国外核潜艇大潜深技术发展趋势

张彩坤，陈国琳，王 磊

(武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)

国外核潜艇大潜深技术发展趋势

张彩坤，陈国琳，王 磊

(武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)

简要介绍了国外主要海军强国大潜深核潜艇现状，从大潜深材料技术、大潜深结构技术、大潜深系统技术三方面，认真分析核潜艇实现大潜深的技术难点和重点，展望了核潜艇大潜深技术的发展趋势。通过该文可了解世界各海军强国发展核潜艇大潜深技术的思路，以及各国对当今世界核战略的不同认识，特别是对核潜艇装备发展方向的调整，从中得到有益的启示。

外国海军;核潜艇;大潜深;发展趋势

1 国外核潜艇大潜深技术的发展现状及特点

核潜艇采用大潜深、超大潜深技术是提高其隐蔽性的重要途径之一。随着现代对潜探测技术的不断改进完善，核潜艇被探测到的概率不断增加，除了传统的声呐探测技术日臻完善外，磁探测技术、热探测技术、尾迹探测技术、流体内部扰动探测技术、激光探测技术等也取得突飞猛进的发展，核潜艇受到的威胁日趋严重。而大潜深技术则能比较有效地应对这些威胁，甚至能有效地规避反潜武器的攻击。因此，当今世界主要核潜艇大国，都比较重视对核潜艇大潜深技术的研究和应用［1］。

对大潜深的概念有不同的理解，一般认为超过300 m下潜深度的潜艇就可称为大潜深潜艇，下潜深度超过450 m，则可称为超大潜深［2］。

1.1 美国核潜艇的下潜深度回归传统

美国在役的核潜艇中，“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇的最大潜深为400 m，可以称为大潜深潜艇。美国的战略核潜艇目前还未见开发新型号的报道，其原因是现役14艘“俄亥俄”级战略核潜艇正值当年，且受制于第二阶段战略武器限制条约，美国已不能再装备更多的海基战略导弹核潜艇。“俄亥俄”级战略导弹核潜艇采用的是20世纪70、80年代的大潜深技术，现在看来，虽然有一定的先进性，但与俄罗斯相比有些落后［3］。

最新的美国攻击型核潜艇“弗吉尼亚”级，极限下潜深度已由第五代“洛杉矶”级的450 m、第六代“海狼”级的600 m减少到传统的300 m［4］。美国之所以没有进一步增加攻击型核潜艇的下潜深度，究其原因可能有以下3方面:一是世界冷战时代的结束，美国海军发展的指导思想发生了根本转变，特别是“9·11”事件以后，美国将反恐、情报搜集、战略威慑、特种作战、对陆目标常规打击等多用途、多功能任务赋予攻击型核潜艇，更强调近海作战，而不是大洋深处的捉迷藏式的对抗;二是高新技术的发展，为攻击型核潜艇实现多功能转换和电子武备系统的更新换代提供了方便条件，可以在现有平台的基础上大幅度提高潜艇的综合作战性能;三是近年来美国经济发展停滞，甚至出现了危机，削减核潜艇研制成本成为政府不得不考虑的因素［1］。

1.2 俄罗斯仍坚持走大潜深路线

俄罗斯是目前世界上在大潜深核潜艇领域技术最为先进的国家。俄罗斯的核潜艇曾经达到1 250 m极限下潜深度，“麦克”级685型核潜艇成为名副其实的超大潜深核潜艇［5］。

在战略导弹核潜艇方面，俄罗斯最新的第四代战略核潜艇“北风之神”级955型最大下潜深度为450 m，作为大潜深核潜艇，将成为未来俄战略核潜艇的主力，目前首制艇“尤里·多尔戈鲁基”号于2009年底服役，“亚力山大·涅夫斯基”号和“弗拉基米尔·莫诺马赫”号正在建造。而第4艘改进型955U“圣·尼古拉”号于2010年初开工［6］。各种情况表明，俄罗斯战略核潜艇大潜深技术已经成熟。

在攻击型核潜艇方面，俄罗斯从第2代V级(下潜深度400 m)开始，就掌握了大潜深技术，到第3代“阿尔法”级(下潜深度900 m)和“塞拉”级(下潜深度750 m)，掌握了超大潜深技术。目前在建的“亚森”级核潜艇(首制艇“北德文斯克”号于2010年6月15日下水，将于2011年交付俄罗斯海军。该级第2艘“喀山”号正在建造中)潜深为600 m［7］。

1.3 其他国家

英国目前无论战略核潜艇，还是攻击型核潜艇潜深均为300 m，没有在大潜深技术方面花费太多精力，一是因为国家经济实力有限，二是因为有牢固的美、英同盟关系，在核潜艇技术方面英国可完全采取拿来主义。

法国已经掌握了核潜艇大潜深技术，与英国不同，法国坚持独立自主的核潜艇发展战略，完全依靠本国力量开展大潜深技术研究。目前法国最新的战略核潜艇“凯旋”级下潜深度为500 m，攻击型核潜艇“梭鱼”级的下潜深度也达到350 m［8］。

