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舰船隐蔽性总体设计概述: wusaite 2019-8-25 11:52; 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 3 ： 2 ，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（ 3 ～ 5 ） m 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（ 8 ～ 14 ） m 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，电磁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 × 10 3 f 1/2 dB/km （ f ― kHz ），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 。图 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。参考文献邵开文，马运义 . 舰船技术与设计概论 . 北京：国防工业出版社 , 2009.07.; 个人分类: 科普集锦|2983 次阅读|0 个评论

舰船隐蔽性技术的发展: wusaite 2019-8-25 11:41; 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（大侧斜、变距、多叶，气幕降噪等）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（ 2 ～ 3 ） 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（岸站或活动消磁船）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（算）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（如舰体线型的声学、水压场、红外特性防护），有的是要兼顾两者的矛盾（如电场与磁场）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（ 1 ）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。（ 2 ）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（ 1 ）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。（ 2 ）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。（ 3 ）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。（ 4 ）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（ 10 ～ 20 ） 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。（ 5 ）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% ，隐身效果十分显著。 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：（ 1 ）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；（ 2 ）采用涂敷型吸波材料或结构型透波材料；（ 3 ）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（ 1 ）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；（ 2 ）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；（ 3 ）降低潜艇排出的冷却水的温度；（ 4 ）潜艇壳体涂敷反红外涂料，降低潜艇热辐射强度；（ 5 ）采用低辐射动力系统（燃料电池）。 2.5.3 电磁隐身技术（ 1 ）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；（ 2 ）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（包括指挥室围壳及其他附体）；设计性能优良的螺旋桨及加大下潜深度等。参考文献邵开文，马运义 . 舰船技术与设计概论 . 北京：国防工业出版社 , 2009.07.; 个人分类: 科普集锦|4518 次阅读|0 个评论

