21世纪军舰设计的革新

机械注册 · 发表于 2008-2-18 09:17:29

当今的海上平台，从高速艇到护卫舰，都存在着众多显而易见的设计弱点。因此，20世纪的传统海战思想已转向着重考虑隐身性、航速、操纵性、对反舰．巡舰导弹的防御，以及不断增加舰载电了设备的使用。

　　目前，在投战舰是所有敌方导弹、炮弹和鱼雷的攻击目标。它们具有大的信号特征，据报导，对护卫舰而言，雷达截面积超过300～500m2是最小的，有些护卫舰在所有频率范围都有超过130dB的大声信号特片，这对于反潜战是不能接受的。同时还普遍存在着大的红外辐射。尾流信号特片可以在160km处容易地观察到，或利用卫星和高空侦察平台容易记录到。

当今舰艇设计中的另一个普遍存在的特点是装甲防护差。有些战舰上的轻型装甲也并非设计者所想象的那样有效。舰艇哪怕是受到最小的导弹改击，也极易损坏。用一枚小型“海麻雀”导弹击中舰桥或作战情报中心部位，就足以使大型战舰瘫痪。全速时最大约为1～2’回转率的较差操纵性,也是现行舰艇设计的特点。其结果是在应急规避情况下的战术优势在实际上是不可能实现的。因此，舰艇便成为敌方导弹自导头易捕获的目标。

舰艇的航速也是一个重要因素。战斗舰艇的最大航速限于32～36kn的低航速。而目前的大型运输舰也具有22～26kn航速，潜艇航速超过26～36kn，如此的航速（更适应于70年代前的海战）绝对不足以执行为海上快速运输进行护航的任务，也不能有效地同以40kn，甚至更高速度航行的潜艇作战。21世纪海战的特点要求舰艇能够较快地在领地外展开部署。由此可见，航速极为重要。甚高航速的重要性没有被人们充分理解，这主要是由于目前缺乏快速舰艇的设计，以及还未制订出相关的快速海战战术的缘故。

机械注册 · 发表于 2008-2-18 09:26:10

舰艇极差的耐波性能，即其在不利的逆浪海情下出现的高砰击率也是令人们担心的。排水量不到1000t的海上平台不能在5级海况下高效率运行。而且，由于砰击所事业带来的甲板淹湿，也会给在5级海况下顶浪航行的3000t护卫舰带来相应的问题。在这种顺浪情况下保持航向，也是大多数高速巡逻艇及轻型护卫舰的一个问题。

　在不利的逆浪和斜浪上会出现很大的失速。就2400t排水量的护卫舰而言，顶浪时名义波高在0～4m之间增加的阻力超过40%；并在以等效功率传递给螺旋浆时，出现达5～6kn失速。这是一种燃油浪费，并造成战术航速损失，以及续航力的大大缩短。
　　另一个问题是推进效率差。舰艇试图用同样的推进系统以5/10kn与25/30航行的结果，利用可调螺距螺旋桨可取得一种折衷办法，但这并非理想的方案。“两重“解决办法可提供更高的推进效率，即两套独立的系统（一套以喷水推进为基础；另一套以泵或螺旋浆为基础），分别用于高/低速运行。

　　要把现代电子设备和武器系统与传统的船型相结合也是很困难的，这主要是因为传统设计所带来的不良耐波性、操纵性、航速及稳性所致。有些武器软件不能承受剧烈的平台运动。
　　传统的设计以及典型的圆舭船型也限制了燃油容量。一艘航速约为32kn的 3000t护卫舰被限制在约1300nmile(2410km)续航力，油耗约为0.33t/n mile。按照未来护卫舰设计概念表述，这些都是非常短的续航力的数字。
　　有限的稳性是另一个问题，这是为了获得航速和续航力，而在圆舭形铅设计中采用较小船宽和较小水线面积所引起的。象FPB57型之类小艇，由于它们有限的稳性特性，根本不能承受70kn以上（B海情）侧向骤风。武器和电子系统的露天甲板有效载荷受到有限的稳性裕度的限制，导致上层建设的许多设计采用轻合金材料（代替钢或装甲），这就潜伏着灾难性后果。
　　上层建设的空气动力学设计也是极差的，这影响了直升机在不利风况下起降作业。此外，强烈的迎风（风速大约为45kn）只有在护卫船主机在15～20kn时再发生额外的2000KW功率时才能被克服。

