速的發展的中國潛艇工業也能更快地彌補中國與世界最新潛艇科技的差距。