214級常規潛艇

214級常規潛艇

214級潛艇是德國在暢銷全球的209級潛艇基礎上設計出來的新一代潛艇,該潛艇繼承了德國霍瓦茲德意志船廠生產出來的潛艇的所有優點,同時還吸取了多年來在建造209級潛艇過程中積累的經驗和教訓,目前已經出口多國。

基本信息

概述

德國是世界上最早使用潛艇的國家之一,在世界潛艇發展史中占有重要的地位,其U型潛艇在兩次世界大戰中戰功顯赫、聞名於世。二十世紀末,德國霍瓦茲船廠(Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH)採用209型潛艇的設計理念,融合了212A型潛艇的革新AIP技術,開發研製了出口型214型潛艇

基本參數

尺度:長65米,寬6.3米,吃水6米
排水量: 水上1700噸,水下1980噸
潛深:超過400米
航速:12節(水上)/ 20節(水下)
動力裝置: 裝備2台MTUl6V396柴油機主機,其功率為8486馬力(6.24兆瓦),此外,還裝備1台西門子電機,採用單軸單螺鏇槳推進。
武器: 8具533毫米首魚雷發射管,可發射STN阿特拉斯魚雷和反艦飛彈,魚雷與反艦飛彈裝載總數為16枚。裝備的ISUS90型綜合作戰系統。
編制:27人
自持力:50天

研發背景

德國潛艇發展

第二次世界大戰結束前,德國開創性地在德國XⅪ型潛艇上採用流線形艇體和使用水下通氣管,首次實現了潛艇水下航速超過水麵航速,使潛艇在潛望深度即可使用柴油機航行,大大提高了潛艇的隱蔽性,成為潛艇發展史上的一個里程碑。二戰後,由於國際公約限制德國潛艇的噸位,以及考慮到本國潛艇主要在波羅的海活動等情況,德國開始了發展緊湊型潛艇之路。由德國設計的各種類型的常規潛艇在不少國家海軍服役。上世紀60年代後,國際社會對德國建造潛艇的噸位有所放寬,其潛艇噸位逐漸增大,相繼研製建造了11艘德國205型潛艇(水下排水量450噸),18艘德國206型潛艇(600噸),為挪威皇家海軍建造了15艘德國207型潛艇(485噸),先後為12個國家建造或是通過轉讓建造許可證在其他國家建造了約61艘德國209型潛艇。由於緊跟時代步伐,採用同時代先進技術,價格適宜,從上世紀70年代初到現在,209型潛艇在國際潛艇市場上深受歡迎,出口至13個國家,售出超過70艘。
上世紀末90年代,德國又開發出技術更先進的212/212A型潛艇,這是德國1990年在209-1200型潛艇的基礎上,加裝燃料電池系統,換裝性能更先進的聲吶、潛望鏡以及武器系統而研製出的世界上第一型裝備燃料電池的德國AIP潛艇。後來,德國海軍根據義大利海軍的要求對212型潛艇的設計進行了改進,增大了下潛深度,採用改進的外部通信設備和性能更優的逃生設備,稱作212A型潛艇,是目前德國的主力潛艇。

214型潛艇的誕生

209型潛艇在國際軍火市場上極為成功,但畢竟是設計與上世紀60年代末,技術上已經相對比較落後,而且服役時間長,各國也陸續對其進行退役處理。為了彌補市場的空缺,德國老牌造船廠霍瓦茲船廠(HDW)在212/212A型潛艇的基礎上,採用209型潛艇的設計理念,融合了德國212A型潛艇的革新AIP技術,開發出專門用於出口的212A型簡化版潛艇,即214型潛艇。小排水量、卓越的隱身性能以及較高的有效負載,由於提高了潛艇外殼的剛體的強度,使得其下潛深度使達到400米。因此,214型潛艇能在淺海和深海滿足當今各種作戰需求。