舰船新型动力技术研究及展望: wusaite 2019-8-25 11:25; 舰船新型动力技术研究及展望伍赛特 0 引言动力系统和装置是舰船的动力源，也是舰船的“心脏”，其技术的先进性对舰船装备和技术的发展具有关键性的意义。舰船动力技术无可置疑地是舰船的关键技术之一。因此，从现代舰船问世以来，人们一直极其重视舰船动力系统和技术的发展，曾经并持续对新型的舰船动力技术和系统（装置）作了多方面、不懈的探索、研究和努力，推动着舰船动力技术和系统（装置）永不停息地向前发展如前所述，在当今世界各国的舰船中，动力系统的配置比较多样化，核动力、蒸汽动力、燃气轮机、柴油机、柴燃联合等形式共同存在。潜艇主要采用核动力、柴电动力和 AIP 系统；驱护舰主要采用柴油机、蒸汽动力燃气轮机、柴燃联合等形式；航空母舰主要采用蒸汽动力和核动力等。随着时代的变迁、科技的进步和舰船技术及装备发展的需求，舰船动力技术正向着以采用综合电力系统技术为主的高效化、高密化、全电化发展，从而给舰船动力系统（装置）带来革命性的进步。下面简述舰船动力技术未来主要发展趋势和创新重点。 1 水面舰艇新型动力技术现代水面舰艇动力有柴油机、蒸汽轮机燃气轮机、核动力和联合动力装置等多种形式，未来的水面舰船动力系统将以采用综合电力系统为主，向高效化、高比功率、全电化方向发展。传统的舰船动力系统与电力系统共同构成动力推进系统。动力系统是指为舰船提供动力的系统和设备，而电力系统是指为舰船提供电能的输配电网等。将动力系统与电力系统结合构成舰船综合电力系统则是未来舰船动力的发展方向。舰船综合电力系统从电能的产生分配、管理调度、功率变换、舰载设备和高能武器负载直到电力推进系统各个方面进行综合优化和系统集成现代舰船采用舰船综合电力系统技术的优势和动因如下。 1.1 作为舰载高能武器的能量支撑舰船的高能武器如激光武器、电磁炮、电热化学武器等高能新概念武器在不远的将来达到实用阶段，这些武器的电力需求将呈现几何级数增长，如何合理地控制能量的配置使用，既保证推进、辅机用电，又能提供作战状态下的高能电力，科学地分配、控制各用电设备的电力，是传统的动力系统或推进系统无法从根本上解决的问题。而技术将成为解决上述问题最行之有效的技术途径。 1.2 提高动力系统的可靠性以及舰船生命力和综合作战能力在综合电力系统中，主动力系统与供电系统合并，舰船驱动采用电力推进，大大优化了发动机的配置，“主机推进，辅机发电”的概念将成为历史；采用集成化发电技术、环形电网和区域配电方式，减少了舰船特种装置所需发电机组、变流机组的种类和数量，有利于简化舰船动力系统的结构和配置，显著提高舰船生命力和作战效能。 1.3 有利于舰船总体设计的优化和减少舰船的噪声传统的动力系统设计方法在发供电、电力推进和舰载设备用电等系统之间是相互分离和割裂的，这不利于总体优化和对动力设备采取减振降噪措施，而 I 技术可以实现动力装置的灵活布置方式，使舰船总体结构更加合理，同时可对动力系统的设备采取有效的减振降噪措施。 1.4 运行灵活、经济性好，便于现代化改装随着超导技术、电子技术和整个工业技术水平的发展，尤其是逆变技术和永磁电机技术的发展，可以预料综合电力推进系统将会在今后的大中型军用舰艇与民用船舶上有较大的发展美、英、法等国海军都相继制订了开发水面舰船综合电力推进计划，瓦锡兰等公司也在大力研究开发这项新技术。 2 潜艇新型动力技术目前，潜艇上的动力系统体积和重量几乎占据了潜艇总重量及其内部空间的 40% ～ 50% ，潜艇动力系统挤占了极为宝贵的艇上空间和重量，影响着潜艇其他相关技术的发展和应用。为了摆脱或减少动力系统对潜艇技术发展的影响或制约，世界各潜艇强国均花费巨大的财力、人力资源，持续不断地探索、研究潜艇动力技术和动力系统（装置），并已取得令人瞩目的创新成果，促使新型的舰船动力技术和系统不断出现。