昨天搞了一個“核潛艇和常規(guī)潛艇誰更安靜”的投票，結(jié)果不出所料很多人選擇了“核潛艇更加安靜”，這令我相當感到欣慰，這說明起碼大部分參加我調(diào)查的朋友是有基本的海軍裝備認識的。不過，大家之所以填寫“核潛艇更加安靜”恐怕是來自于網(wǎng)上各種宣傳，但可能并不一定了解為何核潛艇更加安靜。那么，今天就從本人寫的核潛艇和常規(guī)潛艇的原理的專欄復習一下，為何如今的核潛艇比常規(guī)潛艇安靜很多。

讓我們先回顧一下潛艇產(chǎn)生噪音的幾個點位：主機、輔機、推進器和外殼水流噪音。

1、主機噪音

毋庸置疑，潛艇和所有的有動力的載具一樣，主動力系統(tǒng)必定是最大的噪音來源。現(xiàn)代核潛艇的主動力是汽輪機，而當代AIP潛艇的主動力就比較復雜，在水面和通氣管深度工作時是柴油機發(fā)電+電動機推進，在深水AIP航行是AIP系統(tǒng)發(fā)電+巡航電動機推進，在深水高速規(guī)避時只用大功率電動機推進。

首先講講核潛艇。

核潛艇的主動力系統(tǒng)自然是蒸汽輪機。蒸汽輪機是一種渦輪機，強大的干蒸汽流從熱交換器沖入汽輪機內(nèi)，推動葉片高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)出推力。去過發(fā)電廠的朋友可能都會對發(fā)電廠的汽輪機的轟鳴聲感到震撼，發(fā)電廠的汽輪機噪音可達80-120DB，潛艇內(nèi)部也不例外。

在汽輪機的噪聲綜合整治中，通常采用隔音罩、消聲瓦（艙內(nèi)貼敷）等手段，在潛艇還可以利用浮筏減震和有源對消技術(shù)，可以削減40DB以上的噪音，有效處理后汽輪機噪音可以控制在80DB-90DB，低速時噪音更低。

常規(guī)潛艇水面充電需要用柴油機。

柴油機雖然功率遠不如汽輪機，但是柴油機噪聲也一點不小。由于柴油機是往復式發(fā)動機，其活塞運轉(zhuǎn)、燃燒室點火、連軸機械噪音等相當巨大，而且由于柴油機在高速發(fā)電工況時因不斷地往復沖擊而產(chǎn)生強烈震動，會使得潛艇本身也產(chǎn)生共振。所以柴油機噪音是潛艇水面/通氣管深度最大的噪音。而且，由于柴油機中低速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低頻波，在海水中傳輸距離很遠，很容易導致自己被敵人提前發(fā)現(xiàn)。所以，當潛艇進入戰(zhàn)區(qū)后，就得關(guān)掉柴油機，用AIP或者電動機進入戰(zhàn)場。

雖然電動機的噪音比起柴油機小了很多——但是電動機也不是完全沒有噪音。電動機的主要噪音在于電磁噪音（因電磁場的交替變化產(chǎn)生的不均衡磁力，導致定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯發(fā)生周期性形變導致）、空氣氣流噪音（發(fā)電機冷卻風扇的噪音）和機械噪音。由于電動機高功率下電流極高，產(chǎn)生磁場非常強大，所以會導致轉(zhuǎn)子受到的電磁力矩很大，因此產(chǎn)生強烈的電磁噪音；由于大電流放電，會產(chǎn)生極高的電阻熱量，電動機內(nèi)又必須使用氣冷方式不斷進行散熱（潛艇電動機通常散熱的空氣會利用熱交換器給循環(huán)水加熱，然后循環(huán)水排入外部海洋）。在高速工況下，空氣氣流噪音會占到電動機噪音的70%，所以現(xiàn)實中絕大多數(shù)常規(guī)潛艇會帶兩個電動機，第一個是高速巡航的電動機，一個是靜音航速的低速巡航電動機，后者往往無需冷卻系統(tǒng)，所以常規(guī)潛艇在低速模式下（低于3節(jié)）會非常安靜，但這個速度只能用于預定海域的潛伏，在某些流速較大的海底還可能會“隨波逐流”。

說完了主機，就談談輔機。

核潛艇最重要的輔機就是它的泵系統(tǒng)。由于反應堆的熱水需要通過熱交換器將二回路水氣化，所以得有泵把一回路熱水帶入二回路；同時，由于冷凝器將通過汽輪機的蒸汽轉(zhuǎn)回水，也需要泵把這部分水帶回熱交換器完成循環(huán)，所以核潛艇的泵是無時無刻都要運轉(zhuǎn)的，否則發(fā)動機就無法正常運作。為了推動這些泵，潛艇還需要有強大的渦輪發(fā)電機系統(tǒng)，以發(fā)出源源不斷的電力，帶動水泵完成汽輪機的循環(huán)。所以，潛艇在中低速工況下，主泵噪音——尤其是一回路泵會占有較大比重。因此，在上世紀70年代以前，絕大部分核潛艇噪音都大于130分貝以上。