設計建造理念


從研製212A型潛艇時開始,德國不再按傳統觀念將平台和負載分開,在設計之初就將船體建造、機械設備和感測器、武器系統作為一體考慮。新的設計理念一方面來自於對現代海戰的分析,一方面來自盟國潛艇部隊的經驗和情報。214型潛艇將武器、感測器和其他技術融為一個系統。系統通過高性能數據匯流排將感測器(如聲吶、潛望鏡、光電桅桿)獲得的數據、從武器系統(魚雷和發射裝置)獲得的有效信息,以及通過通信、導航系統獲得的信息融入指揮和武器控制系統的中心計算機工作站。指揮和武器控制系統是潛艇的核心,收集所有數據,評估敵我態勢,並創建作戰的先後次序。 214型潛艇被設計成可執行包括從近海作戰到遠洋巡邏等多種任務,裝備現代化、模組化武器系統,並與感測器融合在一起,加上AIP系統,使214型潛艇具備以下能力:反艦和反潛作戰;執行監視、偵察任務;秘密布雷和收集情報;參加特遣部隊,完成訓練和作戰任務。 214型潛艇在設計過程中注意方案的靈活多樣,根據艇用設施和作戰性能的側重點不同,有20餘款改進型設計方案。這樣不僅可以滿足訂貨方對潛艇性能和建造工期的要求,也保證了不同型號的武器系統順利裝備在潛艇上,從而達到高效武器和造價最佳化的有機結合。 另外在設計建造過程中,214型潛艇對人機環境給予了格外重視,配備了供30名艇員居住的標準艙室,每個艇員都有自己的固定床位。艇員居住艙室的後面是位於潛艇中部的指揮與作戰情報中心,中心內設定了聲吶顯示屏、武器發射及潛艇操控工作檯,中心與艇員住艙之間設定了耐壓艙壁。尾部沒有布置艇員艙室,在那裡實行無人操作,主要布置了推進和操縱設備。

技術特點

提高隱蔽性

潛艇最大的優勢在於它的隱蔽性,214型潛艇通過在總體、動力、設備等方面精心研製,獲得了一個安靜的作戰平台。 耐壓艇體由HY80和HYl00低磁鋼建造,強度高、彈性好,下潛深度大於400米,不易被敵方磁探測器發現。艇體進行光順設計,儘量減少表面開口,開口採用擋板結構以便儘可能地減小海水流動噪聲。光順的外形及塗敷在艇體外表面的聲波吸附材料對大幅度降低水下目標強度發揮了很大作用,減少了被敵人探測到的幾率,增加了自身的聲吶探測距離。 潛艇採用模組化設計,所有的模組、管系和電纜都裝在彈性基座上。裝備大側斜低噪聲螺鏇槳,採用重量、尺寸合適的葉片確保將螺鏇槳激振降至最低,並儘可能避免在不同工況下產生空泡現象。由於採用了先進的設計建造技術使潛艇聲、熱、磁特徵降至最低。 德國從212型潛艇開始採用混合推進裝置。該裝置由柴油發電機、推進電池/燃料電池系統和推進電機組成。德國的西門子公司在20世紀70年代開始了潛艇用質子交換膜燃料電池的研製工作。到1993年,西門子公司成功研製了功率為34千瓦的質子交換膜燃料電池單元,並將其裝備在212型潛艇上。經過多年努力,西門子公司又研製出功率更大的新型質子交換膜燃料電池,使每個燃料電池單元的功率達到120千瓦。而214型潛艇正是裝備了2組新型質子交換膜燃料電池單元,可輸出240千瓦的電力。由於提高了AIP性能,214型潛艇水下活動時間可達3周以上,大大提高了潛航能力,降低了暴露率。 燃料電池的基本原理是利用電化學的方式把反應物質的化學能直接轉換成電能,其使用的燃料是氫氣,主要來源於液態氫、金屬儲氫或者甲醇重整等。氧化劑則是儲存在低溫容器中的液氧。214型潛艇燃料電池系統的核心部分是新型質子交換膜燃料電池單元,它包含固態聚合電解質,引導氫離子到陰極與氧發生反應。燃料電池整齊排列在一個密閉壓力裝置里,形成一個完整的艙室。質子交換膜燃料電池在低溫下(小於80℃)以大約65%的效率工作。 氫存儲在由霍瓦茲船廠研製的金屬氫化物圓桶中,放置在潛艇的耐壓艇體外。格線狀的金屬氫化物可以吸收氫分子,通過加熱釋放出氫氣。氧氣以液態方式安放在耐壓艇體內的儲氧罐里,並與蒸發器、其他相關設備和安全裝置一起安裝在1個密閉壓力容器里。 由氫、氧組成的燃料電池系統發電後,通過直流/交流轉換器驅動推進電機,保證潛艇低速長時間運行。燃料電池在不產生噪聲和燃燒的情況下,將化學能轉化為電能,並可以在水下向蓄電池充電。它惟一的副產品是蒸餾水,基本不向艇外排放廢物,因此對海水的熱輻射強度得到了有效的控制,尾流特徵小,可以做到在水下的超安靜航行。 212A型潛艇的推進電機是可倒轉永磁同步勵磁電機(西門子PERMASYN電機),而214型潛艇選用的是第2代的PERMASYN電機。PERMASYN電機比傳統的直流電機小很多,在很小的轉速下可獲得同樣的轉矩,這樣可以採用低轉速推進器,達到理想的水動力噪聲指標,並提高了效率。當調整航速時,不會產生瞬時的轉換噪聲,並可以在整個航速範圍內連續調節電機轉矩。低滲漏、高抗振性和較低的維護保養費用使PERMASYN電機成為為214型潛艇量身定做的一款推進電機。 當214型潛艇以2~6節航速進行水下巡邏時,燃料電池系統能使其在水下連續航行3個多星期。在通氣管狀態以6節速度航行時,燃油儲備可使其具有12000海里續航力及12個星期的海上續航時間。