2 核潜艇大潜深技术发展关键

实现核潜艇的大潜深、超大潜深，必须突破一系列关键技术，概括起来主要有三大关键技术，即大潜深材料技术、大潜深结构技术以及大潜深系统相关技术［9］。

2.1 大潜深材料技术

大潜深潜艇在深海活动，需要承受巨大的海水压力，潜艇下潜得越深，承受的压力越大。图1［10］给出了潜艇下潜深度和船体质量/排水量的关系，在作战潜艇的船体质量不超过潜艇排水量的40%的假设前提下，采用HY－80钢(屈服强度549MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在300 m左右，采用HY－100钢(屈服强度703 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在450 m左右。为保证潜艇不被破坏，对建造潜艇耐压壳体材料的强度、韧性、塑性、耐疲劳性、耐海水腐蚀性、可焊接性以及工艺性等就提出了很高甚至是苛刻的要求。

图1 下潜深度和船体重量/排水量的关系Fig.1 Relation between hull weight and diving depth

目前，世界上普遍采用的是屈服强度大的合金钢作为核潜艇艇体材料。屈服强度越高，潜艇的下潜深度就可越大。因此，大潜深材料技术的发展难点就是研制屈服强度更大的合金钢，同时要研制与高强度合金钢材料相匹配的焊接材料，还要开展大量的焊接模型试验，以验证材料的焊接性能是否满足要求，这需要具有先进的冶炼手段和焊接工艺。此外，研制一种新型耐压壳体材料，需要反复多次冶炼成千上万吨的钢材，以求得合金钢各组成元素的最佳匹配，这需要庞大的资金支持。

在当今世界上，美、俄等国已掌握了大潜深及超大潜深材料技术。如美国的HY系列合金钢，其屈服强度已达到820 MPa，用HY100型高强度合金钢制造的“海狼”级核潜艇下潜深度达到了600 m;俄罗斯采用高强度的钛合金钢建造的“麦克”级试验核潜艇下潜深度达到了 1 250 m［5］。

在大潜深潜艇材料需要满足对于屈服强度的高要求的同时，还要兼顾考虑耐腐蚀性能。世界上的核潜艇大国在潜艇防腐蚀方面都投入了大量人力、财力攻关，采取防腐涂料防护，阴极防护等措施，但还是不能从根本上解决艇体材料的防腐难题，只能依靠增大腐蚀余量的办法来被动克服，这直接导致艇体重量的增加。随着潜深增大原本就会带来艇体重量不断增加的问题，防腐措施使得这一问题更加突出。研制耐腐蚀的艇体材料一直是人们关注的重大问题。俄罗斯采用钛合金材料建造核潜艇，经长期使用证明，钛合金是1种防腐性能十分优良的材料，特别适于用作核潜艇艇体材料及通海管系材料，但价格昂贵，限制了其广泛应用。在第4代“亚森”级核潜艇的第2艘“喀山”号上，潜艇壳体材料将采用更先进的特种材料，其消磁效果与承压能力等各方面的性能都接近于钛合金，价格只有钛合金的几分之一，加工难度也比钛合金小得多。未来的核潜艇也可能采用性能优异的复合材料建造［11］。

2.2 大潜深结构技术

大潜深潜艇除了要采用高强度材料外，还要攻克采用这些高强度材料形成艇体的结构技术。这是一项更加复杂、攻关难度更大的关键技术。形成艇体的不仅是壳体，还有与壳体密切相关的支撑结构。艇体的耐压能力固然与艇体线型有关(潜艇多采用圆柱形艇体以提高承压能力)，但是选择合理壳体支撑结构才是突破大潜深技术的关键［12］。对加强肋骨结构，耐压舱段结构，耐压液舱结构，耐压壳体锥环柱过渡段结构，以及艇首、尾端舱壁结构分析研究等，都需要开展耗资巨大的理论分析计算、仿真试验以及缩比模型试验，对从事研究、设计的科技人员要求甚高，对试验条件的要求也十分苛刻。美、俄两国最先掌握大潜深结构技术与其科研实力和高投入不无关系。

2.3 大潜深系统相关技术

核潜艇大潜深相关系统技术主要包括通海系统及设备的承压技术、密封技术、防腐技术，通海阀门技术等。特别是大口径通海系统管路及阀门的研制难度极大，大口径海水管路破损或密封失效是以往核潜艇发生沉没事故的原因之一［13］。因此，美、俄等核潜艇大国把大潜深系统技术与大潜深材料、结构技术等同对待，通过大量技术攻关，以及在试验艇上开展严格的演示验证，最先突破了大潜深系统技术［1］。

3 核潜艇大潜深技术的发展趋势

从上述分析可看到，美国虽然在大潜深技术研究上有所突破，其强大的国防实力、先进的科学技术仍可支撑美国在该领域不断研究和探索，但事实上，美国似乎暂时停止了对超大潜深技术的追求。美国似乎完全抛弃了冷战思维，预计将来，美国也不会在该领域与另一核潜艇大国俄罗斯展开竞赛，反过来追求更灵活、更实用、更廉价的核潜艇，而不把超大潜深作为核潜艇的必要指标。

