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战略核潜艇发展分歧

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龟背问题

龟背的目的很简单,就是又想装很长的导弹又想控制潜艇吨位,但这一想法却越来越没人采用。

东:先说说不用龟背行不行。如果装很长的导弹,又想把潜艇排水量降至最低,极端做法是把导弹发射井直接伸出耐压壳几米,远看就如潜艇上背着两排烟囱,这样做将导致巨大的湍流噪声,完全不可取,因此必须加导流罩把突出的导弹包络起来。那么如果不用龟背,就要把耐压壳的直径做得很大,以使导弹井突出耐压壳的部分很小,从而使导弹井上方的整流罩较低来达到潜艇线形平顺。

耐压壳直径做大要受一个国家加工能力限制。圆形的耐压壳是滚板机滚出来的。如果工业上没这个能力,理论上,用一段段弧状耐压壳壳板拼装也能做出来,但这样对焊接工艺要求严格。要每个焊缝密实,没有焊接缺陷,才能保证焊缝强度和实钢板一样,实际上很难做到,目前各国也没有这么做的。这种拼装大直径耐压壳的做法必然导致工时增加,工资成本增加,而且对每个焊缝的检验要花很多仪器设备。先要做焊接试件的强度试验。比如整艘潜艇沿长度分10个壳圈分段,每个壳圈分段沿圆环又分成5个弧状小段,那么每个小段都要进行焊接试验,就需5倍工作量。另外每个小段拼装成本很高,对接时要保证5个弧状小段组成的壳圈的真圆度。而如果是一体化的耐压壳,滚压机(滚板机)一般是上下各一个圆滚,比较容易保证壳圈的真圆度。所以,受加工能力限制,用拼装方法生产大直径耐压壳会导致工期拖长,比如原定两年一艘艇,很可能拖到三年四年,这是军事环境不允许的,战争期间的应急建造更不允许。

如果生产不了大直径耐压壳,又想装很长的导弹,就只能在现有的耐压壳上面加很高的非耐压整流罩。但为避免龟背的形成,可以把整流罩上部延长至全艇,也就是没有突出部分了,但这会导致潜艇吨位猛增,整流罩里全是水,成为“台风”级那样的“运水艇”。这样降低航速不说,也会引起额外的噪声。因为整流罩里有多少水就得配置多少排水孔。比如DⅣ级,其整流罩侧面设了众多排水孔,航行时整流罩里的水会在窗口处与外界海水发生横向流动,这会导致流体噪声。虽然有龟背的潜艇都会有这个问题,但存在水多水少的问题。如果把龟背拉平了(高度不变),整流罩就大了很多,里面的水量就远远增加,窗口内外水流横向流动噪声会大很多。

如果导弹上方的整流罩不用现在的开放式非耐压结构,而搞成高强度耐压结构,里面完全中空封闭,既减轻了重量,提高了航速,又避免了横向流动噪声问题,是否可行?

东:不太可行。首先,潜艇的上层建筑出现很大体量的中空,潜艇重心会降低,对操控性不利。另外这种做法在加工上很困难。如DⅣ级,导弹整流罩的上表面与侧表面是比较直的折线过渡,由于是轻外壳,容易加工。如果弄成与耐压壳强度一样的整流罩,钢板厚度会在七八厘米以上,如果加工成近似直角的状态,钢板内侧受压力外侧受拉力,很容易断裂,所以不可行。

上面说了安装大导弹而不用龟背的两种情况,问题都很突出。下面说采用龟背带来的问题。龟背会导致航速降低,但最根本的是流体噪声的增加。如DⅣ级,导弹整流罩前部与潜艇结合处几乎没做过渡。还有些采用龟背的战略核潜艇,整流罩前部做了很长的斜坡过渡,但这都无法消除流体噪声。真正能消除噪声的流线形,是指潜艇的外部曲线数学上连续可导,而这些艇的整流罩前后部斜坡过渡处都会形成拐点,都会形成噪声。

有些观点认为战略核潜艇主要是低速巡航,流体噪声影响不大。并非如此。战略核潜艇航渡阶段需要高速自不必说,在战备巡逻时速度也要15-16节而非8-10节,这个速度下流体噪声还是比较突出的。

苏联在80年代搞D级时,当时的水声探测技术使D级的龟背流体噪声问题还不突出。但在今天的西北太平洋反潜体系面前,再采用龟背就成为严重问题。

上述矛盾都是由装很长的导弹引起的,而导弹长度完全是为了射程。那么能否降低导弹长度但增加直径来保证导弹射程?战略核潜艇在高度上受限制,但在宽度和长度上还是有一定冗余度。

闻:这个理论上说行得通,但还要解决很多技术问题。对于液体导弹来讲,其燃烧过程中燃料舱会逐渐出现空间,液体燃料会出现晃动而导致弹体振动乃至共振。导弹直径越大,这种振动问题就越突出。对固体导弹来讲,不存在此问题,但固体燃料有的是做成星状的,导弹直径大到一定程度,燃烧压力就不够均匀了,生产时也麻烦。

导弹变矮后,质心下降,与尾喷口距离变近,对导弹调整姿态不利。发动机的微调需非常精确才行,否则容易造成导弹翻滚。

此外,各国战略核潜艇回码头检修时,导弹要连同内筒吊装出来,因为在艇上有些项目无法测试检修。比如要想对艇内的导弹推进剂的化学状态进行检测,就无法取样。另外有些电路接口在导弹侧面,在艇内发射筒中无法测试,因此需要在码头上吊出。固体潜射导弹在岸上库房存放时一般是平放,药柱长时间存放会出现变形或脱胶现象,需要定时吊起来换方向再平躺着存放。固体导弹如果增大直径,就会加剧这种药柱变形情况。还有,潜射导弹都是提前一二十年订货,不可能需要补充时现生产,都要有部分备份。也就是说服役的潜射导弹一般要多于服役的所有战略核潜艇的导弹井总数,那么这些备份导弹平时都在库房平放,都会有药柱变形问题。

有的战略导弹设计成把第2级发动机喷管埋到第1级里,这样能缩短长度。

闻:这种做法会增大设计、加工、检修的难度。有的设计虽行得通,但做出来难,即使做出来也不适于大规模生产。

导弹发射筒内盖自裂式硬凸膜由于向上突出,因此能给导弹长度再增加半米多空间。这种技术相对于扁平密封膜的研制难度在哪里?

闻:自裂式硬凸膜不算高技术,导弹因此而增加的这点长度对射程也没什么帮助。

如果各方面技术实在达不到,能否通过减少装载弹头数量即减少导弹负载来使较低矮的潜射导弹达到远射程?

闻:“三叉戟”导弹就是通过改变弹头的排列方式,把弹头环绕在末助推发动机周围来缩短导弹长度。

目前战略导弹上核弹头的形状都是细圆锥状,是否还能变矮一些?