　　有时，超过150人的舰员编制，也是目前舰艇设计的另一个问题。轻型护卫舰和抗卫舰大小的所有舰艇，其理想的舰员编制应不超过80人，甚至50人。
　　任务剖面的表达将要求十分清晰。这类要求对于每个特定的海战领域是非常不同的。事实上，各国海军都有不同的目标和任务剖面，应根据诸如威胁、海况、续航力、火力及费效之类因素来表达。
　　虽然，具有多任务剖面的舰艇设计是可能的，但它们也只能覆盖某些任务组合，决不可能一次实现所有任务需求。然而，充分利用箱式可互换武器系统，可以为海上平台提供部分多任务灵活性，对总的费效（涉及采用费用及寿命期费用）进行仔细的研究及评估。因此，在制订未来战舰设计中，必须考虑下述原则并将其作为指南。
　　尺寸及排水量舰艇尺寸和排水量需求的选择及稳定，是一个重要问题。许多海军指挥官坚信，设计的舰艇越大，其能执行的任务也就越多。
　　目前，海军武器和电子设备的技术进步，使设计者们能够把大量的进攻和防御系统紧凑地装入较小容积和面积内。就体积和重量而言，目前的武器和电子设备分别不超过舰总容积的10% 及排水量的６％（这些数字代表一批３５００～４０００ t的９０年代护卫舰）。
　　设计者利用现代化小型武器系统，可以把这类系统安装在尺寸相当小的海上平台内。有一个可能影响尺寸的因素将是舰员编制。考虑到现代海上平台分配给每人舰员的空间平均为４～５m2之间，那么，如果有５０个舰员至少就需要有250m2的额外空间，这对重量的影响是显而易见的。
　　充分利用自动化及合格的专业人员，将使现代护卫舰人员编制从200人减少到 100人。而轻型护卫舰可以拥有约60人左右，高速巡逻艇不超过30人。在选择直升机系统时，续舰力／自持力和耐波性也是影响海军战舰大小和排水量的因素。
　　现代小型船型不仅可提供优良的耐波性，且具有双层底，还有较大的容积可供燃油存储。加油及从油的新方法也可以增加续舰力和作战作用时间。

　　至于直升机作业，使用5t或10t的直升机，可以修改为使用更轻、更灵活的飞机以及先进的无人飞行器，当然条件是能否获得速度快、耐波性好及极为机动灵的小型海军战舰设计。在它们的任务剖面技术要求范围内，较小型设计为21世纪海军提供最佳和费效最高的解决方案。

　　失速与操纵性所有高速艇、轻型护卫舰、护卫舰的最高航速为30～35kn，有些稍高一些，可达到40kn。它们的回转率为2°/s，这一缺点是因圆舭船型回转时的反内转力和外倾趋势所致。30～40kn的航速是指静水或2级海况下的航速。在不利海况及附加波阻下20%～30%的失速是很平常的。

　　在5级海况下，航速最高达到18～20kn，而不是30kn。对于21世纪战舰，这些限制和条件将是不能接受的。即使如此，造船工业部门也没有提出利用费效好的、简单的单体排水量船型来切实有效地解决失速及较慢的回转率问题。因此，对于未来的舰艇设计，还没有制订出有关的战术，也没有规定出较高的运行航速和回转率。

　　

机械注册 · 发表于 2008-2-18 09:28:43

下个世纪最大航速为60～80kn、回转率为6～8*的海上平台，通过利用简易且先进的单体排水船型就能成为现实。在5级海况下，1200～1600t的轻型护卫舰或护卫舰的失速是最小的（大约7%～10%），而此时采用50～60kn或更快的巡航速度将是可行的。

