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德国212级常规潜艇的结构是怎样的?

2019-08-09 05:20   来源:未知   作者:admin

  德国海军对212级潜艇提出了如下设计要求:两套混合动力系统,即燃料电池系统与柴-电动力系统同时配备。配备燃料电池AIP系统后,水下续航力比一般柴电潜艇的续航力至少提高4倍以上。装备燃料电池AIP系统后,水下最大航速不低于6节。燃料电池AIP系统的主要设备均安装在长度不超过6.5米的分段中。潜艇的作战性能保持不变。潜艇的总航程保持不变。212A级均达到这些要求。

  212A级潜艇的艇型是长宽比最佳的水滴形线型。首部略向下沉,使被动声呐基阵有良好的工作环境。尾部呈尖锥形。艇体中部偏前部位有一小型指挥台围壳,围壳具有良好的流线型,其上装有水平舵。尾操纵面为X型。

  德国常规潜艇按传统长期采用单壳体结构型式。但212A级潜艇则一反常规,采用了双壳体结构。耐压体由前后两个直径不同的圆筒组成。圆筒之间采用加厚板制成的耐压锥体连接,耐压壳体前后两端均采用模压球形封头。前段直径较大,其底部与非耐压壳体合二为一,壳体内设双层铺板;后段直径较小,只设一层铺板。耐压壳体用高强度低磁不锈钢制造,壳体内未设高强度耐压隔壁。

  212A级潜艇按照用途可划分为4个舱室:I舱是居住舱与武器舱;Ⅱ舱是指挥舱;Ⅲ舱是燃料电池舱;Ⅳ舱是动力舱。除了动力舱外,其余各舱均分三层布置。

  I舱上层是艇员住舱;中层前部布置有6具鱼雷发射管,后部左舷为备用鱼雷存放区,右舷为住室,厨房和餐厅;下层为蓄电池室,其前方布置有纵倾平衡水舱。

  Ⅱ舱上层是操纵控制和作战指挥中心;中层前部布置有各类电子仪器室,后部为艇务操纵设备;下层布置有贮存室、液舱和其他设备。

  Ⅲ舱位于耐压圆锥分段内。氢氧贮存柜布置在动力舱外的甲板下面,氢贮存柜布置在动力舱外下部的舷间。燃料电池系统的主要设备亦分3层布置。

  Ⅳ舱上层前部安装有柴油发电机组及其配套的辅助设备,这部分设备装在一个无需人操纵的专用密封舱内。后部安装推进电机及其相应的附属设备;下层布置有燃油舱、淡水舱、纵倾平衡水舱等多种液舱。

  该级艇的首部非水密空间比较大,被动声呐的圆柱形声呐基阵布置在底部;探雷声呐基阵布置在顶部。艇的尾部布置有轴系、螺旋桨及尾舵操纵杆等设备。指挥台围壳内布置有攻击潜望镜、搜索潜望镜、通气管装置、雷达天线、鞭状天线桅杆等升降装置,还有侦察声呐基阵和拖曳线列声呐的收放装置等。压载水舱分别布置在舷间、首部和尾部。

  212A级潜艇的动力装置是由燃料电池动力系统和柴-电动力系统组成的混合动力系统。燃料电池动力系统由9组固态聚合物燃料电池、14吨液氧贮存柜和1.7吨气态氢贮存柜等三部分组成。燃料电池装置本身由热交换器、排出泵、冷却水泵、催化剂罐、燃料电池电子设备、开关板、斩波器、逆变器、冷却水箱和废水箱等设备组成。

  该系统的工作原理是,将氢燃料和氧化物放到特殊燃烧室内进行电化学反应,直接转换成电能,输出的直流电直接驱动电动机,电动机带动桨轴,推进潜艇航行。该系统无需发电机及变压器、电能转换率达60%。

  212A级潜艇采用的聚四氟乙烯燃料电池的输出功率为每组34千瓦,总功率306千瓦。

  柴电动力系统由柴油发电机组、蓄电池组和配电设备组成。柴油机是德国MTU公司生产的1台16V396型废气增压高速柴油机,功率3120千瓦,转速2000转/分。发电机是带串联整流器的无电刷交流永磁同步电机;推进电机为低转速直流电动机,额定功率2850千瓦,最高转速200转/分。

