当一艘潜艇浮出水面时,首先映入眼帘的是如“驼峰”般的潜艇围壳。潜艇围壳被称作潜艇的“脸”,只是潜艇的“脸”长在潜艇的背上,形状各异。那么,潜艇围壳到底有什么功效?
早期的潜艇指挥台没有围壳,只是一个圆柱形耐压体。后来,指挥台里陆续加装了潜望镜、雷达、导航、通信等观通器材,导致指挥台体形越来越大,功能越来越多,成为潜艇上不可或缺的模块。
20世纪50年代,美苏两国纷纷研制出高速潜艇,水下航速提高到30节以上。航速提高,带来了指挥台阻力的增加。工程师在指挥台外部包裹上一层流线型外壳,以减小阻力,保护重要的观通设备和进排气管。
但海水从指挥台围壳流过时,受围壳阻挡水流速度会降低,在前端形成涡流。这种马蹄涡现象会在艇体上形成规律的水动力噪声,使潜艇容易被对方舰艇声呐探测到。除此之外,围壳后方还会产生不均匀伴流场,水流动到螺旋桨附近时产生剥蚀振动,增大螺旋桨噪声。
从实战角度出发,工程师尝试设计取消潜艇围壳,原因是围壳增加高度,在浅水区潜艇距离水面越近,越容易被对手发现,也容易产生碰撞事故。当潜艇浮出水面时,巨大围壳成为醒目标志,仿佛告诉对手“我在这里”。
工程师做了诸多设计,但均以失败告终。既然潜艇不能没有围壳,那么工程师就只能想办法去优化设计,降低围壳产生的各种不利影响。
通过研究他们发现,从围壳前端到艇艉的长度与整体艇长的比例保持在0.6-0.7之间最为合适,阻力系数较小,伴流场对螺旋桨的影响也较小。
此外,围壳外形设计也是一个重点。目前,潜艇外形主要分为3类:直壁型,如美国洛杉矶级、苏联德尔塔级潜艇;前倾后斜的斜壁型,如英国机敏级、日本苍龙级潜艇;圆滑流线的飞机座舱型,如苏联阿库拉级、维克托级攻击型核潜艇。
虽然围壳外形和尺寸越来越小,但潜艇工程师仍不喜欢它,总想将它彻底消除。但从目前潜艇设计技术来看,潜艇围壳强大的指挥、观察、通信功能仍无可替代。在未来很长一段时间里,各式各样的潜艇围壳仍将与潜艇为伴,工程师将不断优化设计,直到找到更好的替代方案。