　　众所周知，波音公司海上系统部完成的研究报告阐明了，利用水翼提高航速和回转率的战术优越性。然而，由于采购及操作这类平台的费用过高，限制了其推广应用。
　　与排水型船体不同，“升力”或水翼艇和滑行式艇体对有效负载带来的影响极为敏感，且是重量敏感型平台，俣是，如果这种高航速解决方案能够在简单的排水型、先进的单位船内提出，那么21世纪对海军战舰所要求的航速及操纵性就能实现。
　　耐波性自1980年以来，已就舰艇的耐波性问题做了大量研究和开发。舰艇如果没有适当的耐波性，自然就会变成了一个无作战能力的武器系统。它拥有的电子系统也将不能有效地工作，因为预期舰艇必须在任何恶劣环境条件下随时出航。因此，未来海战行动也必须建立在耐波性船型基础上。

　　舰船的主要任务是要在5级海况下作战作用。5级海况的有效波率约为3m（最高波高4.5m），间隔时间在6～9s之间（STANAG 4194），航速超过50kn，以上情况都包括在STANAG 4154及美国海军海上系统司令部的运动极限内（有效波高）。

　　这些运动极限如被超出，作为一个战斗系统的海军作战舰艇效能就会迅速地降级。的确，有些过时的设计方案试图通过其自身的尺度和排水量的改进来克服所存在的耐波性问题。但是，一种建造大型战舰就能消除耐波性缺陷的观点正在被废弃，将来所有的水面舰艇必须具有小型耐波性船型。
　　稳性海上平台一直遵守最严格的稳性规范，由Sarchin和哥德贝(goldberg) 提高的完整稳性和破舱稳性衡准，有可能仍然用于21世纪的设计之中。当遇到100kn或70kn的侧向骤风时，未损平台的倾斜不应超过15*（在受损情况下，不超过20*）。受损船体在3个舱进水，或者是15%水线部分受损情况下，应仍能漂浮。 :

　　强度与生命力标准强度计算（有裕度），包括中垂情况下的弯矩、剪应力计算，也可能应用于一有海上平台的强度计算中。然而，结构设计概念可能因为任务剖面态势而有很大的变化。海上平台主要部分，还是采用高质量的民用标准薄钢板建造。甚至大多数舰艇都有铝合金上层建筑，以节省重量。

　　为了加强未来舰艇的强度与生命力，必须考虑下述要点：
·　　钢质铅体和上层建筑必须采用具有延伸性能的高强度材料建造，绝不能选用一般的铝合金。必须记住，每吨最好的HY/AH或特殊钢，仍然是任何战舰材料清单中最便宜的品种。另一方面，任何钢材都存在腐蚀问题，必须用特殊涂覆和绝缘加以解决。
·　　所有关键部位、导流叶片以及作战情报中心／舰桥，都要求采用极轻型防弹装甲。后部甲板，以及距尾板以上1.5m处可安装厚的装甲护板，以承受来自尾部的有限的导弹袭击。这种护板可用反作用装甲板加强。
·　　所有的电缆必须具有低毒Zerohal技术要求，以确保不会出现有毒烟雾及发生迷眼现象。
·　　必须备有足够数量的专用自动抽烟器及海水泵。
·　　必须设置一个具有有限武器控制系统的备用作战中心。

·　　应避免采用深燃油舱，并避免其设置在操舵和控制机构附近，或主甲板及作战情报中心之上。
·　　必须细致地研究复合材料和装甲方面最新发展，以便将它们用到船体和上层建设设计中，取代钢基材料。

·　　必须保留某些关键部件（例如：发动机组和舵机），它们通过有保护装置的二重或三重接头装入遥控无线应急控制器。

·　　轻型的双层底及双层船体结构将增强舰艇的生命力。 _

·　　利用自封式燃油舱，以及（对战斗而言）加入某些低闪光的添加剂，如FM9，就能阻燃油起火。空油舱应充满惰性气体。同时，也可以开发出新的、安全的推进系统燃油。

·　　按照目前已有的设计，船体必须分成好几个烟火区及进水区，各个区有独立的应急烟火及进水的操作系统，区与区之间应有水密和气密接头。
·　　弹药必须采用混合式进水和惰性气体系统防护。对采用防爆技术的弹药舱必须改装轻型装甲保护。

