發展背景
隨著軍事信息技術、精確制導技術的迅猛發展以及遠距離對艦攻擊武器的出現,各種作戰平台對艦船的探測、跟蹤、攻擊能力越來越強,艦船的生存能力日益受到嚴重威脅。因此,發展和套用隱身技術,成為提高艦船生存力的重要手段。隱身是用於描述“減少目標特徵信號”的一個專用術語,現代艦船隱身技術以雷達、紅外、聲學隱身為主要研究方向。艦船的振動和噪聲不僅干擾船員的工作和生活,而且易被敵方探測從而受到攻擊。對潛艇而言,安靜型潛艇更加隱蔽,不易受到聲制導武器的攻擊,而且可以更有效地發揮聲吶的作用,及時發現敵方艦船。
如果艦艇水下噪聲降低10dB, 則敵方探測發現本艇的距離可縮短32%;而如果聲吶平台區自噪聲降低5dB,本艇探測距離可增加60%,探測目標的海區面積為原面積的3倍。因此聲學隱身是艦船隱身的一個重要方向,減振和消聲是提高艦船戰鬥力、降低戰損的有力措施。
水聲隱身性能對戰技術性能有重要影響的艦船種類依次為:潛艇、反潛型水面艦船、獵和掃雷艦艇及測量船。
技術的目的
艦艇聲隱身技術的最終目的是為了降低敵方的水聲探測設備對我方艦艇的發現機率和探測距離,降低敵方聲感應水雷和聲自導魚雷的攻擊力,同時也提高了我方艦艇的水聲設備對敵方的發現機率、探測距離和我方的打擊能力。從廣義上說,水聲對抗也能降低敵方水聲設備的發現機率和探測距離,降低敵方水中兵器的攻擊力,也是一種聲隱身技術。艦艇的聲隱身技術隨著水聲設備和水中兵器性能的不斷提高而進入了全面深入的發展階段。
潛艇的聲隱身對潛艇的水下隱蔽性有特殊的重要意義,並因此取得了巨大的進步。目前美、俄兩國90年代以來的一些潛艇已達到了安靜型潛艇的水平(120~130分貝),其中美國的更低些。
技術發展
噪聲源
艦船聲隱身技術就是通過控制艦船的聲頻特性來降低敵方系統的探測距離和精度。對艦船來說,噪聲源主要是機械噪聲、螺旋槳噪聲、水動力噪聲等。
機械噪聲是由主機、主電機、減速齒輪裝置及發電機、泵、空壓機等輔機運轉時產生的機械噪聲,通過基座傳遞到船體,再經船體振動傳到海水中。
螺旋槳噪聲由三部分組成。一是螺旋槳的推、扭力噪聲,這是螺旋槳旋轉時葉片與流體相互作用產生的帶有周期性的噪聲,航速較低時這種推、扭力噪聲不大,但是當航速較高或螺旋槳盤面的來流不均勻時,噪聲將大大增強。螺旋槳的這部分噪聲為低頻噪聲;二是螺旋槳達到臨界轉速後產生的空泡噪聲;三是螺旋槳引起艦殼共振產生的噪聲。水動力噪聲是艦艇與海流的相對運動而產生的噪聲。這種噪聲主要是水流輻射噪聲,空腔、板和附體的共振產生的噪聲。
隱身技術
實現聲隱身的手段主要有2個方面:一是降低噪聲源的噪聲強度;二是控制噪聲的傳遞過程。主要方法有以下幾種:
(1)低噪聲技術
包括電力推進、噴水推進、磁流體推進、多葉大側斜槳、低噪聲船體外型等。例如,俄羅斯的“基洛”級常規潛艇採用水滴型艇體,封閉流水孔,儘量減少突出部位(如圍欄是活動式的,靠碼頭時裝上,出海時取下);美國則採取單殼體核潛艇。如美國的“三又戟”級飛彈核潛艇、“洛杉磯”級攻擊型潛艇。法國的“寶石”級攻擊型潛艇採用無主泵的自然循環水堆和電力推進,從而消除主泵和減速齒輪箱的噪聲。
(2)隔振技術
包括雙層隔振、浮筏隔振、減震器減振和艙室懸浮等措施。國內外對艦船設備的振動隔離已進行了大量的研究,國內自20世紀80年代開始開展了雙層隔振系統的理論和試驗研究,自90年代開始進行浮筏隔振系統研究。
(3)吸振和阻振技術
在艦船減振降噪工程中,除對主要噪聲源和振源進行治理外,傳播途徑的治理亦很重要。艦船的管路系統多,包括水管、風管、油管、氣管等,振動可通過這些管路傳向全船。管路系統減振降噪最簡單有效的方法是管路外壁、馬腳(卡箍)、管路基座等部位貼敷阻尼材料。投入使用的有管系隔振墊和管系阻尼帶,後者主要用於管路包覆。
(4)消聲瓦、吸聲塗層和有源消聲等
為了減輕船舶的振動和噪聲,一方面要採取阻尼、隔振、吸聲、隔聲的系統設計和結構設計,另一方面要採用減振和消聲材料。蘇聯潛艇對於艇體的特定區域或特定頻段套用不同的消聲瓦,而且針對性的敷設去耦瓦、阻尼瓦或消聲器。