这些新型的舰船动力技术和系统，不仅被应用在相应的系统（装置）和潜艇上，从而还促使传统的直接传动推进方式向电力推进的间接传动方式转变。这也体现了现代舰船动力技术向高效化、高密化、电力化发展的大趋向。潜艇动力技术发展的趋向和重点主要体现在以下几方面。 2.1 核动力核动力装置被应用于潜艇已有半个世纪了。在核动力潜艇的发展过程中，美国、苏联 / 俄罗斯、英国、法国、中国等核大国均对潜艇用核动力装置进行了大量的研发工作。潜艇核动力装置和技术的主要发展方向为：（ 1 ）不断提升功率水平和功率密度；（ 2 ）不断提高核动力装置的固有安全性；（ 3 ）系统和设备配置简化，布置形式由分散型向紧凑型、一体化和集成化发展；（ 4 ）不断探索新型核动力装置；（ 5 ）研制高性能燃料元件，延长堆芯寿命；（ 6 ）反应自然循环能力不断增强；（ 7 ）运用减振降噪措施，降低核动力装置的噪声；（ 8 ）积极发展和应用电力推进及综合电力技术。当代核潜艇普遍采用压水堆核动力装置，这种动力装置已在世界各国的核潜艇上占据统治地位达半个世纪之久，其技术发展方向是向“一体化”、“集成化”的自然循环反应堆发展。但是，压水反应堆功率密度增加的潜力似乎已不大，开展更安静、体积小、重量轻、效率更高的新型核动力装置已势在必行。美国战略研究所、国家航空与航天局、空军及国防部防卫办公室曾联合成功地研制了采用热离子和热电系统的 SP100 型空间反应堆系统；在此基础上，美国通用核能公司正研发一种（ 500 ～ 5000 ） kW 功率的采用热离子和热电系统的反应堆，它可用于驱动 30 级的潜艇。这种新型的反应堆无需使用传统核反应堆的一回路和二回路等热交换回路，可直接把反应堆的高温转变为电能，而且具有很长的运行寿命。同时，这种新型的技术简化了反应堆的结构，减轻了反应堆的重量，具有更强的抗冲性能，从而大幅度减少了潜艇动力系统在艇内占据的空间和重量。因而，国外潜艇专家把装备这种热离子和热电系统核反应堆的未来潜艇，称为潜艇技术发展的第六个里程碑。 20 世纪 90 年代前后，人们还提出了一种热效率比压水堆或液态金属冷却反应堆更高的气冷核反应堆。米歇尔・戈雷等曾在 1990 年 4 月号的《科学美国人》杂志上发表“先进的轻水反应堆”论文中说：“气冷核反应堆的主要优点是理论工作温度为 700 ℃以上，比压水堆和液态金属冷却反应堆各自达到的 30 ℃和 350 ℃要高得多。气冷核反应堆通常可以将其热能的 40% 转换成电力，而压水堆的转换效率却为 33% ”。虽然，这种反应堆近期内还不能取代目前绝大多数核潜艇使用的压水堆，但是气冷核反应堆极有可能会成为未来压水堆的又一个取代者。同时，未来核潜艇也将向采用综合电力推进系统发展，以替代汽轮机直接驱动推进器的直接传动推进方式。 2.2 AIP 技术常规潜艇采用 AIP 系统，极大地提高了潜艇的水下续航力，吸收了常规动力潜艇和核动力潜艇的长处，必将对常规潜艇的发展带来革命性的影响，可以预料，加装 AIP 系统必将是 21 世纪常规动力潜艇的标志性技术。由于各个国家的潜艇活动区域不同，技术水平、拥有的产品专利各异，以及对常规潜艇任务需求也不一样，因此形成了世界上常规潜艇 AIP 系统百花齐放的局面，在众多的 AIP 系统中，热气机、小型核动力装置和燃料电池三种 AIP 系统脱颖而出，均已达到了实艇应用阶段，但真正具有“无限长”水下续航力的 AIP 系统为低功率小型核动力 AIP 系统（ LLNP/AIP ）。采用 LINP/AIP 技术，将彻底解决常规潜艇水下续航力短的问题，使其暴露率接近零。研究和发展水下持续时间长、高效率、安全可靠的 LNP/AIP 系统装备常规潜艇，将是常规潜艇动力技术跨越式发展的一条有效途径。而非核 AIP 技术中应以燃料电池 AIP 系统（ FC/AI ）作为发展方向，用于未来安静型新概念常规潜艇，使常规潜艇隐蔽性更好、作战能力和生存能力更强。应该说明的是，当前常规潜艇存在直接传动的推进方式和电力推进的间接传动方式两种形式。如同未来舰船的动力系统（装置）将向综合电力系统技术发展一样，未来常规潜艇的动力系统也将以电力推进取代直接传动方式。 2.3 永磁电机技术严格地说，永磁电机的概念早就提出来了，但是由于永磁材料的问題尚未解决，所以技术上的可行性未能实现，随着磁稳定性时间长、抗冲击、振动和高温的高导磁率磁体的出现，此项技术得以实现。