核潜艇的＂销声匿迹”之术

王毅

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作为“杀手锏”武器，核潜艇在成为本国重要战略威慑手段的同时，也成为他国时刻警惕并极力搜捕的目标。一般来说，核潜艇在航行过程中所产生的可视光信号、电磁信号、红外信号以及噪音都可能被他国监测发现，但是海水对电磁信号、红外信号和可见光信号具有较强的阻隔作用，只有声音能够在水中远距离传播。因此，对于他国核潜艇声纹信息的采集与侦测，就成为各国水下较量的主要方式之一。
核潜艇航行时，由螺旋桨、主机减速齿轮箱以及核反应堆主循环泵等机械设备产生的噪音，是其主要的噪音来源。由于海洋背景噪音的存在，核潜艇无须做到绝对的静音，只需将噪音控制在与海洋背景噪音相当的水平，就可基本实现“销声匿迹”的效果。目前，世界各国在核潜艇降噪方面，主要采用的措施有以下5种。1、泵喷推进系统
核潜艇依靠尾部螺旋桨高速转动所产生的推动力航行。螺旋桨叶片在高速转动过程中会产生大量空泡，这些空泡破裂时产生的声音是核潜艇的主要噪音来源之一。每艘核潜艇的螺旋桨噪音是有差别的，因而螺旋桨噪音就成为其声纹的主要标志，甚至仅通过螺旋桨噪音就可辨别出核潜艇的型号或编号。因此，通过改进推进器来降低螺旋桨噪音，成为核潜艇实现隐匿的必要途径。
在泵喷推进系统出现之前，螺旋桨降噪措施主要集中在采用高阻尼合金材料和非对称的大倾斜叶片，其中最典型的数美军“鲟鱼”级和部分“洛杉矶”级核潜艇所采用的7叶大侧斜螺旋桨。但该推进器虽然可以达到一定的降噪效果，其降噪潜力已发挥到极致，无法进一步满足核潜艇的降噪需求。
20世纪80年代，英国海军率先使用先进的泵喷推进系统。该系统借鉴了鱼雷尾部的泵喷推进器，通过在传统螺旋桨外部增加渐扩式导管，以减慢水流的流速，进而达到减少空泡产生的效果。目前，主要国家的核潜艇均采用了泵喷推进系统，如美国的部分“洛杉矶”级、“海狼”级以及最先进的“弗吉尼亚”级攻击核潜艇，俄罗斯的“北风之神”级战略核潜艇，法国的“梭鱼”级攻击核潜艇，等等。

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“弗吉尼亚”级泵喷推进系统
上述泵喷推进系统均为在传统螺旋桨基础上改造的有轴泵推进，而我国马伟明院士团队研发出的世界上第一款无轴泵喷推进系统，则使我国在这一领域处于世界领先地位。2、全电力推进系统
核潜艇内部结构复杂，大量子系统通过机械结构进行联动运行，这就不可避免会产生各种机械噪音，特别是推进系统中的齿轮箱噪音。
早在20世纪60年代，美国海军曾尝试使用电力推进代替机械推进，以彻底消除齿轮箱噪音。“格莱纳德·利普斯科姆”号攻击型核潜艇承担了电推进系统的试验任务。试验结果表明，电推进系统虽然成功消除了齿轮箱噪音，但为了容纳庞大的电推装置， “格莱纳德·利普斯科姆”号在长度上比同级机械推进的“鲟鱼”级核潜艇增加了12米，排水量增加了1800吨，且航速偏低。这显然不能满足核潜艇的实际作战需求。
随着电推技术的发展，美国海军于2004 年再次提出了针对下一代攻击型核潜艇的全电力推进计划。与“格莱纳德·利普斯科姆”号进行的电推系统试验不同，美国海军的新电推计划不仅涵盖了动力推进系统，而且包括了操舵等其他系统的电气化。采用全电力推进的核潜艇将淘汰齿轮箱以及推进轴等传统机械结构，在有效消除噪音的同时节省了艇尾空间。目前，美国海军已在其最新的“弗吉尼亚”级战略核潜艇上采用综合电力推进系统。