  212A级潜艇安装有新型的潜艇集中操纵控制系统。该系统由计算机、总线、传感器、指令装置、显控台和控制板组成。将船、机、舵的操纵控制综合为一体,由1人在中央控制台操纵,可控制潜艇的深度、航向、航速、纵倾和补重等参数与状态,操纵控制过程完全自动化。

  212A级潜艇装备的声呐系统主要有,DBQS-40声呐系统,包括一个中频探测柱面阵、一套TAS-3型拖曳线中低频舷侧阵;主动高频探雷使用MOA3070声呐;艇上还装有被动测距声呐和侦听声呐。探雷避雷声呐系统是一部高分辨率的主动声呐,它能对水雷进行精确定位,保证潜艇避开水雷安全航行。本艇的噪声监测控制系统的水听器布置在艇的各个重点部位,它能随时监测该处的噪声。

  主要电子设备包括1台雷达侦察仪,1台FL1800U型电子对抗仪。雷达侦察仪的天线安装在潜望镜上,随其一同升降。导航系统主要有1007型导航雷达,攻击潜望镜、搜索潜望镜、卫星导航定位系统,无线电综合导航系统:电罗经、计程仪和测深测冰仪等。通信系统包括高频单边带电台、超高频和甚高频收发信机、高频接收机、中、低频接收机和水声通信机等。艇上还安装有可伸缩的棒状天线,主要用于收发信号。

  212A级潜艇首部装有6具533毫米鱼雷发射管,发射装置采用水压式,发射深度与该级艇的下潜深度一致。既可采用液压方式发射,又可采用自航方式发射。装载的鱼雷是前联邦德国研制的DM2A4重型鱼雷,终究不是梦。彩霸王百荷傅书备雷12枚。该型鱼雷是由STU型与SST-4型鱼雷改型后重新设计的。鱼雷的动力装置是大功率热动力推进系统,还装有新研制的智能化电子系统和改进的声学系统与引信系统。

  艇上备有自动化鱼雷快速装填装置。该级艇能携载24枚水雷,这些水雷布置在位于非耐压壳体内两侧的两个特制的玻璃钢水雷输送布放装置内。布雷是通过水雷投掷器进行的,由艇内操纵,可在浅海区有效地执行布雷使命。

  该级艇装有MS1-90U型火控系统,该系统可实现对多批目标运动要素解算和两批目标的攻击,并具有模拟训练功能。它还能对武器系统实行集中控制和管理。

  212A级潜艇船体外形平滑光顺,流体性能极佳,不仅阻力小,机动性好,在给定的功率下能获得高航速和好的操纵性,而且湿表面积小,可减少被主动声呐探测时的反射面积,从而增加了潜艇的隐身性。

  前联邦德国潜艇以往通常采用单壳结构形式,但212A级潜艇进行了新的尝试,采用双壳体结构。

  艇体采用高强度低磁不锈钢,结构之间焊接工艺高超。由于结构布局合理,艇体材料性能先进,所以该级艇的结构具有较好的抗冲击能力。

  为了降低212A级潜艇的目标特征,设计时采取了一系列行之有效的措施。在降低本艇噪声方面,主要采取了以下措施:

  除了采用流体噪声极小的最佳流线型艇体外,在外壳几乎未设突出附体,甚至艇体与指挥台围壳上的开孔也减少到最少。对于指挥台围壳大切口、升降装置开口、主压载水舱进排水口、鱼雷发射管出口等较大的开孔,都装设了活动盖板。因盖板能自动启闭,并采取无缝连接,故使开孔处的涡流噪声降低。

  尾部装有性能先进的大侧斜低噪声7叶螺旋桨,使潜艇的三大噪声源之一的螺旋桨噪声大幅度下降。

  艇上的所有机械设备都经过严格的降噪设计。为了减少振动机械和结构向艇外传递振动能量,所有的设备均安装在高效能的弹性减振基座上。与艇体相连的所有系统的管路都采用局部挠性连接。

  对另一主要噪声源(动力系统噪声源)进行了重点设计,将主辅机集中布置在密封的动力室内,采用整体“浮筏”技术进行专门减振降噪。仅此一项措施,就使结构噪声降低了40分贝,传递力减少了97%以上,大大地增加了潜艇的安静性。

