神秘的096型核潛艇,如何以公開資料揭開其性能的面紗?

【前言】

096核潛艇屬於戰略武器,保密度極高,我們無法確切地知道其真正的性能。但我們可以在094A核潛艇性能的基礎上,通過瞭解外媒和網絡的相關信息,結合網上公開的我國相關工業技術的進步,初步摸索出096核潛艇的主要性能。(本文所用的資料,均為網絡公開資料,不涉及泄密)

一、我現役核潛艇的水平

中國海軍現役最新型的戰略核潛艇為094A型彈道導彈核潛艇,最早亮相於2018年4月份的南海閱艦式,由央視“高調”公佈,代表著目前中國彈道導彈核潛艇的最高水平。那094A型核潛艇的性能到底怎麼樣呢?

094A核潛艇

根據網上信息,094A最新型長征18號艇,艇長約135米,寬約13米,最大潛深500/600米,最高航速30節,擁有12具(一說16具)艇載垂直發射裝置,能發射采用固體推進劑、射程超過1.2萬公裡、具備攜帶分導式核彈頭的“巨浪”-3潛射洲際導彈,其發射的熱核彈頭CEP(圓概率偏差)約40-50米。

094A型是094型的改造升級版,有效地改進瞭水動力和湍流系統,在水下潛航時,極大地降低瞭噪音,讓他國的反潛巡邏機、反潛直升機和艦載和艇載聲吶系統,在海洋噪音背景下,很難探測並鎖定到在水下潛航慢速狀態時的094A型,提高瞭094A型戰略核潛艇在戰時的生存能力。

094A與094對比圖

但由於094型核潛艇設計本體的落後,改進型也很難有太大變化。

二、外媒和網傳的096性能

根據國外軍事專傢推測,096型核潛艇長度約150米,寬度約20米,滿載排水量約16000噸,外殼采用高強度的復合金鋼,最大下潛深度可達600米。該艦外形近似拉長的水滴型,采用雙殼體設計,取消瞭094型的龜背設計,動力裝置可能是兩座一體化壓水式核子反應器和兩座蒸氣渦輪機,采用無軸泵噴推進技術,最大航速應可達32節左右,整體噪音控制在100分貝左右。

096想象圖

搭載有16枚由陸基東風41型改進而來的巨浪—3潛射彈道導彈,攜帶單個或多個核彈頭,最遠射程可達1.2萬公裡,它將成為中國核三位一體中的關鍵一級。據美國《華盛頓時報》報道:中國已經成功完成瞭“巨浪-3”潛射洲際彈道導彈的飛行試驗。這意味著,096型核潛艇和巨浪—3的強強聯合,將成為我國比肩美國核潛艇的最好水下利器。

三、網傳096核潛艇性能信息以及我國現有相關技術的分析

第一,核潛艇的排水量

核潛艇排水量取決於核潛艇耐壓殼的直徑,而直接取決於下面三個因素:

一是高強度特種鋼。日本蒼龍級常規潛艇中所使用的特種鋼,它的屈服程度就達到瞭1078M帕。俄羅斯開發瞭屈服強度達到1400M帕的特種鈦合金,由這一類材料所建造的核潛艇的潛水深度超過瞭1km,在全世界而言都是非常驚人的一個記錄。

我國的094型核潛艇中所使用的鋼屈服強度很可能隻在785M帕,這個性能跟其他國傢的特種鋼還是有著巨大差距的。不過我國在2017年,實驗當中就已經達到過屈服強度2000M帕級別的鋼材,因此想要突破1000M帕,特別鋼材的問題是不大的。

二是焊接技術。鋼材強度越高,焊接難度越大。但是我國已經解決瞭根據國際通行的標準,制造航母飛行甲板的特種鋼鐵屈服度在850MPA左右,而這一標準已經和制造戰略導彈核潛艇使用特鋼的屈服度差不多。

三是寬幅超大型數控船用卷板機。世界上的超大型數控船用卷板機被瑞典的 Ursviken牌壟斷。但近年來隨著我國工業制造技術的發展,寬幅超大型數控船用卷板機也被我國所突破。據《中國機床商務網》報道,2014年6月4日,來自國傢工信部等部委的專傢對頭頂幾項“世界之最”的“大傢夥”進行瞭驗收。其“國際領先”的結論證明瞭這是世界上首臺可加工21米長鋼板的卷板設備,其內核指標可靠性和精密度讓這臺為“WEF11K-40×21000超大型數控船用卷板機”的設備打破瞭瑞士、英國等為數不多的國傢在該領域的技術封鎖和價格壟斷。“WEF11K-40×21000超大型數控船用卷板機”用於大型軍用、民用艦船制造的關鍵設備,是世界第一臺40×21000mm超大型數控船用卷板機,加工能力超大,制件精度高,技術達到國際領先,填補瞭世界空白。

