论文部分内容阅读
无轴推进技术
无轴推进是五项关键技术之一,在Tango Bravo计划期间将遵照降低潜艇成本和减小艇体主尺度的目标对其进行深入研究。海军希望研制出一种高效推进装置,其噪声将至少与“弗吉尼亚”级相当, 而成本低40%。当推进装置的重量降低时,功率也会随之减小,这个难题尚需解决。新型潜艇将要采用的无轴推进技术可减少潜艇总布置的复杂性,降低成本。美国海军水下技术部负责人史蒂芬·约翰逊少将指出,潜艇的鱼雷舱和发射管连同艇艉的推进系统总共占据整艘潜艇艇体长度的50%~70%,如能克服那些设计约束条件,设计和建造出来的潜艇也许会与现在的潜艇完全不同。
综合性机构公告中提及的无轴推进技术,指的是无需穿透潜艇耐压艇体的任何推进系统。备选方案包括分布式泵喷推进技术和三种电机驱动技术:内部驱动电机、轮缘驱动电机和轮毂驱动电机。尽管有传闻说国防部正在向海军施加压力,要求发展常规动力潜艇技术,但史蒂芬·约翰逊说:“所有关于Tango Bravo的研究工作都是建立在核动力基础之上的。”
据史蒂芬·约翰逊所说,由于目前现有的喷水技术“效率损失极大”,所以采用电机驱动似乎更加有利。因此,设计人员正在研究如何减小喷水推进系统的尺寸并使它具备足够大的功率。“大多数工程师认为,当前还不能做到在保持安静性的同时, 解决功率损失问题”,但是他又补充道:“我们仍然对喷水推进技术充满兴趣。”
无轴推进装置概念应体现足够的强度、可靠性、可维修性以及较长的工作寿命,并满足下述性能指标。
——在实尺寸模型条件下预测其推力数值并且用适当比例模型进行验证。某些方面的论证需要在1/4比例模型条件下进行。目标是整个推力系数至少应该等于0.76。
——对于无轴推进装置发出的噪声级别和电磁信号强度进行预测,并在适当比例模型条件下对其进行论证,目标是与“弗吉尼亚”级相当。
——降低无轴推进系统概念的成本。其目标是推进装置以及整艘潜艇的建造成本仅为“弗吉尼亚”级的60%。
海军少将史蒂芬·约翰逊解释说,无论选择何种推进方式,“用实尺寸模型进行技术论证都是极其昂贵的”。因此,“关键在于要建造出实尺寸推进系统,以便使我们能够了解那些技术的潜在性能”。
目前,通用动力公司电船分公司和DRS技术公司分别获得了630万美元和490万美元的第一阶段拨款,共同开发和论证无轴推进技术。无轴推进技术的开发和论证工作将分为三个阶段。
第一阶段为期12个月,主要是利用计算机建模和仿真手段对无轴推进装置的性能进行预测。此外,还应建立一个成本估算模式,以便确定推进装置的成本及其对整艘潜艇成本所产生的影响。在第一阶段结束时,将进行设计评估,以便决定该设计是否值得进一步投资。
第二阶段为期18个月,主要验证无轴推进系统所需的各项技术,以便对其性能特征进行论证,以期满足既定的性能指标。在这一阶段,将要对推进装置的设计及其成本估算模式进行修正,以便如实反映各项技术论证的结果。
最后一个阶段主要是对推进系统的比例模型进行论证,将对系统开展试验,以便确定其流体动力特性。还将测定整个系统/各零部件的噪声级别和电磁信号强度。利用计算机模型预测出实尺寸模型的信号强度和流体动力特性,计算整个推进系统的成本,确定该系统成本是否仅为“弗吉尼亚”级的60%。这一阶段也将持续18个月。
外部武器存储与发射
Tango Bravo计划的另一项关键技术是研究在潜艇外部存储和发射武器的可能性。通用动力公司电船分公司和诺斯罗普·格鲁曼公司也分别获得了950万美元和1 040万美元经费,用于开发和论证外部武器发射系统。外部武器存储和发射技术亦可减小耐压艇体尺寸,大幅度地降低新型潜艇的造价。