与传统的舰船推进用电机相比，永磁电机具有的诸多优点使其在舰船推进领域具有广阔的发展前景目前，永磁技术已应用于潜艇上，德国“ U212 ”级潜艇采用了西门子公司的永磁电机作为推进电机。新一代柴电——全电力推进舰船肯定会考虑采用永磁电机。 2.4 泵喷推进和磁流体推进技术英、美、法等国新型核潜艇广泛釆用泵喷推进，使其全艇辐射噪声已经降到海洋背景量级，俄罗斯的“台风”级核潜艇也准备采用泵喷推进技术。美国于 1980 年完成了 300kW 的磁流体推进船海上试验，并制造了 220 kW 的样机。日本在这一领域进展很快，于 1985 年成立了“磁流体推进开发委员会”，开始从事磁流体推进船的开发。 1992 年，世界上第一艘载人磁流体推进船“大和一号”在日本神户港正式试航成功，标志着磁流体推进技术进入实用阶段。我国有关研究单位从 20 世纪 70 年代初即开始了磁流体推进（ MHD ）方式的研究，并取得初步成果：近十年来，我国已将 MHD 研究列入国家 863 高技术研究发展计划中，以中科院电工所为主开展深入研究，已取得相应研究成果。磁流体推进器是一种全新的推进装置。它利用海水的导电性能，让海水通过一定形状的槽道，槽道与海水形成电的回路，槽道外面由超导磁场产生高强度的永久磁场，当电流在槽道内的海水中流动时，在磁场的作用下，海水会产生洛伦兹力将海水推向船后或船首，使船产生向前或向后的推力。超导磁场是这种推进技术的必要因素，因为它们以较小的电损耗提供高磁场，而超导磁场需要深冷能量维持低温。磁流体推进由于不需要螺旋桨和轴系等运动部件，而是直接将电磁能转换成推力，因此不会产生“空泡”现象，也不存在传动轴振动造成的噪声，所以速度快、效率高、隐蔽性好，它在潜艇、超高速客货轮等方面有着很好的应用前景。 2.5 仿生推进技术仿生推进是潜艇推进技术的革命，这种推进方式是仿生学和潜艇推进结合在一起的产品，这种推进方式跳出了传统推进的理念，不存在单纯的推进机构和推进器，采用仿生推进方式，需要整个艇体的配合，目前的刚性艇体的概念将成为历史。要实现仿生推进，需要在艇体材料、结构和控制等方面取得突破性进展。仿生推进技术不仅对潜艇的推进技术是一个跳跃式发展，对潜艇艇体设计、潜艇控制等都是一个全新的设计概念。 3 舰船动力系统网络化与智能技术随着计算机技术和电子技术的飞速发展，舰船动力系统控制的发展也越来越快，动力系统控制的概念也会越来越新。未来的舰船动力系统控制将会由单纯的遥控、微机自控向网络集中控制发展；由程序化控制向智能化控制发展；由动力系统本身自成体系的控制系统向全艇分布总线式控制系统发展，并成为潜艇全艇信息网络的重要构成部分；由控制、监测、自动记录向控制系统性能监测、故障定位和专家系统方向发展。参考文献邵开文，马运义 . 舰船技术与设计概论 . 北京：国防工业出版社 , 2009.07. 伍赛特 . 高性能船舶动力装置发展前景 . 水运管理 ,2019,41(06):21-25. 伍赛特 . 基于潜艇 AIP 动力装置的热力发动机闭式循环特征研究 . 内燃机 ,2018(06):54-57+62. 伍赛特 . 斯特林发动机应用于潜艇 AIP 动力装置的前景展望 . 装备制造技术 ,2019(01):107-110+114. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 核动力舰船发展前景展望 . 节能 ,2019,38(03):117-120. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 伍赛特 . 潜艇用闭式循环柴油机 AIP 装置研究综述 . 中国水运 ( 下半月 ),2019,19(02):94-95.; 个人分类: 科普集锦|5148 次阅读|0 个评论

舰船动力系统发展趋势展望: wusaite 2019-8-25 10:53; 舰船动力系统发展趋势展望伍赛特 1 舰船柴油机领域舰船柴油机技术在当前的发展主要表现在以下几个方面：（ 1 ）现代设计理论和方法在舰船柴油机上的应用。（ 2 ）现代测试技术、新材料（如钛合金、碳纤维和耐高温耐磨陶瓷等）在柴油机上的应用。（ 3 ）其他工业技术领域（航空、宇航和汽车等）已成功应用的新技术移植到舰船柴油机上。（ 4 ）机电一体化技术在工业领域中的广泛应用，电子元器件可靠性的提高，将会加速电子调速器、电子喷射、可调进排气正时、可调式增压器等新技术在舰船柴油机上的应用。