·　　设计阶段必须全部或部分地采用STANGAG4142中的水面舰艇易损性(SSVU) 计算机程序。

·　　还必须考虑采用可伸缩传感器（和桅杆）。

　　隐身隐身技术的概念并不是要求实现“不可视”，而是降低被探测系数，并尽量减少电子信号特征。船体及上层建筑的形态、结构材料、内部工程之类问题确定了隐身特性。
　　就雷达探测而言，倾斜的表面对厘米雷达波是有效的，而对其低频及毫米雷达波就不那么有效。船体侧面倾斜约9～10*，上层建筑大约为15*，可以用来减少因厘米雷达波剃齿单态特性引起的反射。解决双基地雷达问题将是新的隐身设计要点问题。上层建筑几何形状可以利用如Lockheed Echo 1程序或者类似程序的改版进行最佳表述。在倾斜表面的顶面上，必须铺设各种雷达吸波材料，以抵消低频与毫米雷达波带来的影响。有两种不同的、特殊的雷达吸波材料层能够掩蔽舰艇的信号特征，对付已经明确的雷达波(the Salisbury principles)。在新的舰艇设计中，要避免产生雷达波反射源的船体、上层建筑及舷窗的开口，应该采用经过锡氧化物处理的、无反射的玻璃材料制作舰桥窗。根据在消音室内用铜模型做的试验，用计算机程序设计桅杆、天线、炮管、导线、支柱、排气管及角形物，以降低反射。10～30 °“出射点”角的雷达反射面积数据，不得大于波束的60/70m2和波束头的 10/15m2。但值得注意的是：1980～1990年期间设计的护卫舰的波束雷达反射截面积值大约为500/700m2，或者超过这个数字。

　　隐身概念中所包含的另一部分，就是抑制红外辐射。空间或飞机平台上的测热系统能够容易地探测水面舰艇，如同安装了全适热传感器的潜艇及岸基站目标也很容易被发现一样。与雷达系统所不同的是，红外系统是无源的，舰艇指挥人员往往不知道他们的舰艇已在被监视之中。

　　为了解决红外抑制问题，人们仍在进行着大量的努力。舰艇上的发动机、排气装置及其羽烟都属发热部分，今后必须为排气装置（配备扩散器／排泄器）及机舱主设计轻型冷却系统，可以在机舱外用海水不停冲淋；用喷洒系统对排气装置后面喷水。有水／气冷却尾板的排气装置也是为燃气轮机发动机实施冷却的选择方案。实际上，设计恰当的尾板排气装置将有可能替代现有的烟道。
　　要避免热源的集中，采用轻型的热绝缘产进行屏蔽也是重要的。当舰艇向战区转移期间，应停止使用厨房及生产类似热源的部门，且在作战期间只能使用最基本的辅助热源，所有非必需的热源均应切断。
　　大量的有关抑制红外的研究工作正在进行中。如得到应用的话，就会为包括沿船体及上层建筑热信号特征的均匀性（即均匀传播）在内的特征带来好处。

　　声信号特征问题也属于隐身技术的范围，借助隔声模块的安静型发动机和机械系统，单双浮筏上的减振座已用了几十年了，而安静型泵、空气压缩机和现有的类似系统都是成功的研制成果。

　　尽管侧斜多叶螺旋浆的设计已获得成功，但螺旋桨仍然是一个重要的声信号特征源。当航速约15～20kn时，110～130dB基准是10～10000Hz频率的声极限。一般来讲，声信号特征较大的反潜护卫舰或轻型护卫舰是不能被接受的。然而不幸的是，有些新投入使用的护卫舰设计的声信号特征超过了160dB,有些低频声信号特征高达190～200dB。相比之下，喷水推进器泵（在未来的推进系统中将要使用）据称在较高速度时能减少20dB声信号。

