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舰船隐蔽性技术的发展

时间:2019-08-25 12:00 作者:未知
 

 

 

舰船隐蔽性技术的发展伍赛特1 水面舰船隐蔽性的现状与发展水面舰船的隐蔽性主要是防止来自海上或空中的雷达探测、红外探测,其次是反潜需要而产生的水声对抗。由于舰船在海洋中航行时会产生多种物理场,如电磁场、声场、红外场、电场、磁场、水压场、尾流场等,易于被敌方用来探测及用导弹、鱼雷、水雷等武器实施攻击。两次世界大战以来,随着现代探测设备和武器向高灵敏度、多效应、远距离的发展,舰船的暴露和被命中的概率大幅度提高。为此,设计建造一艘具有良好隐蔽性的舰船已是各国努力追求的目标雷达隐身技术是伴随着雷达的应用而出现的,特别是航空、航天等领域雷达隐身技术的发展,促使舰船雷达隐身技术进入更高层次。良好的隐身,可使一艘4000级驱护舰船的雷达截面积只相当于一艘500的巡逻艇。雷达隐身技术的关键就是减小雷达信号特征值—雷达截面积。当前的主要措施是对整舰的外形、船体、上层建筑、甲板突出物、水面舰船的桅杆和烟囱,采用避免形成角反射体的曲面设计及阻抗加载技术。今后朝向舰体及设备外形设计甲板面优化布置、新型涂敷型吸波材料及结构型透波材料和频率选择性设计等新型技术发由于低频声波在海水中衰减小、传播远、易于被声纳捕捉及引爆音响水雷,所以舰船声隐身技术迅速得到发展。一般通过声场控制设计获得优化隐身方案,从而控制舰船水下辐射噪声,降低舰船目标特性。目前采用的有顶层声学设计、低噪声螺旋桨喷水推进、阻尼及浮筏、管路降噪等。今后从设计、建造工艺及设备调试等方面向综合性整体降噪方向发展。舰船红外隐身技术是对抗红外探测、跟踪的一项综合技术,也是一种通过改变装备自身的红外辐射特性并使其温度与周围温度相接近,从而降低被发现和跟踪概率的措施。因此舰船红外隐身的基本技术是降温和屏蔽。如提高柴油机性能,改进燃料,在排气口处加装冷却装置,降低冷却水温度,涂敷反红外涂料等。随着红外成像及其末制导技术的发展,红外隐身向着更高阶段发展,诸如新型红外诱饵、目标对抗、吸波涂料、燃料添加剂、水下排气装置、冷却喷射系统、红外抑制系统、隐身结构设计等。舰船与水流间的相对运动所引起的舰船周围水域的压力变化,称为舰船水压场。一般中以上舰船在数十米的海底引起的压力变化峰值,可达到数百甚至数千帕。更由于舰船水压场与声场、磁场不同,其辐射功率通常在数百万瓦以上,极难人工模拟。所以早在第二次世界大战末期,德、美、苏联等国就先后研制了借助舰船水压场作用而动作的水雷,并投入实战,且收到良好效果。舰船水压场防护措施主要是优化舰体及附体的设计、控制舰船航行姿态、采用新型材料及涂料等。舰船在海洋环境中引起的电场叫做舰船电场,它是继声场、磁场、水压场等之后才兴起研究的舰船物理场。20世纪50年代开始,苏联就已开始研究,并装备了利用潜艇电场信号动作的非触发反潜锚雷。之后,美国、加拿大等国成功研究了按电场信号动作的水雷及舰船电场防护系统。研究表明,无论是运动的还是静止的舰船周围,都存在着电场,在距舰船10 m处,舰船电场强度可达mV/m的量级,足以引爆水雷。舰船电场一般由以下诸因素形成:船体不同材料间的腐蚀电流;船体上施行的各种防腐措施;船体漏电流;船体运动引起的电磁感应及摩擦等因素。日前国内舰船电场防护系统研究起步较晚,国外舰船通常采用以下防护措施:切断电源内部电路的电流;对舰船电场采取绝缘措施;按照金属的电极电位,选择金属制造受海水浸润的部件和船体;使用非金属材料制造受海水浸润的部件、采用有效的舰船电场补偿系统等。