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舰船隐蔽性总体设计概述

已有 2138 次阅读 2019-8-25 11:52 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 舰船, 隐蔽性, 设计, 红外特性, 声学 |文章来源:转载

舰船隐蔽性总体设计概述

伍赛特

 

1水面舰船隐蔽性的总体设计

由于水面舰船是海上浮动的钢铁堡垒,为完成各种使命,舰上装备有各种机电设备和电子装备,并存在各种能量转换系统,因此产生各种物理场。这些物理场除对本舰造成影响外,更重要的是为敌舰提供可供探测的物理场,因此,有目的地减小和控制本舰暴露在敌方面前的可观测特性,可提高自身的生存能力和作战的有效性。

当这些特性减小或得到了有效控制时,敌方就难以探测和识别本舰敌方发射的武器也难以捕获和瞄准本舰,从而降低了敌方的作战能力,我方则蠃得了更大的空间和更长的时间,对于保存自己和消灭敌人两方面都是有利的。有目的地控制本舰的各种物理场,涉及到从设计到使用的各个环节。从设计角度看,要采取各种措施减少自身的可探测特性;从使用角度看,要主动地控制自身在各种战术环境中的可探测特性,两者相辅相成。

水面舰船隐蔽性是舰船总体设计的主要技术领域之一,需从如下几方面对舰船存在物理场加以控制。

 

1.1 目标有效截面

随着水面舰艇的不断大型化,“裸露的”金属表面也越来越大。根据不完全统计,在水线上的船体及上层建筑面积与水线下的船体表面积之比约为32,以500级的导弹驱逐舰为例,水线船体及上层建筑“裸露”面积达二千多平方米。因此减少舰船的目标有效截面是总体设计的重要任务。

 

1.2 红外特性

水面舰艇对于热敏传感器或红外探头来说,是良好的热目标,因为海上背景环境相对较冷且一致性较好。为了与红外探测器和红外制导武器对抗,控制舰船的红外场是舰船隐蔽性的重要课题之在(35m的波段下,反舰导弹点红外制导的“亮点”是由舰艇上强辐射源引起的,而这些强辐射源恰恰就是烟囱部位和烟羽。资料表明,烟囱部位暴露的金属面积虽然只占全舰总面积的2%左右,但由于其温度高、所处位置高,故其在该波段的红外辐射量往往占全舰总辐射量的9%,因此,对水面舰船排气进行红外抑制是该波段红外隐身的关键。

在(814m波段下,当水面舰艇外形均采用了雷达波隐身设计后,上层建筑上由大量平板构成,这些平板在晴天阳光照射下,与海天背景产生温度差,即使在夜间,由于机舱、烟囱壁面温度髙于环境温度,也将与环境产生背景温差,这将使敌红外热成像探测和制导武器较容易看到该舰的热场分布,从而对其进行跟踪锁定和攻击。

低热辐射涂料对于降低舰艇与外界温度的热差异是有作用的,通常用在舰艇上的某些特殊区域,对特殊的背景条件和视线方向起作用。控制舰艇红外场的方法,包括控制热辐射的热管理技术、红外抑制技术的应用、热辐射设备的布置、隔离,舰艇的外形设计和表面涂料等。

 

1.3 声学特性

在舰船研制中,减振降噪已越来越受到重视,然而减振降噪的价值,除了降低噪声和振动对舰内的人员和设备的危害之外,更重要的是为了控制本舰的声学特性,对自身进行声学防护。因为良好的声学特性控制,对于降低敌方声纳的探测能力和提高本舰的传感器的探测能力都是有益的。因而降低舰艇的声学特性也是舰艇隐身性的重要课题之一。

舰艇的声学特性包括两个方面,其一为舰艇运行中自身产生的声学特性,其二为舰体对声音的反射特性。减小舰艇运行中产生的声音辐射包括机械隔离、消声措施和主动控制等手段。

机械隔离可用于主辅机设备上,手段是采用浮筏隔振技术;多数机械设备应有隔声舱(罩) 和弹性安装;轴系的水下部分应按流线型要求设计;对噪声贡献大的机械设备的船体附近喷涂或粘贴隔声材料等。隔离和消声的有效性与所用材料有关,因此应充分重视各种隔离和吸声材料的研制,提高减振降噪措施的效果。

