世界兵器大觀: 德國U212級AIP常規動力潛艇

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潛艇最大的優勢就是潛航,但不能長時間前行,又是其最大的弱點。核潛艇的誕生雖然解決了潛艇自問世以來一直難以解決的長時間潛航的難題,但由於其技術難度太大,成本太高,絕大多數國家只能望其心態。如何讓常規動力的潛艇具備較長時間的潛航能力,在這一領域實現革命性突破的就是德國的U212級AIP潛艇。

具有現代意義的潛艇,是愛爾蘭籍的美國人羅伯特富爾頓19世紀初研製的鸚鵡螺號潛艇,鸚鵡螺號形如雪茄,艇長6。89米,最大直徑3米。水面使用風帆,水下用人力螺旋槳推進,其用壓載水櫃控制沉浮。鸚鵡螺號能潛至水下8至9米,處艇上帶有壓縮空氣,可供四個人和兩支蠟燭在水下使用3小時,主要武器是水雷。

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美國南北戰爭期間,亞拉巴馬州的霍勒斯亨萊於1863年和工程師麥克林沃森一起研製出了亨萊號潛艇。亨萊號裝有壓載物和壓載水艙來控制潛艇的沉浮。亨萊號的武器為一枚魚雷。1864年2月17日夜,亨萊號悄悄駛進輕巡洋艦休斯頓號。在距離休斯頓號10米的地方,亨萊號上的撐杆水雷慢慢的伸了出去,在貼近休斯頓號彈藥艙的地方忽然爆炸,休斯頓號被擊沉,230人喪命。

這是人類歷史上潛艇的第一次實戰。不幸的是由於攻擊距離太近,亨萊號也被休斯頓號的水流吸進了海底,兩艘船隻同歸於盡。

19世紀末,潛艇已經成為一種實用有效的海戰兵器,但各國海軍對他仍存有偏見,認為他是偷襲武器有辱海軍強國的聲譽。

直到1898年,法國古斯塔夫齊德號潛艇用魚雷擊沉的英國戰列艦“馬琴他”號,顯示了潛艇在海戰中的巨大威力,如夢初醒的各國海軍才著手大力發展潛艇。第一次世界大戰期間,各國潛艇共擊沉商船五千餘艘,總排水量達1400萬噸,其中的1300萬噸是德國潛艇擊沉的。

第二次世界大戰爆發時,世界各主要海軍強國已擁有九百餘艘潛艇。第二次世界大戰中,德國潛艇共擊沉了3500艘盟軍艦船、45000人以及兩千餘萬噸武器。德國也有781艘潛艇被盟軍擊沉,而這些潛艇絕大部分是在水面被擊沉的。

潛艇不能長時間潛航,主要是因為其在水下的動力來源於電池,電池是靠柴油機充電的,而柴油機必須有空氣才能工作,所以必須隔段時間就浮出水面充電。

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1954年,美國第一艘核動力潛艇鸚鵡螺號問世,其將潛艇的潛航時間從以小時計算延長到幾個月。核動力潛艇雖然不需要空氣就能提升動力,但它的造價非常昂貴。如英國機敏級至少20億美元,而一艘常規潛艇不過三四億,如何不採用核動力,也能具備較長時間的前行能力,可以說是常規動力潛艇能否繼續存在並發展的關鍵性問題,而解決這一難題的就是AIP系統。

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AIP是不依賴空氣推進裝置的英文縮寫,它的出現為常規潛艇帶來一次動力革命。

AIP系統就像一個化學反應容器,能讓氫和氧直接反應產生電流,因此沒有什麼運動部件,也就不會產生噪聲。神奇的是他工作時不會產生二氧化碳等廢氣而是水。更神奇的是他的效率很高,理論上能把氫氧中的所有能量都轉化成電。與傳統的柴電動力裝置相比,AIP由於自身就可供氧氣,因此潛艇不需要經常浮出水面呼吸空氣,從而大大提高了生存能力和持續作戰能力。

此外,AIP還具有體積小、重量輕、噪聲小、執行費用低等優點。長期以來,世界上不少國家在AIP系統的研製方面投入了大量資源與時間,但真正在這方面實現突破的則是德國人。

早在第二次世界大戰期間,德國就嘗試過在潛艇中使用過氧化氫作為柴油機的水下氧氣來源。二戰結束後,西德受限於戰敗國條約,只能建造450噸以下的205與206型潛艇,戰力非常有限。上世紀70年代,西德實施新一代211型潛艇計劃用來取代205、206型潛艇。

進入80年代,在燃料電池研發上終於實現了突破,所以將211型潛艇計劃取消,納入燃料電池作為動力系統重新設計,改稱為212型。由於條約限制的年限已到期,212型的設計得以放大至正常潛艇的噸位。

德國海軍對212新型潛艇提出的基本設計原則是排水量1500噸左右,裝備AIP系統以增加水下續航力,滿足21世紀作戰環境要求等。

212型潛艇的設計由霍瓦茲造船公司、北海蒂森公司以及呂貝克工程事務所聯合承擔,建造工作則由霍瓦斯造船公司與北海第三公司承擔。

212型潛艇是全世界第一種採用燃料電池柴電動力系統的常規動力潛艇,是德國優良造艦工藝以及最尖端科技的結晶。212A型首艦U31的燃料電池為西門子的第一代實用化PEM燃料電池,主要由九組質子交換燃料電池模組、14噸的液氧儲存罐以及1。7噸的氣態氫儲存櫃組成。