（ 5 ）高速大功率舰船用柴油机的发展重点是提高可靠性和使用寿命、降低成本、降低油耗、改善低工况性能、降低排放、增加柴油机的适应性、简化维修和提高自动化水平。舰船柴油机技术发展的基本趋势是：不但提高平均有效压力、提高单机功率、减少比重量和体积，尽可能降低各种工况下的燃油消耗率、降低 NO 及烟度，采用高压共轨或其他电喷供油系统、采用相继增压、低负荷用进排气旁通、高负荷用放废气等技术实现柴油机的全工况优化以及电子监控系统集成智能化。 2 蒸汽推进策统和联合推进统领域我国海军在大中型驱逐舰上，多采用蒸汽推进系统和联合推进系统。由于舰船蒸汽推进系统的发展受到舰船柴油机和燃气轮机发展的影响，蒸汽动力在中小型舰船上的应用日益减少，但由于常规蒸汽动力具有功率大，寿命长和造价低等其他推进系统所不及的优点，因此其在大中型舰船和航空母舰上将被继续采用，并占有重要的位置。 3 舰船燃气轮机的展望（ 1 ）海军大中型水面舰船推进动力的燃气轮机化趋势越来越明显，渐成不可逆转之势。（ 2 ）舰船燃气轮机将继续奉行¨航空派生”为主的政策。（ 3 ）现在简单开式循环燃气轮机已得到充分的发展。民航发动机的压比已从低于 12 提高到 30 左右，燃气初温也从 1 200 ℃增加到 1 600 ℃左右，近期内将可达到 1 700 ℃，考虑到航空改装的船用燃气轮机的初温一般比相应航空发动机的初温低 70 ～ 100 ℃，故近期内，预期会出现以燃气初温 1 600 ～ 1 650 ℃、压比约 35 运行的由航空改装的船用燃气轮机。此时发动机最大连续功率的耗油率约为 120 g/ （ kW · h ），比功约为 325 kW/ （ kg/s ），使较大功率的燃气轮机的耗油率至少在全功率下接近甚至低于目前高速柴油机的水平。舰用燃气轮机的发展将围绕着提高功率、降低油耗（最大和部分工况）、更大的比功、低的排放指标、减少尺寸和重量，以及提高可靠性与可维性进行。（ 4 ）发展燃气轮机装舰技术日趋重要。 4 综合电力推进系统领域随着超导技术、电子技术和整个工业技术水平的发展，可以预料综合电力推进系统将会在今后的大中型军用与民用舰船上有较大的发展。美、英、法等国海军都相继制订了开发水面舰船综合电力推进计划，瓦锡兰等公司也在大力研究开发这项新技术。 5 常规潜艇动力系统领域目前我国常规潜艇动力系统存在直接推进和电力推进两种形式。从世界常规潜艇发展趋势来看，电力推进已取代了直接推进的方式。从 20 世纪 80 年代开始，常规潜艇在延长水下经航时间、提高推进效率和采用新型推进器等方面有了很大的进展。常规潜艇动力系统的发展主要在以下几个方面。 5.1 加装AIP系统常规潜艇加装 AP 系统是其发展趋势，西方许多国家竞相研究开发 AIP 系统就说明了这点。由于各个国家的潜艇活动区域不同，技术水平、拥有的产品专利各异，以及对常规潜艇的任务需求也不一样，因此形成了世界上常规潜艇 AIP 系统百花齐放的局面。但是随着时间的推移以及对 AIP 系统的深人研究，现在形势比较明朗，在众多的 A 系统系统中，热气机、小型核动力推进系统和燃料电池三种 AP 系统脱颖而岀，均已达到了实艇应用阶段，取得了预期的效果。其中热气机 AIP 系统在瑞典皇家海军的潜艇上已经服役了相当长一段时间，并向许多国家出口了该系统，是惟一在役的常规潜艇 AIP 系统。热气机（ SE ）的热力循环方式是斯特林循环，因此也称为斯特林发动机。其工作特点是工质不与外界环境交流，形成闭式循环，振动和噪声小；低工况扭矩特性好；在整个负荷和转速范围内，热效率变化率比柴油机小；与柴油机相比，其由冷却水带走的热量大一倍，由排气带走的热量却很小；启动性能较差。燃料电池（ FC ）是将燃料中的化学能直接转变成电能的一种特殊动力转换方式。从其最初实验至今已有一百多年历史，直到 20 世纪 60 年代才取得突破性进展，目前已在宇宙飞船、深潜器、航标灯和无人声纳站等领域得到应用。燃料电池具有热功转换效率高、几乎无噪声声隐蔽性好、排温低——红外隐蔽性好、排放无污染—一光隐蔽好、易于布置和安装、维护保养简单方便等优点，所以在舰船上有着广阔的应用前景。燃料电池是缩短常规动力潜艇和核动力潜艇之间技术差距的有效途径之一，美国、德国、意大利、荷兰和日本等国正在进行这方面的技术开发工作，其中主要是美、德等国，美国以磷酸型燃料电池为中心开展研究，德国已完成常规柴电动力加装燃料电池的混合动力潜艇的海上试验，目前正在研制全燃料电池推进的潜艇。日本等其他国家正在进行将其应用在水面舰船和民船方面的研究工作。