不過美國在1969年推出了革命性的實驗船——一角鯨號。該潛艇最大的改變是多設計了一組一回路管道，可以讓它在低速工況時憑借熱水的冷熱對流完成從高液面（高溫區(qū)）流入熱交換器，通過散熱片冷卻后，密度增加，從反應堆底部再回流堆芯，完成循環(huán)。這個原理和電油?。ㄓ屠涫诫娕瘹猓┑膶α髟硎窍嗨频模谶@個階段無需使用主泵。在需要高速巡航時，它可以啟動備用的一回路泵，使得短時間供應熱交換器的熱水大量增加，使得輸出動力大幅增加。這樣一來，就很好實現(xiàn)了削減低速噪音和保持高航速的均衡。通過使用自循環(huán)技術(shù)后，一角鯨號的反應堆噪音在低速下幾乎消除，只剩下渦輪發(fā)電機、推進汽輪機的噪聲，總噪聲下降到105分貝，比同期洛杉磯級核潛艇的115分貝，1984年開始服役的阿庫拉級的120分貝都有極為顯著的優(yōu)勢，因此該潛艇在大洋服役的30年里不斷前往蘇聯(lián)基地進行偵查，幾乎一刻不停，完成了罕見的兩次反應堆換料（同時代大部分的鱘魚級30年僅換料一次就退役了），獲得了大量集體榮譽。

不過自循環(huán)技術(shù)也有很多缺點，第一是設計極為復雜，第二就是體積甚大。由于熱對流只有在熱源和垂直液面頂端相距較遠的情況下才會有效產(chǎn)生，所以自循環(huán)堆需要較大的內(nèi)殼尺度。一角鯨號的內(nèi)艙因此比同期的鱘魚級核潛艇大很多，很多水兵會在反應堆艙附近聚集和娛樂（類似中國人在魚雷艙舉行的“龍宮運動會”）。由于設計非常出眾，美國潛艇此后享有蘇聯(lián)遠不可及的靜音技術(shù)直到現(xiàn)在，此后的海狼級，俄亥俄級、弗吉尼亞級，及法國人的凱旋級，英國機敏級、前衛(wèi)級也全部采用該技術(shù)，中國在2017年報道中國似乎也取得了該技術(shù)。在取得該技術(shù)后，核潛艇即使保持10節(jié)速度，也能控制在110分貝以內(nèi)，堪比常規(guī)潛艇3節(jié)的噪聲，戰(zhàn)斗機動性遠大于常規(guī)潛艇。

常規(guī)潛艇的輔機也主要是冷卻系統(tǒng)，在水面航行時還有強大的進氣噪聲。

柴油機運轉(zhuǎn)需要吸入大量的空氣，在潛艇水面航行時，頂部的艙蓋會被打開用于柴油機的進風，產(chǎn)生的強大風力讓人幾乎無法站穩(wěn)，同時潛艇的排氣筒也會轟隆隆噴出滾滾柴油濃煙，因此常規(guī)潛艇水面噪音中有一大部分都是空氣噪音。進入水下后，主要的噪音則轉(zhuǎn)為冷卻系統(tǒng)噪音，不過比起核潛艇整體還是可以控制的。

推進器噪音：

當代水下推進器都是利用前后壓力差產(chǎn)生向后的水流，以此的反作用力將船推向前方。因此原理都是很接近的。在現(xiàn)實中，當代潛艇主要是兩種推進器：螺旋槳和泵噴推進器，類似于飛機的螺旋槳和噴氣發(fā)動機。

縱觀潛艇推進器的發(fā)展，一直以來都表現(xiàn)在“增多葉片，降低轉(zhuǎn)速”方面。雖然最理想的高效螺旋槳應當是高轉(zhuǎn)速的三葉螺旋槳，但是高速螺旋槳產(chǎn)生液體空泡和氣蝕噪音的概率也更高，較低的航速下也會轉(zhuǎn)動較快，因此不利于消聲降噪。因此美國在1960年的長尾鯊級核潛艇率先采用七葉螺旋槳，相同航速下轉(zhuǎn)速得以大幅壓低，降低了空泡率，而同等技術(shù)一直到1980年代才得以普及。在世界普及大七葉螺旋槳后，英國在丘吉爾級潛艇率先使用了泵噴推進器，外部罩上了一個外殼，內(nèi)部設置導流板，螺旋槳替換為類似噴氣發(fā)動機渦輪機的渦輪形狀，推進效率更高，噪音更低，當年擊沉貝爾格拉諾將軍號的征服者號核潛艇就采用這種推進器。泵噴技術(shù)在1990年代普及在歐洲和美國所有的潛艇之上（不過英國快捷號除外，即使如此，它也創(chuàng)造了水底拍攝基輔號螺旋槳的壯舉），只有中國和俄羅斯（877V實驗艇用過，但未列裝；北風之神和亞森級不明朗）尚未推廣，現(xiàn)役主要動力還是大七葉螺旋槳。因此雖然低速工作條件下中俄潛艇噪音還能和歐美抗衡，在高速（超過10節(jié)）下的噪音就會顯著高于歐美主流核潛艇。