  在减小本艇的反射强度方面,采取了多项措施,如:在外壳体与升降装置外表面涂敷了新型的吸收声波和雷达波等特种涂料,使敌方声呐与雷达的探测距离明显缩小;除了外壳体采用低磁钢材料外,在艇上安装了可靠的高性能消磁系统,它能随时监测本艇的磁场强度,并发现磁异常现象,可及时为本艇消磁,从而能缩减敌方磁探测器和磁引信武器的作用距离。

  212A级潜艇安装了燃料电池动力系统后,相对向海水辐射的热能很少,因此,其红外特征很小。该系统基本不向艇外排放废物,尾流特征亦很小;其声信号特征比柴·电推进装置的声信号低些,燃料电池动力系统能超安静运行。

  212A级潜艇的燃料电池动力系统用于水下长时间巡航,水下续航力成倍增长;柴-电动力系统用于该艇作战时高速航行。该级艇使用的燃料电池尺寸小、无腐蚀、功率密度大,使用寿命长。单靠燃料电池航行时,航速可达8节。当以4.5节航速潜航时,该电池还可提供11千瓦的生活用电。同时续航力可达1250海里。潜航时间达278小时。

  柴电动力系统的发电机重量轻、体积小、功率高。推进电机配备有性能良好的无级调速装置,可任意调节该艇的航速。仅使用柴-电动力系统的蓄电池组供电时,水下最大航速达21节,续航力提高8%,以4.5节巡航速度航行时,续航力只提高3%,表明这种改进的蓄电池组最适用于大电流放电。

  上述两种动力系统既可单独使用,又可联合使用,并能相互补充。同时工作时,使潜艇的水下持续航行时间增加到364小时以上,续航力达到1638海里,比209级1200型潜艇的水下续航力提高了4.4倍。使该级艇的生命力与战斗力有很大提高。

  212A级潜艇的综合声呐系统由三部声呐组成。被动探测声呐是一部全方位的中频声呐,主要用于对中、近距离目标进行探测和跟踪,可同时跟踪4批目标,显示其真实方位、相对方位和方位/时间记录;被动测距声呐用于测量中远距离目标的方位和距离,对目标实施精确定位。

  在探测跟踪4批目标的同时,将信号传递给火控系统;不过该声呐只能在两舷-60舷角范围内工作。侦察声呐是一部高频声呐,主要用于捕捉突然出现的鱼雷等高频脉冲信号。上述3部声呐能覆盖声信号的大部分频段,能接收除低频和超低频外的所有海上目标信息,对所收到信息进行分类处理和显示。

  低频探测声呐系统由2部声呐组成:舷侧阵声呐是一部中、低频被动探测声呐,基阵长约28米,布置在两舷的下部。它只能在两舷方向探测和跟踪目标,而探测距离较远。

  拖曳线列阵声呐是一部低频和超低频的被动探测声呐,阵长40多米,用拖缆拖于指挥台围壳后面。该声呐主要用于远距离目标的探测,探测距离可达100千米以上。

  本艇噪声监测控制系统的水听器,在发现噪声超标和异常时,能对异常噪声特性进行及时分析,并采取相应的措施加以消除,以避免本艇噪声超标而被敌人发现。

  212A级潜艇上装备的1007型雷达具有良好的探测能力,主要用于导航和对海搜索,兼有对空目标搜索和指示能力。该级艇的攻击潜望镜是209级潜艇潜望镜的改进型。两根新型潜望镜改善了光学通道的性能,较大地提高了光传输能力和分辨率。在搜索潜望镜上加装了红外探测和微光夜视装置,提高了潜望镜的观测精度和夜间观测能力。

  212级潜艇装备的DM2A4重型鱼雷由水压式发射装置发射,发射深度可达200米,发射方式液压与自航两便。该型鱼雷的性能有很大提高,具有航速快、射程远、声学性能好等特点,还具有“智能化”自导处理能力。

  该型鱼雷既能攻击水面目标,又能攻击水下潜艇,因此,212A级潜艇是一艘既能反潜,又能反舰,还能攻势布雷的最现代化的常规潜艇。

  212A级常规潜艇以其潜航时间长(2~3周),隐蔽性好,作战能力强而著称于世。这是其他常规潜艇所不具备的优势,将倍受各国海军青睐。

  该级潜艇不仅将成为21世纪德国海军的主力,而且将是未来国际军贸市场继209级潜艇之后德国推出的又一个出口型“拳头”产品。该级潜艇必将成为世界潜艇发展史的新里程碑。

