小知識(shí):潛艇有哪些至關(guān)重要的設(shè)備?
(接上期)
五、居住設(shè)施
潛水艇因?yàn)榭臻g比較緊湊,所以居住設(shè)施也比較狹窄。早期在035,401潛艇上沒(méi)有制水設(shè)備,所以潛艇上每一個(gè)人每天只能得到一茶杯的洗漱用水。而美國(guó)小鯊魚(yú)級(jí)潛艇從二戰(zhàn)開(kāi)始就有完善的制水機(jī),可以保證潛水艇每天4噸的飲用水的產(chǎn)量,可以洗衣服甚至洗澡。
潛水艇上的臥鋪一般是幾個(gè)人輪流睡的。如中國(guó)091潛艇的魚(yú)雷艙會(huì)睡60個(gè)人,而這60個(gè)人只有14張臥鋪。這要求就是每個(gè)人睡完之后上崗,把位置留給下一個(gè)人睡。同時(shí)魚(yú)雷架上等所有空間位置也都會(huì)安排臨時(shí)臥鋪。而且受制于空間原因,091的潛艇臥鋪長(zhǎng)度只有150cm,入睡的人只能蜷著腿睡。
現(xiàn)在潛艇的居住環(huán)境略微的好一些,比如像現(xiàn)在039型潛艇已經(jīng)配備了空調(diào)等設(shè)備,不過(guò)在。水中靜默航行的時(shí)候,空調(diào)因?yàn)樘嵘藵撏У暮碾娏?,所以也必須要關(guān)掉。
在飲食上來(lái)講,潛艇的炊事兵是比較忙的,因?yàn)榇妒聠T通常只有1~2名,但需要給潛艇上少則60人,多則100多人供用所有的伙食,所以,炊事兵基本上從起床就開(kāi)始做飯了。
潛艇的洗浴設(shè)施也是目前長(zhǎng)航潛艇的必備。一般來(lái)講和潛艇會(huì)有兩個(gè)浴室,這兩個(gè)意識(shí)是分開(kāi)設(shè)置的,第1個(gè)是專門(mén)供一般人員使用的浴室,第2個(gè)浴室是給維修核反應(yīng)堆時(shí),清洗人員放射性沾染所使用的浴室。俄羅斯?jié)撏踔吝€會(huì)攜帶一個(gè)桑拿房。
本段的視頻可以參考中國(guó)039型潛艇出海視頻以及俄羅斯核潛艇出海的視頻。



六、電池艙
無(wú)論是常規(guī)還是核潛艇,蓄電池都是必不可少的設(shè)施。在常規(guī)潛艇中,蓄電池是滿足水下無(wú)聲無(wú)息航行所必須的電力來(lái)源。在核潛艇中,蓄電池是在核反應(yīng)堆一旦出現(xiàn)故障無(wú)法運(yùn)行,而備份柴油機(jī)又無(wú)法馬上啟動(dòng)的情況下,潛艇自救所必須的電力來(lái)源。
電池兵的工作在中國(guó)跟著潛艇出海去這一集中有描繪。

七、動(dòng)力系統(tǒng):
動(dòng)力系統(tǒng)是區(qū)分核潛艇和常規(guī)潛艇最本質(zhì)的特征。常規(guī)潛艇通常采用柴油機(jī)發(fā)電——電池充電,蓄電池放電——發(fā)動(dòng)機(jī)前進(jìn)的模式。在早期潛艇中還有用柴油機(jī)直接帶動(dòng)螺旋槳的設(shè)計(jì),但在70年以后這種設(shè)計(jì)就不復(fù)存在了,目前所有常規(guī)潛艇都是在水面或通氣管深度使用柴油機(jī)發(fā)電帶動(dòng)電動(dòng)機(jī),以降低整體軸系的長(zhǎng)度。
如果是aip潛艇的話,它會(huì)比傳統(tǒng)的常規(guī)潛艇多出一個(gè)艙室,即所謂的aip動(dòng)力艙。Aip動(dòng)力分為兩種,一個(gè)是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),一個(gè)是燃料電池,還有一個(gè)是已經(jīng)被淘汰的閉式循環(huán)柴油機(jī)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是目前使用最為廣泛的水下不依賴空氣推進(jìn)系統(tǒng)。中國(guó)039AB,日本的蒼龍潛艇都來(lái)自于瑞典的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。而燃料電池技術(shù)是德國(guó)人獨(dú)有的,裝備在212型潛艇和出口的214型潛艇之上,使用氫氧燃料電池效率比較高,可以達(dá)到55-70%,但是氫氧燃料電池的缺點(diǎn)是必須攜帶一個(gè)巨大的液氫罐。
常規(guī)潛艇具體運(yùn)作可以見(jiàn)本人這一期專欄。