綜合作戰系統

214型潛艇上裝備了ISUS90型綜合作戰系統,該系統的核心是指揮和武器控制系統。它接收並分析所有輸入信息,然後自動啟動戰鬥程式。
向指揮和武器控制系統提供信息的感測器和系統包括: 綜合聲吶系統 裝備阿特拉斯公司的STN聲吶系統,包括:探測目標距離和方位的主動聲吶;由DBQS聲吶水聽器組成的中頻圓柱狀被動聲吶基陣;FAS-3型中低頻舷側陣被動探測聲吶;偵聽測距聲吶。214型潛艇可選裝TAS-3型拖曳陣用於低頻和超低頻的被動探測,該基陣可通過布置在艇體外尾部的絞車進行布放和回收。該艇也可裝備阿特拉斯公司的MOA3070 STN型避雷聲吶,這是一種經過最佳化設計的探測/獵雷系統,同時可以提供近距離導航數據。
水面感測器 包括1個裝備彩色高解析度電荷耦合元件照相機、熱成像感測器和GPS設備的光電桅桿,1個帶有雷射測距儀和綜合電子支援措施(ESM)/GPS設備的光學潛望鏡,低截獲機率雷達系統,以及電子支援天線。 導航系統 包括導航工作檯,慣導系統,導航計算機,導航感測器,GPS。 通信系統 包括外通系統,內通系統,可升降通信桅桿,雷達敵我識別系統,無線發報系統,緊急通信系統和浮力天線。 綜合指揮和武器控制系統 該系統具有以下功能:航跡管理,目標運動分析,戰術態勢顯示,控制和制導魚雷,以及支援飛彈發射。 武器系統 包括艇首8具自航式魚雷發射管可發射各型魚雷,其中的3、4、5、6號發射管可發射潛射“魚叉”飛彈。8具發射管呈L型鏡像排列,這種配置的優點在於為兩側留出了寶貴的空間用於安裝配電板、控制臺或其他設備。另外艇內可放置8具備用魚雷或飛彈,這樣1艘潛艇的標準配置是16件武器(魚雷或飛彈)。魚雷(或飛彈)可通過最上面的2個發射管裝入艇內。希臘海軍計畫在214型潛艇上裝備由義大利白頭阿萊尼亞水下系統公司(WASS)與法國艦艇建造局(DCN)聯合研製的“黑鯊”重型魚雷。該型魚雷使用主被動聲自導頭,該自導頭具有較遠的探測距離和優良的目標分類能力,並可使用線導,採用氧化銀/鋁電池驅動可正反轉的安靜型電動機,最高航速超過50節,航程50千米,適合在深水和淺水水域使用。 214型潛艇裝備的綜合反魚雷系統不僅可以進行自我保護,還可以對聯合作戰的水面艦艇提供保護。214型潛艇擅長利用具有自動魚雷報警功能的反魚雷系統攻擊來襲魚雷。貨櫃式綜合對策反應器是綜合反魚雷系統的重要組成部分,這是一個快速反應、多功效的反魚雷軟殺傷系統。它通過實施與威脅相適應的干擾和欺騙手段,對現代化的輕型魚雷,以及線導和聲自導重型魚雷進行有效的欺騙。該系統一直處於值班狀態,做好回響各種警報的準備。潛艇的聲吶系統將探測到的威脅和警告信息連續提供給該系統。系統中的干擾器能發出比潛艇反射回聲噪聲高得多的噪聲信號,這個噪聲信號掩護了潛艇,中斷了潛艇與來襲魚雷的信號聯絡。系統中移動信號模擬器能模擬出與本艇相似的信號,通過它的運動和發出假目標信號使敵人的魚雷脫靶。系統主要由控制單元、裝在潛艇上層建築里的懸掛裝置、帶10個發射管的發射容器,以及固定的干擾器和移動目標模擬器組成。 214型潛艇使用現代化裝備和高性能AIP系統,具有良好的隱蔽性。採用模組化設計建造技術,將武器系統、感測器和潛艇平台緊密結合成為一體,適合完成各種使命任務,基本代表了目前常規動力潛艇的技術發展水平。