对于可获取的声学特性的控制效果,通过设计可以实现的部分大约为60%,而余下的40%则要采用正确的使用和管理方法来达到。由此可见,使用和管理方法在控制水面舰艇声学特性中的地位。

 

1.4 光学特性和磁场、电场特性

光学特性主要是指在可见光范畴内的特性,内容包括对人的肉眼、光电系统、光制导导弹、炮弹和炸弹的防护等,舰艇研制中需重视的问题是上层建筑的尺度和形状,以及有助光学隐身性的涂料等。

磁特性的消除是设计良好的舰船消磁系统,电特性的防护是装设有效的电场防护系统保证舰船的磁场与电场补偿到规定值范围内,使其免受磁性引爆或电场信号动作的水雷、鱼雷的攻击。

 

1.5 电磁辐射特性

电磁辐射是水面舰艇探测和通信等系统设备的必不可少的手段。首先,要严格控制电磁辐射,即在编队中,并非所有舰只,在所有时间内,或在所有频段上都必须有辐射。其次,将电磁辐射控制和隐身性措施相结合,可降低敌方对本舰的探测能力。第三,为了减少由于电磁辐射而被敌方载获的概率,研究低截获概率探测器和电磁辐射设备的工作体制,降低被探测性的概率。

合理地使用隐身技术,舰艇将会有很好的隐蔽性,再加上有效地使用各种电子对抗手段,舰艇的攻击和防卫能力都会增强,完成战术使命的概率会大大提高。

 

2潜艇隐蔽性的总体设计

现代潜艇是海军的主战兵力之一,潜艇的主要优势在于其隐蔽性和突袭能力。潜艇隐蔽性,即将自身的特征信号隐蔽于背景之中,使对方难以探测、跟踪、攻击的性能,对潜艇进行水下探测的于段包括声探测、雷达(电磁)探测、红外探测、磁探测等。

一般来说,电场、磁场、红外场、水压场这些非声物理场,用灵敏的传感器都可以探测到,但探测水下航行潜艇的距离大致与潜艇的尺寸同量级,都难以实现远距离探测。电磁波在水中的衰减高达1.42×103f1/2 dB/kmfkHz),而声波在水中的衰减为0.012 dB/km,相差几千倍,只有声探测可以达到远程因此,潜艇的隐蔽性最主要的是声隐蔽性,即降低噪声、控制声目标强度,其次是磁隐身、红外隐身等。降低噪声、提高声隐蔽性,对战技性能可带来以下效益:

1)减小我艇暴露距离、提高潜艇隐蔽性;

2)增大我艇声纳探测距离;

3)减小敌水中兵器命中概率;

4)提高本艇水声对抗器材的效率。

 

2.1潜艇声隐蔽性与潜艇总体设计

潜艇声隐蔽性涉及到潜艇线型、排水量、主尺度、总体布置、船体结构、推进系统、动力及辅机设备建造工艺等诸多方面,因此,潜艇的声隐蔽性设计应与总体方案紧密结合、同步进行, 总体方案体现声学设计的要求,减振降噪措施应融入到总体方案及各阶段设计中,形成一个总体性能与声学性能兼优的总体设计方案潜艇的声隐蔽性设计一般经历几个阶段,见图1

 

1潜艇声隐蔽设计阶段框图

潜艇的声隐蔽性设计,应首先做好总体顶层声学设计,即从全艇总体角度岀发,全面筹划、制订对总体设计方案的要求、减振降噪技术途径及必须开展的专项课题(设备)研究、装艇设备振动噪声控制指标、施工建造的原则工艺等方面的设计工作。

 

2.2潜艇非声隐蔽性与潜艇总体设计

潜艇除声隐蔽性设计外,还应开展磁隐身、红外线隐身、雷达隐身的设计。主要措施为:釆用低磁性材料制造艇体和设备、装设消磁系统等以提高磁隐蔽性能;降低柴油机排气及排至舷外冷却水温度以提高红外隐蔽性能;在通气管航态时露岀水面部分涂敷雷达吸波材料,以防雷达探测。

 

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.




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2 杨正瓴 李毅伟

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