核潛艇的動(dòng)力系統(tǒng)比較復(fù)雜,基本上就如同一個(gè)小型的核電廠,有反應(yīng)堆艙、一回路(熱交換器和堆芯能量交換)、二回路(熱交換器和汽輪機(jī)的回路)、推進(jìn)汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)、主減速器、離合器、冷凝器、空調(diào)系統(tǒng)、鍋爐制水系統(tǒng)等等多個(gè)子系統(tǒng)。基本原理可以在本人這一篇閱讀到。


八、輔機(jī)
潛艇輔機(jī)是最容易被忽視的一類設(shè)備,但是他對(duì)潛艇的安全航行也事關(guān)重要。
首先對(duì)于所有潛艇都必須得有數(shù)種輔機(jī),第一個(gè)是主泵,它的作用主要是在潛艇進(jìn)水的時(shí)候迅速排空進(jìn)入艙室的海水。泵的好壞直接決定潛艇自救能力。
第二個(gè)非常重要的就是空氣壓縮機(jī)。
潛艇浮出水面的時(shí)候,需要用空氣壓縮機(jī)制造,儲(chǔ)存在高壓鋼瓶的壓縮空氣吹除壓載水艙的海水。同時(shí)潛艇魚(yú)雷發(fā)射也需要壓縮空氣將魚(yú)雷發(fā)射出去(二戰(zhàn)時(shí)代是壓縮空氣直接噴魚(yú)雷推出,只適合淺水,現(xiàn)代的使用壓縮空氣推動(dòng)一個(gè)活塞,壓縮海水形成射流推動(dòng)魚(yú)雷離開(kāi)發(fā)射管,避免了壓縮空氣深水時(shí)溶解于水體造成推力降低)。此外為了逃生自救,有的潛艇還會(huì)使用溶于水便劇烈反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì),注入主壓載水艙加快排水。
第三個(gè)是艙內(nèi)廢棄物排放設(shè)備,這個(gè)設(shè)備就像一個(gè)魚(yú)雷管,可以把食物殘骸等廢棄物用壓縮氣體排出艦艇外部。衛(wèi)生間也采用類似排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)也用于潛艇發(fā)射聲納干擾彈和救援信號(hào)彈。
第四個(gè)是艙內(nèi)氣體循環(huán)系統(tǒng),二戰(zhàn)潛艇沒(méi)有水下制氧機(jī),因此只能12-16個(gè)小時(shí)上浮一次,打開(kāi)空氣閥門(mén)換氣,這導(dǎo)致潛艇水下續(xù)航力不足。現(xiàn)代潛艇配備水下制氧機(jī),尤其是核潛艇配備了電解水制氧機(jī),可以幾個(gè)月不浮出水面。至于排出的二氧化碳,潛艇有兩種吸收模式,第一個(gè)是化學(xué)藥劑吸附,就是用氫氧化鈉、氫氧化鋰等物質(zhì)吸收二氧化碳;另一個(gè)就是類似AIP的設(shè)備,先把艙內(nèi)空氣加壓打入循環(huán)的海水,讓二氧化碳溶于水,不溶于水的氧氣和氮?dú)鈩t變成氣泡溢出。富含二氧化碳的海水很快通過(guò)潛艇換熱系統(tǒng)排出潛艇,實(shí)現(xiàn)了潛艇二氧化碳排出。
第五個(gè)就是上面提到的換熱系統(tǒng),它同時(shí)也是核潛艇的主冷卻機(jī)。常規(guī)潛艇柴油機(jī)、加速電動(dòng)機(jī)的廢熱,核潛艇汽輪機(jī)艙廢熱,冷凝器廢熱都會(huì)使用制冷劑換熱系統(tǒng)置換到海水之中,避免潛艇過(guò)熱。在缺乏電力的常規(guī)潛艇中,動(dòng)力艙一般都超過(guò)40度;核潛艇汽輪機(jī)艙因?yàn)檫B接著350度蒸汽管道,其溫度更高,所以091就配備了500kw的制冷機(jī),以降低汽輪機(jī)艙的溫度。091制冷機(jī)房相當(dāng)?shù)蜏?,只?18度,操作手必須穿全套棉襖,所以隔著一扇門(mén),一個(gè)酷暑,一個(gè)寒冬。
