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且行且摸索

2014-09-12张闽

兵器知识 2014年7期
关键词:单体船体军用

张闽

2014年3月14日,中国台湾海军建造的首艘隐身导弹巡逻舰“沱江”号在宜兰苏澳龙德造船厂举行命名及下水典礼,穿浪双体船型设计再一次使多体战舰成为热门话题。联想到美国海军的三体船型濒海战斗舰(题图),中国海军已经在役的022型导弹艇,以及不久前曝光的中国海军新型三体舰,近几年采用双体或者三体结构的军用多体船不断进入视野,使我们不禁猜想:是否多船体结构是未来水面作战舰艇的发展趋势?

军舰中的“新星”

多体船并不是一个崭新的概念。在太平洋上的波利尼西亚,多体船的使用已经历了数个世纪。赤壁之战中曹军使用的铁索连舟,某种意义上就可以看做多体船的雏形。现代意义上的多体船在民用领域早已经过六十年的发展,至今占据了水上客运的半壁江山。在军用领域,多体船也已经使用了几十年,只是被设计用于作战用途的多体船是近些年才出现,所以每有采用这类设计的军舰下水,总会让人耳目一新。

先说双体船,它在军事领域最初的用途是辅助船只。如1973年美海军建成的“卡玛利诺”号靶场试验保障船,就用于海上观测监视火箭飞行轨道与打捞回收返回地球的弹头数据舱;1986年美国海军投入使用的第一艘大型小水线面双体船“胜利”号水声调查船,与2009年在中国南海非法作业的“无暇”号,都是用于获取目标地域海洋水文数据,为日后的潜艇作战服务:2001年美国海军向澳大利亚奥古斯托造船厂租借“褐雨燕”双体穿浪船作为高速投送舰使用,并借此评估穿浪双体船的性能。为了验证LCS所需的种种概念,尤其是新式高速船型,美国海军2005年建成“海上斗士”号双体船进行进一步评估。022级导弹艇的出现,使中国成为第一个开发出双体导弹快艇的国家,也使双体舰船拥有了真正意义上的作战舰艇。

如果双体船的运用是从民用转向军用,那三体船的发展就几乎直接以军事应用为目,可以说三体军舰是军用领域不折不扣的“新星”。英国海军2000年下水的“海神”号三体试验船用于为其未来海面战斗船(FSC)提供技术论证,成为世界上第一艘排水量千吨以上的三体船。美国海军非常看好这种三体战舰优异的性能,在“海神”号海试期间就与英国海军进行长达18个月的合作,并将关键技术运用到自己最新的濒海战斗舰“独立”号上。“独立”号科幻的外观和强悍的性能代表了当今世界军用多体船设计制造的最高水平。在三体船之上还有四体、五体船的设计。比如英国BMT公司提出了五体船型护卫舰的概念,美国在论证CVN21航母方案的过程中也考虑过五体船的设计。某种程度上,四体、五体船可以理解为双体、三体船的变种,在此就不过多赘述。

姗姗来迟的“佳人”

通过上面的描述,我们知道军用多体船并不是个新兴的概念。任何高新技术自诞生之日起都会第一时间寻求军事价值,多体船拥有如此众多适合军事用途的优点,各国海军必然“趋之若鹜”。但具有作战用途的多体战舰为何直到近些年才“姗姗来迟”?

一是军用多体船的发展需要现代科技的支撑。多体船在民用领域运用广泛,小至十几吨的游艇大到上万吨的远洋客轮,都有采用多体船设计的例子。仅从排水量角度分析,当代多体船已能满足海军巡逻艇至巡洋舰级别的需要。可时至今日最大的多体战舰——“独立”号排水量也不过2 800吨。为什么没有多体的驱逐舰、巡洋舰,甚至航母?这是军舰的特殊要求使然。多体船船体之间采用甲板连接的模式(有的多体船在水下部分也有桥接),小船对这一刚性连接结构强度的要求不高,所以各国从上世纪70年代就开始研制小型军用多体船。可小船毕竟身板摆在那,续航力有限,可搭载的武器系统也被严格限制,一般来说用途局限于近岸防御。远洋海军如要发展军用多体船,必然是大型舰艇。民用级别的大型多体船不需要考虑战斗过程中各种因素对结构强度提出的挑战,传统制造工艺足够提供所需的强度。军舰则必须考虑担负作战用途需要适应的海情、需要承受的武器使用条件以及战斗损伤后主体结构的维持。这些都对船体结构强度提出了极高要求,在现代制造业特别是材料工业取得巨大进步之前很难实现,即使2000年下水的“海神”号也同样受到船体连接处强度不足的困扰。

