要说我国的主要水下核反击力量,当数6艘094/094A型弹道导弹核潜艇,其中094A加大了龟背,装备了12枚射程达12000-14000公里的巨浪3潜射弹道导弹,这使得094A即使在我国沿海港口发射导弹,也能覆盖美国全境,要知道上海到华盛顿的直线距离也才12000公里。更难得的是,094A采用了泵喷射推进系统,静音水平一举超过了号称“大洋黑洞”的基洛级潜艇。
094A型核潜艇
泵喷式推进系统已经是目前世界先进核潜艇的主流设计了,像美国的“海狼”级、“弗吉尼亚”级,英国的“特拉法尔加”级、“机敏”级、“前卫”级。法国的“凯旋”级,甚至俄罗斯从第4艘“北风之神”级核潜艇开始也都采用了泵喷推进系统。
“海狼”级核潜艇
要了解这个泵喷射推进系统,还要从潜艇的噪音来源说起。水动力噪声、机械噪声和空泡噪声被称为潜艇的三大噪声,机械噪声比较好理解,就是主轴、循环泵、减速齿轮旋转时发出的噪音。水动力噪声是不规则或起伏的水流流过运动着的潜艇产生的噪音。空泡指的是螺旋桨高速旋转时,背部会形成一个低压吸力面,当此处压力低于海水的饱和蒸气压时,就会产生大量气泡,即空泡。饱和蒸汽压指的是,不同温度下,阻止水沸腾的压强是不同的,这个压强就是饱和蒸气压,也就是说,除了高温能让水沸腾外,低压也可以使水沸腾,产生空泡,而空泡破裂时产生的噪音就是空泡噪声。
显而易见,空泡噪声是螺旋桨引起的,为了抑制空泡噪声,出现了七叶大侧斜螺旋桨,但七叶大侧斜螺旋桨只能延迟空泡的产生,并不能彻底消除空泡。因此,采用七叶大侧斜螺旋桨的潜艇,噪声降到一定程度就很难再压低了,如我国从俄罗斯引进的“基洛”级潜艇,虽然号称“大洋黑洞”,但七叶大侧斜螺旋桨也只能将其噪音水平压低到118分贝左右。
七叶大侧斜螺旋桨
在这种情况下,泵喷射推进系统就应运而生了,泵喷射推进系统取消了螺旋桨,从而基本上解决了空泡噪音的问题。在泵喷射推进系统中,螺旋桨演化为导管内的转子叶片,还加了用来理顺紊流的定子叶片,由主机驱动转子对流入导管的海水做功,使其向后高速喷出,靠反作用力产生推力。泵喷推进器的转子直径远远小于传统的螺旋桨,可有效推迟空泡的形成时间,导管可以对转子的空泡噪音起到屏蔽和吸收的作用,因此,泵喷射推进基本消除了传统螺旋桨的空泡噪音。不严谨的说,泵喷射推进系统就是给小型化了的螺旋桨加了一个有隔音整流效果的罩子。另外,泵喷射推进系统还有效抑制了水流拍击螺旋桨引起的震动噪音。
但泵喷推进系统的研制难度很大,其导管、定子和转子之间,以及泵喷射推进器本身与艇体之间,都存在复杂的相互作用,且与传统的螺旋桨相比,泵喷射推进系统结构复杂、重量大、制造费用高,因此,只有美英法俄中,即安理会的5个常任理事国研制成功并装备了泵喷射推进系统。
由于几乎完全消除了螺旋桨带来的空泡和震动噪音,装备泵喷射推进系统的潜艇在低速航行时,噪声比采用大倾斜七叶螺旋桨的潜艇低出15个分贝,即能达到100分贝左右。如英国“前卫”级核潜艇的静音水平达到了105分贝,美国“海狼”级更是号称达到了95分贝,这已经非常接近90分贝的海洋背景噪声了,而传统的被动拖曳线阵列声呐依赖潜艇本身发出的合作信号,已经很难可靠探测这样的超静音潜艇了,因此,我国主力军舰普遍装备了主被动拖曳线阵列声呐。
但094A乃至美英法俄核潜艇的泵喷射系统仍然是有轴泵喷射推进系统,即它们还是要用传动轴传导的动力来驱动导管内的转子,传动轴一头连着主机,一头连着螺旋桨,还有庞大的减速齿轮箱。因此,有轴泵喷射推进系统只是极大减小了螺旋桨的空泡噪音和震动噪音,并未减小机械噪声。只有我国采用新一代无轴泵喷推进系统的095/096型核潜艇才能做到在消除螺旋桨噪音的同时抑制机械噪声。
无轴泵喷系统取消了传动轴
但对094A来说,问题在于它是在采用有轴泵喷推进系统的核潜艇中龟背最大的那个,这就存在一个疑问,094A因龟背导致的水动力噪声会不会把有轴泵喷的降噪效果“吃掉”呢?
其实,这种担心是多余的,因为在一般情况下,水动力噪声并不是潜艇的主要噪声源,它往往被机械噪声和螺旋桨噪声所掩盖。但也有倒外的情况,那就是在某些特殊情况下龟背会与水流产生共振,进而成为主要噪声来源。为此,094A特别对围壳和龟背这两个突出物进行了优化,取消了围壳上的舷窗,同时对围壳、龟背与艇体交界处的部分进行了修形,便其更加平滑。
实际上,对于094A来说,机械噪声早已超过水动力噪声和螺旋桨噪声,成为其主要噪声来源了。对于采用螺旋桨的传统潜艇来说,螺旋桨的空泡噪声是中高速时的主要噪声源,现在有轴泵喷射推进系统几乎消除了空泡噪声。因此,在中高速状态,机械噪声也就取代空泡噪声,成了主要的噪声源,这就导致“海狼”级、“机敏”级这类采用有轴泵喷推进系统的核潜艇的超静音状态航速都在15节以下。这是因为在15节以上,核潜艇的机械噪声会急剧增大,进而“吃掉”有轴泵喷的降噪效果。这样一来,相比机械噪声,094A因龟背形成的水动力噪声就显得微不足道了。
况且,弹道导弹核潜艇在战备巡航时为了保持隐蔽性通常速度非常慢,一般在8-14节左右,甚至在特殊情况下只有4至6节,在这个速度下,094A因存在龟背导致的水动力噪声大的缺点就表现得不明显了。因此,在15节以下的中低速状态,094A的静音水平并不比同样采用有轴泵喷的“前卫”级、“凯旋”级和“北风之神”级差。这正是今年3月,094A型核潜艇突破第一岛链,突然出现在关岛以东800公里处的原因。至于15节以上的静音水平,因为机械噪声的覆盖,大家都半斤八两,真都达到高速状态,就是“海狼”级和“弗吉尼亚”级,静音水平也不会比094A高多少。
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