今后舰船电场防护的发展趋势是船体防腐与电场防护一体化,静电场、运动电场、尾流电场防护一体化,舰船电场与磁场综合防护一体化。舰船在建造与航行中,由于地球磁场的作用,在船体周围产生的磁场称为舰船磁场。舰船磁场分为两类,一是固定磁性磁场,它与建造地及建造工艺有关,一日形成之后基本不变;二是感应磁性磁场,它随舰船航行的纬度与航向变化。现代磁性水雷可按静磁、动磁、差动及磁场梯度等信号动作,其引信灵敏度可达2 nT/s,没有经过消磁处理的舰船是根本无法抵御磁性兵器的攻击。另外,舰船磁信号还被用来侦察定位。目前舰船的磁性防护分为两个方面,一是在消磁站通过岸站埋入海水中的各消磁线圈或船外敷设的各临时消磁线圈,消除舰船固定磁性,但由于其积累效应,必须定期消除;二是通过舰上消磁系统,使舰上各消磁绕组中的消磁电流自动跟踪舰船感应磁性的变化,补偿其感应磁场,由于其具有瞬时效应,必须做到动态自动补偿。猎扫雷舰艇必须严格控制上艇设备磁性及采用低磁船体与主机,使用低频和激光通信、采用隐蔽调谐或自动调谐方式等。目前的消磁系统有两种:一种是测量地球磁场―折算舰船磁场―控制消磁电流一消除感应磁性变化;另一种是用计算地球磁场来代替测量,其控制方式不变。今后舰船磁性防护的发展趋势是从固定磁性的消除向消磁过程自动化及舰船磁场稳定性方面发展,而相应舰上消磁系统则是从测地磁消舰磁系统发展到测舰磁消舰磁系统,从全船性消磁系统发展到分区消磁系统,从半闭环控制系统发展到全闭环网络控制系统。舰船在海水中航行时所产生的尾流是多种多样的按其物理效应划分,主要有声尾流、电场尾流、磁尾流、热尾流等。舰船尾流是由于船体的运动、螺旋桨或喷水推进器对海水的扰动产生的。只要有扰动,就不可能消除尾流。但是,采取一些措施来减小尾流是可能的。例如优化船体线型,设计性能优良的螺旋桨、控制巡航速度。另一方面、随着边界层控制技术发展越来越成熟,可以采用边界层控制技术来抑制尾流湍流度、改进尾流场特性、从而减小尾迹场当然,必须针对声场、电场、磁场、热场等不同特点进行专门有效的尾流防护。由于现代兵器已由单一引信或末制导方式发展为多种信号混合工作制,如磁一电、磁声、水压一声、磁一热等,所以现代舰船隐身技术的发展也必须是多种物理场综合防护兼优的系统,有的是一种措施多用途,有的是要兼顾两者的矛盾统一兼优。总之要扬长避短、计多用、在透彻剖析物理场产生机理的基础上、充分利用现代工程控制技术与网络技术,设计建造完善的、综合性的舰船防护系统。2 潜艇隐蔽性的现状与发展潜艇作为一种海战的装备,由于具有独特的隐蔽性和突击力强、机动性大、自持力久等优点,使其具备了不依赖空中支援、远离基地、单艇或多艇作战及与海军其他兵力协同作战,执行多种战斗任务的能力,在两次世界大战中取得了赫赫战果,显示了强大的威力,引起了世界各国的重视。海湾战争之后,有关军事专家认为,一些现有的和可以预见到的高技术将使今后20~50年的战争方式、作战概念、军事学说、军队编制体制等发生根本性变化,或者说将发生场新的军事革命。海军是技术含量高,综合性和立体性较强的军种,高技术必将对海战和海军建设产生更深刻的影响。高技术对作战平台的主要影响之一是必须使之进一步隐身化。在这一方面,潜艇仍将具有得天独厚的优势。尽管信息探测技术的发展将会使战场日趋透明,但它对潜艇的影响仍然比对海军其他作战平台的影响小得多。发展潜艇已成为各国海军建设的一个主要方向。隐身技术的本质在于使对方的各种物理场探测器失效,其主要途径是降低自己的目标特征,使其尽可能的小,或者与背景尽可能接近。从当前探测技术状态分析,影响潜艇之隐蔽性的首要因素仍是声信号,其次是非声信号,因此隐身技术也分为声隐身及非声隐身技术。