外部武器发射系统概念指的是在保持与“弗吉尼亚”级同等程度的水下高航速和试验深度的情况下,能够在潜艇的耐压艇体外部存储、控制和发射没有密封外壳保护的Mk48鱼雷。另外,外部武器存储及发射系统将要从针对单一类型武器概念扩展到对多种武器的存储和发射。这种概念着眼于武器存储空间尺寸、抗冲击性能、发射准备及发射过程中的噪声、电子监测与反馈、点火控制、发射安全性、可靠性以及后勤保障等。初步设计方案的重点是保证能在与“弗吉尼亚”级相当的航速和潜深下完成武器发射。
美国海军官员们说,由于艇内用于储存武器的巨大空间被转移到了艇外,新型潜艇尺寸更小、造价更低。史蒂芬·约翰逊说,该系统包括一些密封技术和具有隐身性能的存储系统技术。另外,美国海军也打算对通用浮力发射系统开展调研,但由于资金不足尚未开展。
新型艇壳式声呐基阵的开发和论证工作将分为两个阶段进行。
第一阶段的重点是适应艇体形状的艇壳式声呐系统的施工设计。该设计必须满足上述具体要求。在这一阶段将对各组成部件如传感器、信号处理器进行试验,此外还要开发一个实尺寸系统的成本估算模式。
第二阶段将建造一个局部的实尺寸声呐基阵模型并在潜艇预定运动环境下进行试验。在第二阶段将要确定声束的频率覆盖范围和声孔径,制造声呐基阵的实尺寸模型以便对其性能评估做出预测。此外,还要对实尺寸系统的成本估算模式进行修正以检验基阵实尺模型的效果。这一阶段将持续2年。
潜艇结构简洁化
目前,通用动力公司电船分公司已经获得了一份460万美元的拨款,用于论证第一阶段的艇体、机械和电子结构简洁化概念。重点是简化艇上系统,降低艇上液压、气动和机械控制的复杂性,潜艇控制面(包括艏艉操纵面)由电力驱动代替原来的液压和机械驱动。最大的变化是,艇上的消防与安全设备和潜艇操纵系统等不再采用液压传动机械,尽可能代之以自动化的电子操作控制系统,并将其与模块化建造技术、维护保养以及总布置兼容起来,从根本上降低潜艇结构的建造成本。在综合性机构公告中确定下来的是可收放式艏水平舵系统的新设计/新方案。Tango Bravo计划正在明确考虑开发一种至少可用于控制艏水平舵系统的电气或其它类型的新型传动装置的可行性。国防高级计划研究局将致力于用简化了的系统代替艇上装备的液压、气动和机械控制系统,在“弗吉尼亚”级鱼雷舱中已大量运用的电子传动装置就是显著降低了系统复杂性的一个例子。对“弗吉尼亚”级的其它系统如应急浸水控制系统提出的先进方案,将考虑它们是否能显著降低潜艇结构成本。
减少人数的自动化指挥中心
Tango Bravo计划的最后一项关键技术是设计出一种自动作战指挥中心,以进一步减少艇员人数。在“弗吉尼亚”级上,作战指挥中心和声呐战位这两个部门总共需要17名值班军官和艇员,是艇上值班人数最多的岗位。而理想状态是仅需8名以下的值班官兵。新的自动作战指挥系统将能取代目前“弗吉尼亚”级上的声呐、火控和战术技术性能显示系统,其前提是在输入系统(声呐基阵、光学和通信系统)方面不做重大改变。该项论证的目标是,自动作战指挥中心可以完成“弗吉尼亚”级的全部作战功能,但是所需的艇员人数少于“弗吉尼亚”级上的50%。
对于Tango Bravo计划,美国海军各个部门表示了欢迎。只要能提高战斗力,艇员们将乐于接受任何减小潜艇排水量的新技术。相对排水量来说,潜艇艇员们更看重的是潜艇的速度、下潜深度和武备。目前,美国正对Tango Bravo计划中的五项关键技术开展深入研究,实施期限是2008年9月。