虽然燃料电池目前尚未真正达到可供经济实用的阶段，但在近几年内，预计将会在包括军船和民船在内的整个船舶领域开始进入实用化的阶段。如采用电热联供装置，其效率可达 80% 以上，是其技术发展的一个飞跃，也是舰船极为理想的动力源。所以在 21 世纪内，燃料电池作为舰船电源系统将受到人们日益普遍的重视。常规潜艇采用 AIP 系统，极大地提高了潜艇的水下续航力，吸收了常规动力潜艇和核动力潜艇的长处，必将对常规潜艇的发展带来革命性的影响，可以预料，加装 AIP 系统必将是 21 世纪常规动力潜艇的标志性技术。 5.2 采用永磁推进电机严格地说，永磁电机的概念早就提出来了，但是由于永磁材料的问题尚未解决，所以技术上的可行性未能实现，随着磁稳定性时间长、抗冲击、振动和高温的高导磁率磁体的出现，此项技术得以实现。与传统的舰船推进用电机相比，永磁电机诸多优点使其在舰船推进领域具有广阔的发展前景目前永磁技术已应用于潜艇上，德国 U212 级潜艇采用了西门子公司的永磁电机作为推进电机。新一代柴电推进一一全电力舰船肯定会考虑采用永磁电机。 5.3 采用泵喷推进和磁流体推进英、美、法等国新型潜艇广泛采用泵喷推进，使其全艇辐射噪声已经降到海洋背景量级，俄罗斯的“台风”级潜艇也准备采用喷水推进技术。美国于 1980 年完成了 300 W 的磁流体推进船海上试验，并制造了 2 250 kW 的样机。日本在这一领域进展很快，于 1985 年成立了“磁流体推进开发委员会”，开始从事磁流体推进船的开发。 1992 年，世界上第一艘载人磁流体推进船“大和一号”在日本神户港正式试航成功，标志着磁流体推进技木进入实用阶段。磁流体推进器是一种全新的推进装置。它利用海水的导电性能，让海水通过一定形状的槽道，槽道与海水形成电的回路，槽道外面由超导磁场广生高强度的永久磁场，当电流在槽道内的海水中流动时，在磁场的作用下，海水会产生洛伦兹力将海水推向船后或船首，使船产生向前或向后的推力。超导磁场是这种推进技术的必要因素，因为它们以较小的电损耗提供高磁场，而超导磁场需要深冷能量维持低温。磁流体推进由于不需要螺旋桨和轴系等运动部件，而是直接将电磁能转换成推力，因此不会产生“空泡”现象，也不存在传动轴振动造成的噪声，所以速度快、效率高、隐蔽性好，它在潜艇、超高速客货轮等方面有着很好的应用前景。 5.4 采用综合全电力系统舰船综合全电力推进系统研制已列入美、英等国海车的发展规划，并正在有计划地实施在我国综合全电力系统也开始受到关注，但仍有待技术决策部门规划，作出研制具体安排。 5.5 动力系统控制的网络化和智能化随着计算机技术的发展，动力系统控制由单纯的遥控、微机自控向网络集中控制发展；由程序化控制冋智能化控制发展；由动力系统本身自成体系的控制系统向全艇分布总线式控制系统发展；由控制、监测、自动记录向控制系统性能监测、故障定位和专家系统方向发展。 5.6 开展仿生推进的先期研究开发工作仿生推进是潜艇推进技术的革命，这种推进方式是仿生学和潜艇推进结合在一起的产品，它不光对潜艇的推进技术是一个跳跃式发展，对潜艇艇体设计、潜艇控制等都是一个全新的设计概念。 6 传动装置领域随着舰船动力系统的发展，简单标准型后传动装置已不能完全满足需要，后传动装置今后的发展会有以下特点：（ 1 ）从单个传动部件的研究设计发展到整个后传动装置的综合研究设计。（ 2 ）传动装置的研究设计与船一机综合分析研究相结合（ 3 ）开展大功率、大扭矩，低重量功率比，高机动性，高抗冲击与振动，低噪声，并车传动和行星传动技术方面的研究。 7 舰船隐身性领域为提高舰船的隐身性，对于动力系统而言，必须重点减小两方面的物理场：（ 1 ）降低舰船水下噪声场和水上噪声场，其中尤以动力系统机械设备运行时产生的结构噪声而形成的水下噪声场最为关键，这种噪声具有容易被识别的特点，对舰船隐身性的威胁最大。这方面的发展情况请参见第十三章有关内容。（ 2 ）舰船的红外场主要由动力系统机械设备运行时排气中携带的热量产生，使之成为红外侦察仪和红外制导武器的目标。同等功率下形成的红外场强依次为：燃气轮机（排气温度最高，排气中携带的热量次之），蒸汽轮机（排气温度第四，排气中携带的热量最多），热气机（排气温度次之，排气中携带的热量第三），柴油机（排气温度第三，排气中携带的热量第四），燃料电池（两者均第五），核反应堆则基本上无排放。其 250 ～ 600 ℃的排气是产生波长 3 ～ 5 m 中红外的辐射源，而中红外是红外制导导弹的目标，所以对中红外频段的抑制比较重要，现在都在对降低由前四者的排放而引起的红外场强进行研究。 