潜艇由于大部分时间是在大洋深处游弋,因此,潜艇的隐敲性主要表现为提高声隐身技术,主要是降低机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声以及声目标特征。2.1机械噪声控制措施取消一些大的噪声源,如美国“海狼”级核潜艇,法国“红宝石”级核潜艇采用自然循环反应堆;在中低速工况时不用一回路主循环泵;取消减速齿轮箱,采用电力传动,使其噪声明显降低;对于仍采用齿轮的装置,不断改进齿轮结构,选用高性能材料,提高加工精度。为寻求更好的隔振技术,国外除继续研究高性能的浮筏外,还开辟了有源减振,ER可变流体基座等新的减振技术研究。2.2 螺旋桨噪声控制措施采用大侧斜、变距、多叶螺旋桨。这样可以改善桨叶处的水流和压力状态,延迟空泡,降低螺旋桨噪声。俄罗斯的636艇采用的就是7叶大侧斜桨。英国和日本采用高阻尼合金材料制造螺旋桨,可有效抑制桨叶振动,降低辐射噪声。法国的凯旋”级核潜艇采用了气幕降噪系统,在螺旋桨工作区域内注入一定压力的气体,延缓空泡的产生。采用喷水推进,既改变了螺旋桨叶片的压力,防止空泡产生,又能改善尾流性能,使航模糊,其导管还可屏蔽螺旋桨噪声辐射。试验证明,13叶泵喷水推进器比常规桨噪声可减小dB。英国的“特拉法加”级以及美国的“海狼”级潜艇均采用了这种技术。磁流体推进。这种推进装置通过磁场和电流的相互作用,对流经其内的海水产生强大的作用力,水流由船后喷出推进舰船前进。这种推进器推力较大、无空泡、无机械噪声,水的紊流较小,是潜艇理想的推进装置。2.3 水动力噪声控制措施改进外部设计,采用“水滴型”,尽量做到艇体表面光滑,减少突出体;艇上开孔数量应尽减少,大的开孔能自动启闭。开发各种流控技术,改变潜艇周围的压力场,消除流体分离,以减小水动力噪声。2.4 消声瓦技术目前消声瓦已广泛应用于国内外的潜艇。与初期相比,消声瓦的设计方法得到很大发展前可根据不同部位的噪声源特性设计相应的去耦、消声或吸声的瓦,其材料、内部结构也各有差异。据国外报道新一代消声瓦的吸声系数可达到0.9以上,可使敌方的声纳探测能力降低50%~75%,隐身效果十分显着。2.5 非声隐身技术对于雷达隐身红外隐身等非声隐身技术,在水面舰艇及飞机上应用的更广。主要有以下几个方面。2.5.1雷达隐身技术目前雷达波隐身技术的研究集中在三个方面:改进外形设计,减小雷达波散射面积;采用曲面设计,避免形成角反射体,隐蔽易射雷达波的设备,水线面以上倾斜平面设计;采用涂敷型吸波材料或结构型透波材料;阻抗加载技术。2.5.2 红外线抑制技术红外源是红外探测器和红外制导导弹捕捉的目标。先进的红外探测系统可利用目标的红外辐射能量和极小的温差即可探测到目标。红外制导武器由于抗干扰能力强,也对通气管航行的常规潜艇造成严重威胁。为此,国外专家认为:非声隐身技术中尤其要重视红外隐身技术研究。目前主要采用下列措施降低红外信号特征提高柴油机性能,改进柴油机燃料以改变排出气体的成分,从而降低柴油机自身热辐射强度;冷却排气管路中的热气流,在排气口处加装冷却装置,以降低柴油机排出的废气的温度;降低潜艇排出的冷却水的温度;潜艇壳体涂敷反红外涂料,降低潜艇热辐射强度;采用低辐射动力系统。2.5.3 电磁隐身技术严格限制艇上设备电磁辐射,采用隐蔽调谐,使用极低频和激光通信;降低潜艇磁辐射能量,如艇体采用低磁材料,艇内安装消磁系统,对主机、电站等主要设备作特殊低磁处理等。2.5.4 尾迹隐身技术主要是优化艇体;设计性能优良的螺旋桨及加大下潜深度等。参考文献[1] 邵开文,马运义. 舰船技术与设计概论[M]. 北京:国防工业出版社, 2009.07.