二是关于多体船的研究已经积累了足够的质变因子。目前许多人对多体船有一个普遍认识,认为多体船具有甲板面积大、耐波性适航性好、航速快等优点,殊不知在多体船诞生之初,除了甲板面积与稳定性,其它优势并非这种结构与生俱来。以双体船为例,早期的双体船可以理解为是两条单体船只的简单桥接,速度优势无从谈起。直到20世纪七八十年代,民用双体船技术取得了巨大突破,以小水面线双体船、高速双体船为代表的“新型”双船体结构得到广泛使用,各国海军才纷纷将目光投向这种优势明显的平台。美国海军“胜利”级水声调查船采用小水线面双体船型设计,就是看上这种船型极好的耐波性,能平稳、安静地进行海上作业,为舰上各种水声探测设备提供极佳的工作条件。此后各国海军建造的调查船几乎普遍使用小水线面双体船设计(如日本“响”级水声调查船)。20世纪80年代澳大利亚开发出穿浪双体船,静水高速性能明显优于小水线面船,同时波浪中的航行性与小水线面船接近,吃水浅、速度快,适合作为多种用途的军舰平台。美军的高速运输舰与我军的新型导弹艇都选择了这种船型。

三是武器装备研发的客观规律使然。武器装备的发展并非一味求新,讲究稳中求进,如果要上马某些“新概念”,必须经过大量理论研究、试验论证,需要耗费大量时间与资源。传统的单体船结构一直是现代军舰尤其是作战舰艇的首选,早已形成完善的设计体系与制造基础,性能也可满足各国海军绝大部分场合的需要。而多体船必须有足够的优势(或者单体船无法取代的特点),才有发展的必要,并且在资金允许、条件成熟、试验表现出色的前提下,方才有机会在军事领域,特别是作为作战舰艇,一展拳脚。

用还是不用,仍在混沌中摸索

近几年各国海军多体舰船接连不断出现,至少可以说明各国海军对多体船的肯定和对未来发展的看好。没有没来由的爱。各国海军纷纷选择多体船的原因有哪些呢?endprint

首先是出色的上甲板面积。美军1973年建造的排水量仅220吨的“卡玛利诺”号就可供直升机起降,而同等排量的单体船即使到现在也几乎不可能拥有直升机甲板。再比如设计目标一致、设计理念却迥异的美军的“自由”号和“独立”号濒海战斗舰,后者采用三体船设计,由三个船体共同负担一个甲板及上层建筑,所以上层甲板非常宽阔,甲板面积比采用单船体设计的“自由”号提高50%左右。“独立”号宽阔的飞行甲板甚至可供1架CH-53重型直升机作业,也为各种舰载飞行器舰上作业提供了更好的条件。还有三体船的主甲板面积扩大,可以搭载更多的指挥通信设施,便于布设各种武器装备,能提供较大的武器搜索扇面,并且有利于扩大武器间的距离,以减少相互干扰,从而增强了全舰的综合作战能力。

其次是优秀的稳定性与适航性。根据相关资料,普通双体船的适航性相当于其排水量两倍的单体船。在小水线面船的实测数据中,200吨级的小水线面双体船在5级海情中的运动品质优于1000吨级常规单体船。美国“胜利”号水声调查船第一任船长巴拉德写道:“胜利”号的运动与舒适同我指挥过的任何单体船相比,正如高速公路上的劳斯莱斯车与公路上的大篷车差别一样——“胜利”号就是劳斯莱斯。而三体船的平稳性比小水线面双体船型还要好得多。“独立”号的设计指标是在航速40节、海情5~6级的情况下,仍然可实施飞行作业。多体船的稳定性与适航性可见一斑。

第三是突出的航速。前文说到,20世纪80年代以来,多体结构的战舰之所以取得突飞猛进的发展,一个主要原因就是高速双体船技术的突破。由此可见,对于航速的追求也是各国海军选择多体船的一个重要因素。多体船狭长的船体使兴波阻力大为减小,其航行阻力普遍比同等排水量单体船低20%以上,用更小的功率就能达到甚至超过单体船的航速。022级作为导弹快艇,“快”是最起码的要求。即使与其它国家吨位相近、作用相似、采用以速度见长的水翼艇结构的导弹艇相比,它不仅速度未落下风,续航力与耐波性还更具优势。比如“独立”号在墨西哥湾进行的海试中,全速航行时最快达到46节,而目前各国海军大、中型常规结构水面舰艇最高航速一般都在30节。单船体结构的“自由”号能达到40节的最高航速,但这是在主机功率比相近排水量的“独立”号高不少的前提下达到的。