8 推进监控系统舰船推进控制系统包括推进系统自动控制和远操系统。舰船推进监控系统的主要功能是对推进系统的主要运行参数进行釆集、处理、运算并进行显示、报警和纪录，并对机器的运行状态进行监视、故障诊断和趋势预报等。在 20 世纪 60 年代以前，推进监控系统重点是发展主要设备的单元自动化。到了 70 年代前后，计算机技术的引入给舰船推进监控系统带来了一场革命，舰船推进计算机监控系统的发展经历了从单个中央监控机到分布式小型机 / 微机再到现场总线网络系统。这种全数字、全分散和全开放式的局域网络推进监控系统的发展开创了难以预计的生命力。计算机网络技术的发展，通信可靠性大大提高，现场总线网络的出现又使控制与监测都可集成于一个系统之内，因而推进系统以至于机舱系统，可实现分散控制，集中管理。目前国际上先进的军、民舰船领域正在发展以现场总线控制系统计算机网络技术标志的综合平台管理系统（ PMS-Integrated Platform Management System ），它是当前推进监控以及机舱自动化技术水平的标志。民船则将从全船自动化向船岸一体化过渡。 PMS 的基础是可靠的平台网络和符合标准化、模块化的设备。参考文献邵开文，马运义 . 舰船技术与设计概论 . 北京：国防工业出版社 , 2009.07. 伍赛特 . 船用柴油机应用前景展望 . 柴油机设计与制造 ,2018,24(03):1-4. 伍赛特 . 燃料电池技术应用研究及未来前景展望 . 通信电源技术 ,2019,36(05):86-89. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 伍赛特 . 船用柴油机及轮机系统的节能措施研究 . 上海节能 ,2019(04):271-274. 伍赛特 . 高性能船舶动力装置发展前景 . 水运管理 ,2019,41(06):21-25. 伍赛特 . 核动力舰船发展前景展望 . 节能 ,2019,38(03):117-120. 伍赛特 . 潜艇用闭式循环柴油机 AIP 装置研究综述 . 中国水运 ( 下半月 ),2019,19(02):94-95. 伍赛特 . 斯特林发动机应用于潜艇 AIP 动力装置的前景展望 . 装备制造技术 ,2019(01):107-110+114. 伍赛特 . 基于潜艇 AIP 动力装置的热力发动机闭式循环特征研究 . 内燃机 ,2018(06):54-57+62. 伍赛特 . 舰用燃气轮机动力装置的前景展望 . 现代制造技术与装备 ,2018(12):204-206. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 加汽式燃气轮机应用于舰船动力装置的前景分析 . 机电信息 ,2019(24):51-52.; 个人分类: 科普集锦|4314 次阅读|0 个评论

[英语专著]C.S. Knighton, D.M. Loades，The Anthony Roll of...: kourgane 2017-12-1 19:45; C.S.Knighton, D.M. Loades Book The Anthony Roll of HenryVIII’s Navy English 2000 略《安东尼战船书》是一套三卷本的英国皇家海军舰船的图卷，图文并茂，内容详细记载了亨利八世治下， 1546 年的皇家海军的军舰，其内容包括：彩色插图、船舶吨位、武器装备、人员配备等情况。该书是 16 世纪唯一一本包括了当时各种船舶类型信息的著作。 2000 年该书被整理出版。该书主要内容，第一部分关于《安东尼战船书》的介绍、炮火、玛丽罗斯号发掘验证、艺术价值、旗帜、桨船的研究文章；第二部分包括 1514 年目录，文本与附录，船舶列表与船舶名称注释，词汇表与索引。按照《安东尼战船书》的分类，所有战船可以分为三卷，第一卷为克拉克船目录，第二卷为加莱斯战船或者就是 galleon 船目录，第三卷为轻浅便利船（桨帆并用船）。大量的彩色船图，网络上大量船图来自于这本书；了解都德王朝海军状况的最为全面的一本。特别是其战船分类方法，为我们提供了大量的直接信息。; 个人分类: 英文专著|1641 次阅读|0 个评论

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