而據南通卷板機廠消息,我國寬幅超大型數控船用卷板機取得重大突破,尤其是8000噸級超大型數控卷板機,最大可以卷出直徑13.5米的大型潛艇耐壓殼。

結論:096型核潛艇能夠使用直徑13米左右的大型潛艇耐壓殼。

第二、核潛艇的推進系統

網傳096將采用最先進的無軸泵推技術,首先我們瞭解一下它的優缺點:

無軸泵推技術學名無軸輪緣推進器,取消傳統的驅動軸,讓螺旋槳葉片安裝到環狀導管的內側,將動力裝置集成在潛艇外部的環狀導管內部,這樣就能夠讓電機帶動整體一起旋轉,就可以在根本上解決最大的噪音源。還是有軸泵噴技術。

“無軸泵噴推進”取消瞭機械傳動軸,也就不需要減速齒輪箱,直接由電動機推動螺旋槳,是當前最好的降噪技術,大約可降噪約10%。而且沒有瞭中間復雜的主軸傳動和變速環節,可使得發動機的效率接近80%,比“有軸泵噴推進”提高10%%~30%,“無軸泵噴推進”要比美國“海狼”“弗吉尼亞”的“有軸泵噴推進”在技術上領先一代。

無軸泵推在民用船隻上的應用

無軸泵推技術的優點在於:一是不用傳動裝置,對於潛艇這種狹小空間的作戰武器有著非常重要的作用,可以節省下動力艙的位置增加武器艙和生活艙,大幅提升潛艇的自持力,讓核潛艇可以更長期的部署在一線;

二是沒有傳動噪音和軸頻噪音,且葉片朝向圓心,可以有效降低空泡噪音和氣蝕影響。潛艇降低自身噪音,不僅能夠很好的隱藏自己,而且還能夠有效的提高自身潛艇聲吶的探測距離。噪聲每降低20分貝,可使已方被動聲吶探測距離增加1倍,敵方被動聲吶探測距離下降50%,同時可使本艇聲模擬幹擾裝置的作戰效果提高15倍左右。

三是無軸泵推可以隨時改變動力方向,增加靈活性,對於躲避障礙物和魚雷有著優勢。

無軸泵推技術的缺點在於:一是無軸泵的電機在外面,如果發生故障,根本無法修復。無軸泵系統較為復雜,故障率也會相對會高,如果沒有備用動力系統,故障發生時,潛艇基本上是失去作戰能力;有軸泵就比較簡單瞭,動力源在潛艇內部,維修較為簡單,可以直接在潛艇內進行檢修和維護工作。

二是無軸泵沒有軸的支持,旋轉的時候隻能靠著內部葉片旋轉反向推動形成動力,考慮到密封和保護等諸多因素,無軸泵推的外殼會比較大,意味著阻力也會更大,推力上限也比較有限,多個無軸泵推組合使用,對於電力需求也會比較高。

無軸泵推結構圖

其次,馬偉明教授的無軸泵噴推進技術是否已經成熟?

馬偉明院士:要領先就要領先美國

根據公開報道:

1、2017年,央視的一期節目向大傢介紹瞭馬院士正在研究的無軸泵推技術。而且,根據當時的報道,該技術很有可能會被應用到我國下一代潛艇上。

2、2018年度湖北科學技術獎勵大會上,馬明偉院士再次登臺亮相。據悉,馬院士此次獲獎的原因是因為其解決瞭潛艇推進器效率相關方面的難題。而且,在該大會的報道中首次出現瞭無軸泵推技術的相關照片。

3、根據中國工程院院士、海軍工程大學電力電子研究所所長馬偉明院士透露,目前我國在“無軸泵推”技術上,已經在實際應用階段。

結論:馬偉明院士的無軸泵推技術已經基本成熟,完全具備上艇條件。

第三、核潛艇的動力裝置

2014年,中核集團公開推廣一種多用途模塊式小型一體化壓水堆“ACP100”,就是玲瓏一號。中核集團表示,“ACP100”是中國核動力研究設計院在軍工應用的基礎上轉化而來的。由此可以推斷中國新一代核潛艇反應堆是一種一體化具有較強自然循環能力的新型壓水堆。