潛艇廢熱水也是深水明顯的熱信號(hào),能夠在平均溫度4度深海蔓延長(zhǎng)達(dá)數(shù)海里。因此俄羅斯2016年的換代魚(yú)雷配備了紅外導(dǎo)引頭,以跟蹤核潛艇深水排放的廢熱。
第六個(gè)是核潛艇必須有的備份動(dòng)力,通常為柴油機(jī)——蓄電池——推進(jìn)電機(jī)組合,用于核反應(yīng)堆失效后的自救,同時(shí)也為喪失冷卻的反應(yīng)堆爭(zhēng)取停堆的時(shí)間。美國(guó)核潛艇備份柴油機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)是著名的兩沖程費(fèi)爾班克斯-莫爾斯38D-8-?型船用柴油機(jī),二戰(zhàn)用于小鯊魚(yú)級(jí)潛艇主動(dòng)力,二戰(zhàn)后用于蘇聯(lián)TE3內(nèi)燃機(jī)車動(dòng)力(名為2D100),中國(guó)也進(jìn)口并生產(chǎn)過(guò),名為10L207E,用于巨龍、東風(fēng)1-3型內(nèi)燃機(jī)車。
第七個(gè)是潛艇電力管理系統(tǒng)。除了協(xié)調(diào)發(fā)電,充電,用電外,還需要為各種設(shè)備提供不同制式電力。潛艇一般是直流發(fā)電機(jī),以便直接為潛艇蓄電池充電;但有的設(shè)備,如雷達(dá)聲納往往需要交流電源。在過(guò)去晶體管逆變器,變頻器不流行時(shí),潛艇往往只能用變流機(jī)(一種電動(dòng)機(jī)帶的發(fā)電機(jī))將直流發(fā)電機(jī)輸出的電能轉(zhuǎn)為交流,相當(dāng)復(fù)雜,馬偉明第一個(gè)為人所知的成果就是多電樞發(fā)電機(jī),能讓常規(guī)潛艇柴油發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)出來(lái)直流電和交流電,降低了不少麻煩?,F(xiàn)代普遍用晶體管逆變器和變頻器解決這個(gè)問(wèn)題。

九、尾艙
該艙室主要是尾舵控制系統(tǒng)。該艙室也是潛艇最后一個(gè)有人艙室,通常會(huì)有一個(gè)出入口。印度“殲敵者”就因?yàn)槲才摮鋈肟谖搓P(guān)緊導(dǎo)致意外灌入海水而被迫大修十個(gè)月。
所以,潛艇雖然不顯山漏水,但他也是“麻雀雖小五臟俱全”,很多結(jié)構(gòu)的可靠性要求遠(yuǎn)大于水面艦艇。因此,全球能夠獨(dú)立建設(shè)潛艇國(guó)家少之又少,目前除了五大常任理事國(guó),能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)制造千噸級(jí)以上潛艇的國(guó)家只有日本和德國(guó)(恰好是二戰(zhàn)就有潛艇工業(yè)的國(guó)家),印度,韓國(guó)主要以購(gòu)買許可證在國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)為主,自主設(shè)計(jì)并不成熟;伊朗,朝鮮能獨(dú)立生產(chǎn)的潛艇僅限于500噸以下微型潛艇。