  此外德国在212级基础上还设计了一级改进型AIP潜艇,命名为214级。该级潜艇也面向国际市场,并于1998年取得希腊海军3艘的订单,首艇由德国建造,将于2006年交付,后续艇交由希腊船厂建造。

  212A级潜艇长55.9米,宽7米、吃水6米;水上排水量1450吨,水下排水量1830吨;水面航速12节,水下最大航速20节,AIP推进时,最大潜航速度8节;续航力为1250海里;下潜深度200米;自持力49天;艇员编制27人。德国214级常规潜艇

  214型设计的许多初始数据是在分析德国海军和其他国家潜艇的性能数据的基础上得出的,外形是对流体动力和目标强度参数进行优化处理之后加以确定的,在此基础亡确定了指挥台围壳的最佳几何形状。

  当214型以2-6节航速进行水下巡逻时,燃料电池系统能使其在水下连续潜航3个多星期。在通气管状态以6节速度航行时,燃油储备可使其具有12000海里续航力及12个星期的海上续航时间。

  214型的长时间水下自持力依靠混合推进系统来完成,包括燃料电池AIP系统、主推进电机/柴油发电机组和两组大功率铅酸蓄电池等。主推进电机是永磁电机,其功率比212型的功率增加了20-30%。

  214型潜艇配备西门子研发的第二代BZM—120型质子膜燃料电池系统,它由两组功率各120千瓦的燃料电池模块构成。由于它比德国首艘212型(U—31)的第一代PEM燃料电池更为先进,因此持续航行时间达到U—31号的三倍。

  214型布置了8具533毫米首鱼雷发射管,可发射STN阿特拉斯鱼雷和反舰导弹,鱼雷与反舰导弹装载总数为16枚。装备的ISUS90型作战指挥控制系统,可利用高性能的数据总线把声呐、攻击潜望镜等传感器、鱼雷和反舰导弹发射系统以及艇上的导航系统与中心计算机联系起来,接收并分析所有输入数据信息,并把各种数据信息经处理后自动形成作战指令。

  该系统的基本传感器是声呐系统,它由探测目标距离和方位的主动声呐、中频圆柱状被动声呐、中低频的舷侧阵被动声呐、DTA50数字式低频拖曳阵声呐以及计算目标数据的被动测距声呐等几部分组成。

  艇上的探雷声呐系统可为潜艇提供近距离的导航数据。另外,还装备了一个带有光学测距仪、热成像传感器和综合ESM或GPS设备的光电桅杆,以及一个带有光学测距仪的攻击潜望镜。作为自卫手段,则是鱼雷对抗系统。

  214型的减振降噪特性十分突出,艇上采用低噪声机械和设备,保证了安静运行。此外,装备的西门子公司研制的永磁型主推进电机具有稳定性能,在调整航速过程中,不会产生瞬态的转换噪声,从而降低水下声信号的特征强度。

  另外,机舱内的所有机械设备都被安装在一个在声学方面与耐压艇体绝缘的整体浮筏式减振基座上,艇上的管系和电缆也采取了相应的减振措施。外部艇体表面上的开口,采用挡板结构以便尽可能地减少海水流动噪声。这些有效措施使214型自身形成了一个安静的水下平台。

  此外,最佳的外形及涂在艇体外表面的专用声波能量吸收涂层材料也对大幅度降低水下目标强度发挥了很大的作用,从而减少了被敌人探测的几率,增加了自身的声呐探测范围。

  在总布置方面,对人机环境给与了格外重视,前部配备供30名艇员居住的标准舱室,每个艇员都有自己的固定床位。艇员居住舱室的后面则是位于中部的指挥与作战情报中心,声呐显示屏、武器以及潜艇控制系统的控制台都设置在指挥与作战情报中心内。在该中心与艇员住舱之间设置了耐压舱壁。尾部没有布置艇员舱室,在那里实行的是无人操作,主要布置的是与推进装置和潜艇操纵有关的系统和设备。

  214型潜艇长65米,宽6.3米,吃水6米;排水量水上1700吨,水下1980吨;潜深超过400米;航速水下最高。动力装置,装备2台MTUl6V396柴油机主机,其功率为6.24兆瓦,此外,还装备1台西门子电机;武器8具533毫米首鱼雷发射管,可发射STN阿特拉斯鱼雷和反舰导弹,鱼雷与反舰导弹装载总数为16枚;编制30人;自持力50天。