裝備AIP系統

214型潛艇使用現代化裝備和高性能AIP系統,具有良好的隱蔽性。採用模組化設計建造技術,將武器系統、感測器和潛艇平台緊密結合成為一體,適合完成各種使命任務,基本代表了目前常規動力潛艇的技術發展水平。
AIP的英文原文是air independent propulsion,就是不依賴空氣推進,指潛艇在水下不依賴外界的空氣也能提供推進動力和其他動力的能源系統。為什麼要在常規動力潛艇上加裝這樣一個裝置?這就要從常規動力潛艇的特點說起。常規柴電動力潛艇在水面航行時使用柴油機,水下航行則使用蓄電池,而艇上安裝的蓄電池容量有限,潛航一段時間後便不得不上浮至通氣管狀態,利用柴油機為蓄電池充電。由於二戰後反潛技術的迅速發展,反潛兵力使用的高靈敏度探測設備可以在相當遠的距離上探測到潛艇升出水面的通氣管,進而對潛艇迅速定位並向潛艇發起有效的遠程攻擊。 從這個意義上來說,潛艇只要把通氣管裝置升出水面,被敵人發現只是個時間問題。眾所周知,良好的隱蔽性能是潛艇相對於水面艦艇的巨大戰術優勢,而頻頻地上浮充電恰恰導致潛艇的暴露率大大增加,無論是攻擊的突然性還是自身的生存能力都受到很大影響。所以,有限的水下續航力成為常規動力潛艇一個重要的缺陷。核動力的運用雖然解決了這一難題,使潛艇獲得了幾乎是無限的水下續航力,但對很多國家來說,製造核動力潛艇存在著難以逾越的障礙。首先是技術,目前世界真正能夠自主研發核動力潛艇的國家只有五個:美俄英法中;其次是資金,一艘現代化核潛艇造價驚人,平均單價13-23億美元,戰鬥使用和維修保養費用也很較高,這絕非是一般國家所能承受的。而且在作戰方面,常規動力潛艇比之核潛艇也有其獨特的優勢,它更適合在近海、淺海作戰,這正是絕大部分國家潛艇的主要作戰任務。 怎么才能在不使用核動力的前提下,解決潛艇續航力不足的問題呢?為此,各國都做了長期的探索和努力,從上個世紀90年代中期開始,各種AIP動力裝置的研製紛紛獲得成功,並開始進入實用階段。由於AIP動力裝置不需要氧氣即可正常運行,所以裝上潛艇後能夠顯著提高潛艇的水下續航力,使其在水下潛伏的時間提高到2-3周,大幅降低了潛艇在巡航中的暴露率。 這樣,一直以來影響常規動力潛艇作戰效能的瓶頸終於獲得解決。有人形象地把裝備了AIP系統的常規潛艇比喻為“綠色核潛艇”,意思是它既有堪比核潛艇的大巡航力,又沒有核潛艇的潛在危險和高成本。 目前,國外常規潛艇的AIP系統主要分為兩大類:熱機系統和電化學系統。其中熱機AIP系統主要包括閉式循環柴油機、斯特林發動機、閉式循環汽輪機;電化學AIP系統主要是聚合物電解質膜燃料電池。這四種技術都已經比較成熟,進入了實用階段。