最后是较强的生存能力。多体船的船体比较细长,对螺旋桨水流或者喷水推进器水流干扰影响较小,从而降低了螺旋桨的噪声,使对方的探测距离大为降低。动力舱排气道可以布置在船体之间,主机的废气能够被引到船体之间抽出,能明显降低船上的红外辐射信号。更大的甲板面积可以使上层建筑布置得更低矮,减少了水线以上部分的雷达反射面积,大幅度增强了总体隐身效果。在主船体每边有1/3至1/2的长度被侧船体所遮挡,这样在遭受掠海导弹袭击时,能够提供一定程度的保护。箱形结构甲板宽度允许关键性的作战部位布置在不易受损的区域,把要害部位设计在主船体内,利用两侧船体形成一定的掩护,从而大大提高了生存能力。

并非非此即彼

在看到军用多体船不断发展的同时,我们也应清晰地认识到:目前军用船仍然是单体船占绝对主导地位,而且各国制造的军用多体船数量普遍不大,一定程度上是出于技术储备和试验论证的考虑。这也说明各国海军对这个“新”事物,用还是不用,仍有考虑。那么“制约”军用多体船普及的因素又有哪些?

第一是设计制造难度相对较大。军舰设计制造是一个庞大复杂的系统工程,单体军舰上各种系统如何科学配置,船体空间如何有效利用,都是不断积累的科学经验。可多船体结构的特殊性使得很多问题都需要单独研究,比如武器装备需要针对多体舰船的特殊性进行针对性设计,舰船也要为了能够承载相应的武器装备而专门优化。虽然以目前的工业实力建造这类舰船,从技术角度讲并不算十分困难,但相对于单体船还是复杂许多,尤其是各船体的连接要承受较大的弯曲和扭转力矩,为保证刚度和强度,就必须加大构件,若使用常规材料则会使重量增加,使用复合材料又会使成本上升,工艺要求提高。而且宽大的船体使舰船的下水也面临一定困难。

第二是操控性相对稍差。一般情况下,同等排水量的双体船吃水比单体船要深,三体船与单体船吃水相当,可是宽度远超后者。目前的港口、运河多为单体船“量身打造”,例如美国海军在二战期间设计大型军舰的原则之一就是其宽度与吃水必须能通过巴拿马运河,多体船在这些方面容易遇到困难。多体船的推进器位于不同船体,为协同一致运作,需要更加精密计算,配套设备量大,控制系统复杂。而且相对细长的船体对操纵性也有不利的影响。

第三是船舱容积相对狭小。多体船船体狭窄细长,容积较小,尤其是船体前部的空间无法得到有效利用。而船体的狭窄也限制了武器系统与动力系统的体积,比如“独立”号前甲板就只能放下一门57毫米舰炮,比之排水量稍大的中国054A级护卫舰却能在前甲板设置一门76毫米炮和32个导弹垂直发射单元。022级导弹艇被外媒“诟病”最多的一点是近防火力仅有一门630速射炮,而国外同类用途导弹艇大多配备76毫米以上的主炮,一方面是设计理念,另一方面也由于采用双体设计的022级导弹艇的甲板下船舱深度不够搭载大口径火炮。

最后还有一点,不能算多体船的不足,但却是“制约”军用多体船“发展壮大”的主要原因,就是单体船本身在不断进步。现代大中型单体军舰大多采用宽船体设计,辅以减摇鳍等装置,已经能保证较好的稳定性与适航性;柴一燃联合动力系统的广泛使用,使得现代舰艇既能拥有出色的最高航速,也能兼顾巡航的燃油经济性;单体船设计制造工艺成熟,作为武器装备发展的继承性比较好,武器系统的移植也更为方便,研发制造成本更低。这些都是多体船目前无法企及的优势。

多体船在军用领域已取得长足进步,可是具体使用效果如何,谁也不能妄下定论。毕竟还没有哪一艘多体战舰经受过实战的检验,就连技术实力最先进的美国对于多体战舰其实也还处于论证与技术储备阶段,不然也不用搞出两种类型的濒海战斗舰来评估作战效能了。不过随着科技的进步,困扰军用多体船的成本、大型化、操控性方面的问题会逐步解决。或许某一天,更多各种类型各种用途的多体军舰将加入各国的海军序列。军用多体船的明天是否会更加辉煌,且让我们拭目以待。

[编辑/山水]endprint

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