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3、自然循环压水反应堆
一般来说，核潜艇的噪音大于常规动力潜艇，这是因为核潜艇压水反应堆中的主循环泵会产生较大的噪音。核潜艇反应堆裂变反应所释放的热量并不能被直接用于驱动汽轮机工作，而是需要通过媒介将热量传导至蒸汽发生器产生蒸汽，进而驱动汽轮机工作，而主循环泵的作用就是使冷却剂循环流动，不断将反应堆中的热量传导出去。因此，传统压水反应堆的主循环泵不能轻易关闭，这导致核潜艇在中低速航行时仍旧会产生大量噪音，增加了被他国声呐发现的可能。
为降低主循环泵的噪音影响，自然循环压水反应堆应运而生。该类反应堆仅靠冷却剂在回路中的温度差异所产生的密度差就可实现自然循环，这样的自然循环效率虽然不如主循环泵启用时的强制循环，但也足够满足核潜艇在中低速航行时的循环需求，大大减少了核潜艇的噪音。
1959年，美国开始研制S5G型自然循环压水反应堆，其后又成功研制出了S6G型和S9G型自然循环压水反应堆，分别应用于“洛杉矶”级和“弗吉尼亚”级攻击核潜艇。其中， S9G型自然循环压水反应堆在“弗吉尼亚”级核潜艇上表现出了良好的降噪效果。4、浮筏减振装置
在航行过程中，核潜艇的各类机械设备除了自身运行产生噪音外，还会引起设备与潜艇壳体间的振动碰撞，其所造成的噪音同样是不可忽视的。当前，各国解决设备振动噪音的主流方法是采用浮筏减振装置。20世纪60年代，英国海军在设计扫雷艇时首次采用隔振浮筏装置，有效减少了扫雷艇噪音引爆声控水雷的风险。这一装置随后被应用于英美海军的核潜艇。
经过数十年的发展，整体双层浮筏减振装置技术已经趋于成熟并得到广泛应用。简单来说，该装置是将多个设备通过隔振器安装在同一个浮筏平台上，浮筏平台同样通过隔振器固定在橡胶减振基座上。以钢制弹性体、空气弹簧为主的隔振器以及橡胶底座，可有效减轻设备振动幅度，进而起到降低噪音的效果。而双层结构可实现二次减振的效果。此外，为了达到更好的减振效果，部分核潜艇在设计时采取整个甲板模块筏式安装的方式，将指挥室和住舱连同汽轮机、发电机、传动齿轮箱组等设备全部固定于浮筏减振装置上。
据测算，整体双层浮筏减振装置可将核潜艇噪音降低40分贝左右，如此良好的降噪效果得到了各国海军的青睐。目前，美国的“弗吉尼亚”级、法国的“凯旋”级、英国的“机敏”级以及俄罗斯的“亚森”级核潜艇均采用了整体浮筏减振装置。

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美军“俄亥俄”级核潜艇采用自然循环压水反应堆提高隐身能力

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2018年“弗吉尼亚”级核潜艇消声瓦脱落
5、消声瓦
核潜艇要想实现“销声匿迹” ，除了针对特定噪音源采取降噪措施外，同时也要防范来自他国声呐的探测声波。而在潜艇内部和外壳铺设消声瓦，可以达到减少艇内噪音辐射以及吸收声呐探测声波的双重效果。
事实上，消声瓦只是潜艇吸声材料的统称，各国潜艇所用消声瓦的材质和使用方法不尽相同。最早的消声瓦诞生于二战后期的德国，为4毫米厚的高分子聚异丁烯均聚物，上面布满了直径为2毫米和4毫米的圆柱形孔洞。英国在20世纪70年代研制出聚氨酯消声瓦，后美国将聚氨酯消声瓦进一步改良为聚氨酯和玻璃纤维合成材料。俄罗斯的消声瓦则采用以丁苯橡胶和陶瓷为主的材料。这些消声瓦不仅吸声性能良好，而且还具备较强的隔声性能和抑振性能，大大提高了核潜艇的隐藏能力。
但是，消声瓦也存在诸多缺陷，特别是消声瓦的粘贴工艺是一个困扰各国海军的难题。海水的高盐高湿环境以及海水阻力会将消声瓦从潜艇上剥离。若消声瓦出现松动，海水会在缝隙处形成湍流，反而加大了潜艇航行时的噪声。即便是美国先进的“弗吉尼亚”级核潜艇也在2018年被爆出消声瓦大面积脱落的事件。为此，各国开始研发新型吸波涂层，以代替工艺复杂的消声瓦。据悉，俄罗斯海军将在其新型的“莱卡”级核潜艇上大量采用新型吸波涂层，而美国海军也在积极研制类似油漆的“超疏水”涂层，可吸收91%的传入声波。
【核潜艇的＂销声匿迹”之术】在未来相当长的时间内，核潜艇仍将是各国的支柱性战略力量。围绕核潜艇的军备竞赛必将持续下去，而作为核潜艇生存的重要保障，降噪技术也将不断推陈出新，并深刻影响核潜艇的发展方向。