服役狀況

希臘

2000年2月,希臘政府與德國簽訂了購買4艘214型潛艇的契約,成為購買214型潛艇的第一個買家,即希臘的“帕帕尼科利斯"級(Papanikolis級)。由霍瓦茲船廠建造首制艇,在希臘船廠生產後續3艘潛艇。 目前,首艘Papanikolis號已經於2010年11月2日交付希臘海軍。
2001年1月16日霍瓦茲船廠開始建造第1艘214型潛艇,2004年4月22日對首制艇命名,預計2O05年9月30日交付首艇。214型潛艇總長約65米,高約13米,耐壓艇體直徑約6.3米,水面排水量約1700噸,水下排水量1980噸,編制27人。

韓國

另外,韓國國防部於2000年11月正式宣布決定斥資11億美元從德國購買3艘裝備AIP系統的214級潛艇。根據韓德兩國之間的契約安排,韓國訂購的3艘214級AIP潛艇由德國HDW公司提供部分部件及技術轉讓,全部在現代重工尉山造船廠組裝和建造,3艘潛艇分別在2007、2008和2009年正式服役。韓國將其命名為"孫元一"級(KSS-2型)。
2008年12月,韓國與德國HDW船廠和MarineForce國際公司(MFI)簽訂了訂購6艘214型潛艇的契約。這是韓國訂購的第二批潛艇。在研究了國家韓國船廠的訂購後,DAPA選擇了大宇船廠來建造第二批潛艇的首艇。第二艘艇的訂貨契約預計將於2009年夏季完成。所有六艘潛艇都將裝備以燃料電池為基礎的不依賴於空氣的推進系統。
韓國海軍的第二批214級潛艇是在首批三艘潛艇設計的基礎上進行開發的。新型潛艇幾乎與首批潛艇的設計相同,首批潛艇於2000年訂購。所有三艘都在現代重工集團建造。首批的兩艘艇已經分別於2007年和2008年交付韓國海軍。契約進一步奠定了蒂森`克虜伯集團在世界非核潛艇市場上的地位。

土耳其

2009年7月2日,德國蒂森克虜伯集團的HDW公司與MarineForce國際公司(MFI)簽訂契約,共同保障土耳其海軍6艘214型潛艇的所需材料設備的交付。
這6艘潛艇將採用不依賴空氣推進(AIP)系統,該系統主要基於HDW公司的燃料電池技術。潛艇將由土耳其伊茲米特附近的格爾居克海軍造船廠(GNSY)建造,該船廠目前已為土耳其海軍建造了11艘209型潛艇。

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