战略导弹核潜艇的性能应是怎样的水平?什么样

2022-02-02 13:53 点击:253 编辑:邮轮网

▲法国DCNS公布的战略核潜艇SSBN与航母、飞机、坦克等的建造工时和零部件数量对比

朋友,你这问题有点大,“什么样子的战略核潜艇才是最厉害”的这个问题涉及的范围实在是太广了。一型核潜艇是否先进,要涉及到降噪措施、声呐系统、潜射导弹系统、作战控制系统、核反应堆及推进装置等方方面面,大到“潜射导弹的射程”,小到“一片消声瓦敷设工艺”都深刻的影响着核潜艇的性能指标。另外,基础学科的造诣、专业学科的建设和发展、设计手段、建造材料、制造工艺及设备、经验及数据的积累、试验及测试水平也对最终研制出的潜艇影响颇深,而以上这些内容的任何一小点,恐怕都不是一篇文章能说全的。因此,本文只能挑几点大概说说,就当是抛砖引玉吧。

▲北风之神级战略核潜艇“尤里·戈尔多鲁基”号(K535)

进入正文之前,先说明一些,目前网上关于各国现役和在研核潜艇的性能数据,比如非常关键的“噪声水平”大多都是推测值亦或者从国外网站、文章中引用的,大概看看了解一下没问题,但要是有谁信誓旦旦的告诉你“某某核潜艇噪声90dB”,那么你就可以一笑而过了,谁要是能说出这种真实数据,怕是你也永远不会在网上见到他了。所以本文如果出现一些核潜艇数据,那也都是引用的(仅供参考,不代表真实情况),冷战时期苏联某型洲际弹道导弹的精度,西方推测是CEP 250-320米,苏联自己公布的数据是CEP 1000米,所以关于战略武器的性能数据,是高估和还是低估,就靠各位自行甄别了。

▲建造中的“北风之神”级战略核潜艇

先谈谈战略核潜艇的壳体材料很多人对潜艇耐压壳用钢的强度有着“迷之执着”,随便一条“屈强2000MPa的高强钢研制成功,大潜深潜艇技术终突破”这样的地摊文章,基本都能引来一片高潮。然而事实上,实验室搞出的材料究竟多久能进入实用化、工程化,这是个未知数;事物都有两面性,那么超高强度又牺牲了钢材的哪些性能呢,最起码在工程上非常重要的“易加工性、可焊接性”是必然被牺牲了。所以那些超高强度钢与核潜艇壳体之间基本没什么关系。

▲潜艇壳体换装肋骨焊接

潜艇耐压壳用的高强度钢与民品结构件用的高强钢相比,在保持强度的同时还要更重视韧性,除了一般的冲击试验以外,还要利用落锤试验或爆炸试验来检测其止裂性能。潜艇耐压壳是一种大拘束度的结构,高强度钢在使用中也可能会出现焊接接头的延迟裂纹。所以别说用什么2000MPa的超高强度钢了,美国核潜艇用钢从HY100发展到HY130,也只是把屈服强度从690MPa级提高到890MPa级,这中间经历的挫折和时间消耗可是不少。美国的“海狼”级攻击型核潜艇首艇“海狼”号一开始就确定使用新开发的HY130钢,但是在建造过程中出现了焊接裂缝被迫中止,改用回HY100钢。后来经过不断的试验、测试、试用“在深潜器NR-1上试验性使用积累经验,改进钢材含碳量控制,研制新型配套焊接材料、提高焊接工艺”,最终在“弗吉尼亚”级核潜艇上实现HY130钢的工程化使用,所以可见材料的研制、使用不是实试验时出个数据就成功了那么简单。

▲核潜艇壳体对接前的打磨

在新型潜艇壳体用钢实用之前,还要对焊材及工艺进行研究,美国方面在HY130和现有焊材实现合格焊接之前,使用0-20%低匹配强度焊缝工艺,利用爆炸裂缝源和鼓胀试验的方法检验方案的可行性。HY100也好、HY130也罢,这些材料在潜艇上不仅用于壳体制造,还需要配套开展配套铸锻件的研究,这些高强度钢在生产铸锻件时,存在“铸件易产生氢扩散裂纹;热处理方法引起的硬度过高、韧性降低;铸锻件焊接时需要预热处理使成本大幅增加”等问题。为此,相关研发和制造企业又要开展“匀热处理、数学模型分析、实时监测以解决氢致裂问题;调整铸锻件化学成分和热处理工艺以降低或取消焊接预热”等制造工艺和手段方面的研究,根据美军的估算,仅仅通过工艺改进取消预热工序,每年仅军用舰艇制造业就可节省超过200万美元的预热费,这也就是技术进步引起的性能提高和成本降低。

▲美国潜艇用高强钢化学成分(参考)

关于潜艇制造的材料、焊接工艺方面先说这么多(实在是九牛一毛),总之如果一个国家的高强度高韧性钢材研制,焊材研发、焊接方法和焊接工艺的水平都比较高,而且机加工设备的精度和卷制能力也比较强。那么就可以生产出潜深更大、直径更大的潜艇艇身。

再说说核潜艇的反应堆什么样的核潜艇反应堆是先进的?从目前的的艇用堆发展趋势来看,“尽量减小体积质量的情况下增大功率、艇堆同寿、自然循环、向一体化布置发展”等诸多趋同技术特征。美国的“弗吉尼亚”级攻击核潜艇所使用的 S9G 型分散布置核反应堆的寿命达到了 33 年,基本实现“与艇同寿”,正在研制的“哥伦比亚”级战略核潜艇的反应堆寿命将超过40年;英国新型核潜艇使用的 PWR-2型压水堆的堆芯工作寿命为 25 年,服役期内可不用更换核燃料;法国 “梭鱼”级核潜艇采用 K15 一体化压水反应堆,反应堆堆芯寿命也达到了 25 年。

▲巴西在研核潜艇反应堆结构示意

除了反应堆堆芯寿命以外,反应堆热功率越来越高也是趋势之一。比如美国的 S9G 型反应堆热功率达到200MW。“此前使用的 S6G 型反应堆热功率为 160 MW;;英国PWR-2型压水堆单堆功率比PWR-1型高40%;俄罗斯第4 代反应堆单堆功率达到190 MW,是2代反应堆的2 倍。

▲各型反应堆的性能和换料周期

先说这么多吧,关于核潜艇性能的影响因素还有很多,比如其武力关键“潜射弹道导弹及其发射控制系统”也很重要,这里面包括弹头小型化,弹体在高载荷、远射程的情况下的小型化;轻量化水平;潜射弹的大深度、变深度发射技术;制导及精度;多枚弹齐射能力等。比如推进系统的轴系加工、安装精度、螺旋桨的加工亦或者泵推系统的开发;比如潜艇电气化、自动化水平和磁性号、声信号的抑制等。

▲战略核潜艇潜射弹道导弹与艇体结构示意

总之,关于核潜艇需要说的内容太多,核潜艇本身也是世界上建造难度最大的海上平台,所以究竟什么样的战略核潜艇是最厉害的,很难清楚、说透彻,或许你可以从“哥伦比亚”级核潜艇的预定技战术指标着手,也可以先研究一番“北风之神”级。

▲法国凯旋级战略核潜艇

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