常規(guī)潛艇和核潛艇的螺旋槳、泵噴推進器并無太多區(qū)別。但是，考慮到常規(guī)潛艇的槳葉面積較小，發(fā)動機最大功率較低，在實現(xiàn)同樣是10節(jié)以上航速時，其推進器轉(zhuǎn)速會大于同等的核潛艇推進器轉(zhuǎn)速，所以高速工況下，常規(guī)潛艇的螺旋槳噪音也會大于核潛艇。

流體噪音：

流體噪音是潛艇水下高速航行的主要噪音之一，其來源是水流通過船體因表面張力和其他阻力而把動能轉(zhuǎn)化為聲波，和我們開車達到100km后，打開車窗感受到的風聲和阻力明顯大于未開窗水平是一個道理。所以理論上潛艇開的口子越少，同等浸潤面積越小，相同速度下流體噪音也越低。所以雙殼體潛艇因為必須要在兩層殼之間設置流水縫，導致開口必然多于單殼體潛艇，所以在高速下的阻力會顯著高于單殼體潛艇，噪音也會大一些。

流體噪音是核潛艇和常規(guī)潛艇差異最小的領(lǐng)域。而且考慮到常規(guī)潛艇普遍比核潛艇小得多，最大航速也慢很多，因此相關(guān)噪音也小得多。不過，整體而言在低速工況時，流體噪音可以忽略不計。

最后一項并不是噪音源頭，但同樣重要——水下動力儲備。

雖然理論上通過各種降噪控制，常規(guī)潛艇確實是可以在相同航速下維持和核潛艇差不多的噪音水平，但是他們本質(zhì)上的區(qū)別——動力源導致常規(guī)潛艇無法像核潛艇一樣執(zhí)行水下巡航任務。由于常規(guī)潛艇打開柴油機就必須上浮到通氣管深度，讓敵方反潛機和聲納得以捕捉，常規(guī)潛艇在戰(zhàn)區(qū)內(nèi)只能用蓄電池和AIP維持極低速度巡航。由于蓄電池的能量密度遠遠低于核動力，因此最好的非AIP常規(guī)潛艇——636基洛級也不過只能在水下以1.5節(jié)潛伏96小時（而209潛艇不到24小時，二戰(zhàn)潛艇不到12小時）。而配備AIP后，最多也只能以3節(jié)在水下潛伏15天。一旦潛艇被敵人發(fā)現(xiàn)，被迫要用全速逃離時，其20節(jié)的最大水下航速會導致500噸的蓄電池在4小時內(nèi)枯竭，而且需要上浮充電16小時才能恢復滿電力。相比之下，最先進的弗吉尼亞級潛艇可以在保持相同噪音水平（110-120分貝）下以12-16節(jié)速度在水下待命超過30天，一天走行距離就相當于基洛級潛艇全部電力下的4天潛航距離。同時，由于洛杉磯級以后的美國攻擊核潛艇在無威脅海域可以長時期維持26節(jié)以上航速，從2640公里外的關(guān)島潛艇基地開赴臺灣只需要56小時，而中國從舟山群島冒著美國反潛機威脅，出港就進入AIP巡航的039B型潛艇在56小時只能開行300公里，剛剛抵達臺灣東側(cè)洋面。所以，核潛艇遠超過常規(guī)潛艇的戰(zhàn)略機動性，和同等噪音水平下的速度優(yōu)勢，使得核潛艇能夠輕松獵殺一切海上的艦艇，只有最嚴密保護的航母戰(zhàn)斗群和處于本國堡壘海域的戰(zhàn)略核潛艇有足夠的“保鏢”來阻止攻擊性核潛艇的偷襲。

結(jié)語

雖然核潛艇的噪音水平和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)價值遠遠大于常規(guī)潛艇，但是核潛艇的高性能是以高價位換來的。如今美國的弗吉尼亞 BlockV單價已經(jīng)超過32億美金，可以購買10艘中國039B型潛艇，這種投資水平是一般國家根本無法負擔的。同時，由于核潛艇體積較大，不適合近海作戰(zhàn)（近海有大量礁石、沿海養(yǎng)殖業(yè)的障礙物，而且反潛機能夠用磁探儀探測到50米以內(nèi)的潛艇），使得中國、俄羅斯這樣和周邊有大量領(lǐng)海接壤和漫長海岸線的國家仍然有較大的常規(guī)潛艇需求空間。常規(guī)潛艇雖然速度較慢，但是在極低速度的情況下，安靜性仍然非?？捎^，可以在本國反潛機掩護海域執(zhí)行隱蔽潛伏哨的作用，讓對方艦隊和核潛艇不敢貿(mào)然進入看似風平浪靜的我國近海，從而將我國少數(shù)的核潛艇解放出來用于大洋決戰(zhàn)，這就是當代我國常規(guī)潛艇的最重要價值。