工作原理是使氫燃料與氧化物在一個特殊的反應容器內發生化學反應,直接生成電能,然後利用輸出的直流電驅動電機推動潛艇前進。柴電動力由一臺功率為4243馬力的MTU16396型柴油發電機組、一臺交流發電機、一臺功率3875馬力的西門子推進電機、高能蓄電池組和配電裝置等組成。這兩種推進系統可以單獨工作,也可以並聯工作。

212型潛艇採用了水滴型設計,首部下方比上方略長一些,這樣可以使首部聲納基陣獲得更為良好的工作環境。

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其外形的另外一個顯著特點是指揮台圍殼尺寸相對較小,位於整個潛艇的中間,偏向首部位置。指揮台圍殼裝有圍殼舵。212型的尾部是圓錐形,尖尾採用了七葉大側斜單螺旋槳,推進緯度為X型結構,可以使潛艇在潛水水域獲得更好的水下操縱性。

212型潛艇沒有沿用西方國家自二戰之後的雙層艇體,而是採用的混合體。即在大部分艇體上採用單殼體,其餘部分則為雙殼體。212型潛艇基本上沿用了209型的總體佈局,共分為四個艙室及首倉指揮艙、燃料電池倉和動力艙。

為了全面降低自身訊號強度,增加潛艇的水下綜合隱身效能,212型從總體設計上保證潛艇具有最小的溼表面積,這樣可減少被敵方主動聲納探測時的反射截面。另外採用了一部七葉大側斜螺旋槳,大幅度降低推進噪聲。

212型艇內部的所有機械裝置都經過了嚴格的降噪設計,全部被裝飾在高效能減震基座上。與艇體相連的管路採用撓性連線,從而減少了機械裝置振動能量向艇外環境的輻射。212型的艇體表面也經過了精心處理,艇上的突出體及艇上的開孔數量都做了嚴格限制與處理,從而降低了潛艇水下航行時產生的流體噪聲。

為了降低聲波和雷達波的反射強度,該級潛艇的外表面以及升降裝置表面都塗有吸波的特種材料。除此之外212型裝備的不依賴空氣燃料電池推進對海水的熱輻射強度也被嚴格控制,尾流特徵極其微弱。這些綜合措施使得212型潛艇已基本可以與海洋背景噪聲融為一體,成為世界上靜音效果最好的潛艇之一。

212潛艇的主要探測裝置為DBOS綜合聲納系統。該系統包括中頻被動測距及偵查聲納FAS-3型低頻中頻弦側噪聲測距聲納以及低頻拖曳聲吶,拖曳聲納的基陣長度約為40米,探測距離可達100公里以上。觀通導航系統主要有1007型1 波段導航雷達、攻擊潛望鏡、搜尋潛望鏡、衛星導航定位系統、無線電綜合導航系統、電羅經、計程儀以及測深儀、測冰儀等。

1007型導航雷達功能十分強大,除正常導航任務外,還可兼作對海搜尋雷達,甚至具備一定的對空搜尋能力。另外搜尋潛望鏡還增設了紅外探測和微光夜視裝置,提高了潛望鏡的觀測精度和夜間觀測能力。

212型安裝的潛艇集中控制系統,該系統為潛艇實現操縱控制的全自動化提供了有力保證。僅需一名值班艇員即刻在中央操縱檯上完成對潛艇深度、航向、航速、縱傾以及補重等全方位控制,並能同時處理300個目標。

212型裝備的6具533毫米水壓式魚雷發射管。魚雷既可採用液壓方式發射,亦可採用自航方式。該發射管可以發射DM2A3和DM2A4重型魚雷,魚雷上裝有智慧化的電子系統以及先進的聲學和引信系統,總共可攜帶24枚魚雷。

212型潛艇水面排水量1450噸,水下排水量1830噸,水下最高航速為20節,水面航速12節。利用燃料電池推進系統,再加上艇上蓄電池,可使潛艇的持續水下航行距離超過1638海里。212型在不使用通氣管裝置的情況下,水下連續航行時間可以長達三星期。該型潛艇的下潛深度在250米以上,海上自持力50天,人員編制27人。

最初,德國海軍打算採購12艘212型潛艇,但是隨著蘇聯的解體,歐洲各國大幅的減少國防預算,德國也不例外,導致212型潛艇的建造大幅延後,甚至一度瀕臨取消。

1994年,德國政府決定採購第一批四艘,而義大利海軍也放棄了本國的S90柴電攻擊潛艇計劃,於1995年加入了德國212型潛艇計劃。

由於將義大利的需求納入212型的設計中,因此德國將這種稍事修改的212型稱為212A。德國海軍的212A首艦U31於1998年7月在HDW廠開工建造,2002年3月20日完工下水,2005年10月19日成軍。

二號艦U32S182 ,2003年12月4日下水,2005年5月交艦,同年10月19日服役。三號艦U33 S183 ,於2004年9月下水,2006年6月13日服役。四號艦U34 S184則在2006年7月下水,2007年5月3日服役。2012與2013年第二批兩艘改良型212A型U3536相繼服役。

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