　　对于低速，装在“分离式尾构架”吊舱上的柴电驱动的可伸缩安静型螺旋桨或喷水推进器可以提供一种解决办法。由于“分离式尾构架”在低速时浸入水中，而高速时（傅汝德数大于0.4）脱离水面，这种喷水推进吊舱式推进器或泵喷水推进组合装置可以提供一种有效推进的解决办法，条件是在船型描述中使用正确设计的“分离式尾构架”。在这种系统中使用两种完全不同的推进手段，对选定的速度都有最佳效率。
　　船型产生了因高速湍流及不利海况下运动所引起的明显噪声。层流船体型线与改进的耐波船型相结合，由喷水射流式泵及吊舱式推进系统推进，将会在新型轻型护卫舰和护卫舰设计中加以认真考虑。减少尾流信号特征也是非常重要的，尾流信号特征必须加以伪装，以防来自空中的目视探测。　　对于通常由潜艇声呐使用的某些频率，水下船型的目标信号特征亦必须减少。
　　V型剖面具有的对某些声呐信号的反射特性比圆舭形低，为-10/15dB,而对于某些频率，还进一步低到-28dB。　　磁信号特征的电磁寂静和控制是21世纪舰艇面临的另一个问题。使用无磁复合也许将会在100m长的舰艇的船体和上层建筑建造中占优势。

　　重量控制工程将在新舰艇建造过程中起着重要作用。使用复合材料使重量减轻并增强了隐身性、生命力及性能，进而由于能够增加有效负载而带来更大的优势。复合材料轻型装甲也必须应用在所有关键性部位的设计中。

　　攻击与自防御海军战斗舰艇装备有区域防御系统，使用火炮、导弹和鱼雷进行进攻作战。箔条和电子对抗措施被认为是被动防御的一部分。随着高航速（ 40kn以上）与高回转率（4°/s以上），使得被动防御效果不断增加。

　　目标照射应限制在几秒钟内。“发射即忘掉”型导弹必须用于反击敌方导弹和水面或空中平台，而监视雷达必须具备超视距能力，并研制成高频表面波雷达（ HFSWR）系统。超音速船一舰导弹及更加先进的全自动电子对抗和通信系统将逐步引入，到2015年，水面战舰将拥有Aster15/30,Barak 1/11先进型“海麻雀”和垂直发射的滚动弹体导弹(RAM)。2015年后，激光炮、电热化学炮及更先进的灵巧型超音速导弹将逐渐投入使用。电子设备及武器系统的快速持续性发展需要集装箱式装置，每隔一段时间，当必要时就可以用现代化高技术改进型将其更换。
　　下个世纪对付来袭导弹的时间仅几秒钟，因此要求所有的电子对抗及作战系统、规避动作的指令、速度和操纵性实现自动化。

　　自防御单元将包括装有轻型传感器的被动式导弹和电子弹报警系统，这种传感器在伸缩桅上，可以上升到非常高的高度。这类顶警系统还可以通过不同的陆基、空基／太空基平台，使信息源得以增加。选择武器的电子设备和作战情报中心系统将主要取决于任务剖面、及海战的特殊需求。以前的趋势是使用相同设计或相同战舰参与不同的任务剖面，这种做法业已过时。此外，由于不可能设计一种信号特征不被看见的水面战舰，有一种可供选择的方案就是提供一种发射出导虚假信号特征的能力，提供的虚假回波及错误标志可迷惑敌方兵力。
　　打乱敌方识别程序，如能运用得当，就是最有效的隐身设计之一。能发出虚假信号特征的电子系统将是最重要的电子技术开发项目之一。另一方面，这需要开发尖端的敌我识别系统，以对抗这类电子威胁。

　　总而言之，提供优秀舰艇的唯一方案是设计一种费用少、速度快、耐波性强、操纵性佳的隐身平台。

风追云 · 发表于 2008-2-18 17:57:54

咱是外行，只能看看热闹了

cyx36 · 发表于 2008-7-29 11:10:53

军舰的防护性得好，不能一发反舰导弹一击中就完蛋。

傲视群龙 · 发表于 2009-9-2 13:56:25

我也是凑凑热闹呵呵支持一下！！

流逝的冰 · 发表于 2010-10-10 10:27:29

精辟…………抗打击性能在分析一下下更好
了就

laodongbeiren · 发表于 2010-10-13 11:23:26

这些在霉滴的濒海战斗舰上都有所体现了。

022符合上述中的几项吧。

zhiweidengni · 发表于 2010-10-13 22:43:22

我也是凑凑热闹呵呵支持一下！！

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