從傳統的兩個循環回路的分體式反應堆到一體化反應堆 系統結構將得到極大精簡

“ACP100”小型一體化壓水堆的出現表明,中國已經掌握瞭新一代小型核反應堆的關鍵性技術。

ACP100的熱功率是310mw,超過海狼級核潛艇反應堆S6W的熱功率250MW

結論:經過10來年的改進,基於“ACP100”的軍用原型發展而來的新一代核小堆完全可能已經成熟。況且,難度更高的航母核動力都快開工瞭,096核潛艇用的動力系統將是非常先進的。第四、核潛艇的降噪技術

之前我國091型核潛艇有非常大的噪音,被美國人稱為“海底拖拉機”,從葫蘆島一開出夏威夷都聽到瞭。不過在之後的改進中有瞭極大的進步,但是這一問題一直到094型研發,能夠達到的效果都還不是那麼的好。

但好消息是隨著對引進的俄羅斯常規動力潛艇長時間的使用和研究,我們學習到瞭潛艇靜音和消音瓦等俄羅斯先進技術。中方在俄羅斯技術的基礎上發展創新,開發出具有世界先進水平的主機筏座降噪技術和消音瓦敷設技術。

中國工程院院士,中國人民解放軍海軍工程大學教授、艦船振動與噪聲研究所所長何琳及其團隊,為我國艦艇降噪做出瞭重大貢獻:

何琳院士及其團隊

在國際上率先提出瞭智能隔振裝置的技術概念,並建立瞭完整的設計理論體系,研制出具有完全自主知識產權的第三代隔振裝置技術—大型智能氣囊隔振裝置,這是世界上首臺智能化的隔振裝置,具有自動負載平衡、故障自診斷、自組織修復管理等傳統隔振裝置一直無法實現的功能,解決瞭潛艇狹小空間內數百噸級大型動力系統振動的高效隔離難題,是中國控制潛艇動力系統機械噪聲最有效的技術,實現瞭對發達國傢技術的追趕和超越。

突破推進動力裝置低頻隔振這一國際公認的技術難題,在國際上首次研制出具有對中姿態監測、控制和保護管理等功能的第四代隔振裝置技術——艦船推進動力系統低頻隔振裝置,實現隔振裝置技術重大跨越。

正在開展第五代隔振裝置技術——“磁懸浮主被動混合隔振技術”(探索一代重大項目)的應用轉化研究,可實現潛艇狹小空間內動力機械寬頻和線譜振動的同步控制,消除潛艇的聲指紋特征。

結論:096型核潛艇在主動降噪技術方面有望坐四爭五,被動降噪方面至少與俄羅斯差不多技術水平。

第五、潛射洲際彈道導彈技術

潛射洲際彈道導彈技術主要是解決射程問題:

射程問題,就是解決在哪裡打MD本土的問題。現役094A核潛艇裝備的巨浪3的12000公裡射程雖然能打到MD大部分地區,但如果要全覆蓋的話就要前出到太平洋深處。而要在戰時突破美國經營多年的第一島鏈,有很大的不確定性。所以我國迫切需要一款能夠從我國南海的潛核艇堡壘區直接發射覆蓋MD全境的巨浪4。

因此,巨浪4的射程將達到前所未有的15000公裡甚至16000公裡,從而讓中國戰略導彈核潛艇可以在南海堡壘海域安全地進行戰備值班。不過考慮現在固體火箭發動機的技術現狀,要做到15000公裡射程,巨浪4很可能會在兩個方面做出妥協,一個是尺寸,一個是能夠攜帶的彈頭數量。以現在的固體火箭發動機水平,巨浪4的尺寸估計在14米長,2米直徑的水平,這已經超出瞭目前各國潛艇耐壓殼加工能力的極限(13米)。即使如此,巨浪4很有可能也隻能攜帶一枚大當量的核彈頭,或者幾枚小當量的核彈頭,而不能像DF41那樣攜帶多枚大當量核彈頭。所以為瞭彌補單枚巨浪4威力的下降,096型戰略導彈核潛艇有必要提升備彈數,從現在094A型的12-16枚,提升到20-24枚。

結論:以我國的彈道導彈技術,解決上艇不是大的問題,但需要在性能上有所取舍。

最後,根據我國“裝備一代,實驗一代,預研一代”的傳統,在094A型被報道出來時,096型核潛艇相關子系統已經成熟,剩下的也許隻是系統的整合和性能的取舍。

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