反观俄罗斯的核潜艇的发展思路，则与美国不同。俄罗斯在未来可能仍将超大潜深作为核潜艇发展的重要目标。尽管经过40多年的努力，俄式“双壳体”核潜艇在水动力性能、隐身效果、作战能力方面已经大踏步追赶上了美国核潜艇，但其电子技术明显落后美国，观通导航各系统与美国明显存在技术差距;同时，俄罗斯具有强烈的大国复活情结，不甘落于人后，在恢复强大的海军装备方面，核潜艇将作为重要的发展方向。因此，俄罗斯会继续研究和采用超大潜深技术，充分利用这一技术弥补在其他技术上的不足。有资料显示，俄罗斯将在21世纪初期研制先进的复合材料代替合金钢用于核潜艇建造，以进一步减轻结构重量，增加内部耐压舱壁结构强度，进一步增加核潜艇下潜深度和艇体抗冲击强度，还可降低潜艇磁性特征，对抗西方国家的反潜战略［5］。

估计未来英、法等国将保持目前核潜艇的大潜深技术状态，由于北约和欧盟的存在，西方国家在核潜艇大潜深、超大潜深技术领域成果共享相对容易，重复研究的必要性不大。

纵观世界各海军大国核潜艇大潜深技术发展趋势，有的国家核潜艇下潜深度增加到一定深度，又回归到传统的300 m，如美国;有的国家似乎无意继续在该方面投入过多精力，主张维持现状，如英国和法国;有的国家则义无反顾地追求更大的下潜深度，如俄罗斯。之所以出现这种状况，是因为各国的战略思想及领导人对未来战争的认识不同，也与各国的经济承受力有关，不能据此判定国外核潜艇在未来大潜深技术应用与发展方面一定是一成不变的，在满足其基本的作战使用要求的前提下，世界各国肯定要在费效比方面进行综合权衡，选取最适合本国的核潜艇下潜深度。总而言之，适合的就是最好的。

［1］2004年核潜艇及相关技术重大发展.国防科技信息网《中国船舶工业年鉴——2009年》深海装备［EB/OL］.www.dsti.net/Special/NewsView/121.

［2］大潜深技术.国防科技信息网《中国船舶工业年鉴——2009年》深海装备［EB/OL］.www.dsti.net/Special/NewsView/121.

［3］陈虹，等.美、俄核潜艇技术发展述评［J］.舰船科学技术，2008，30(2):39 －44.

CHEN Hong，et al.Comments on the nuclear submarine technology development of the US and Russia［J］.Ship Science and Technology，2008，30(2):39 －44.

［4］王晓锋，等.大潜深潜艇设计中计算深度的探索与建议［J］.舰船科学技术，2004，26(3):13 －15.WANG Xiao-feng， et al. Exploration and suggestion of calculation depth in high submergence depth submarine design［J］.Ship Science and Technology，2004，26(3):13 －15.

［5］张雅砻.高速度 +大潜深——苏联661型、685型试验核潜艇揭秘［J］.舰载武器，2007，(12):87 －90.ZHANG Ya-long.Soviet Navy's 661 type and 685 type testing a-propelled submarines［J］.Shipborne Weapons，2007，(12):87 －90.

［6］ВЫВОД ИЗ ЭЛЛИНГА ГОЛОВНОЙ АПЛ.СЕВЕРОДВИНСК［J］.Журнал《Судостроение》，2010，(4):3－4.

［7］汪宏伟，王立峰.俄罗斯潜艇技术［M］.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社，2003.

［8］李国兴，徐晓明.现代潜艇技术及发展［M］.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，1999.

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CUI Wei-cheng，et al.Some new trends on submarine design and performance studies abroad［J］.Journal of Ship Mechanics，2000，(2):65 －80.

［10］JACKSON H A.Fundamentalsofsubmarine concept design［J］.SNAME Transactions，1992，100:419 －448.

［11］张金麟，等.“北德文斯克”号核潜艇述评［J］.潜艇技术，2010，(4):1 －7.

［12］唐俊娟，等.新型大潜深平台多耐压体连接结构设计［J］.江苏船舶，2010，(1):1 －6.

TANG Jun-juan，et al.Design on a new-type large diving depth platform multi poressure shells bonded structure［J］.Jiangsu Ship，2010，(1):1 －6.

［13］蔡民.俄罗斯现代潜艇设计管窥［J］.舰船科学技术，2002，24(3):18 －21.

CAI Min.Some theories and views of Russian modern submarine design［J］.Ship Science and Technology，2002，24(3):18－21.

Developing trend on deep diving technology of foreign nuclear submarines

ZHANG Cai-kun，CHEN Guo-lin，WANG Lei
(Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China)

In this paper，present situation of deep diving technology of foreign naval nuclear submarines is introduced，including it's materials，structures and vessel systems being analyzed pointedly，and the developing trend on deep diving technology of nuclear submarines is looked forward to.Therefore the developing train of thoughts of deep diving technology of foreign naval nuclear submarines can be showed before readers clearly，as well as different nuclear weapons strategies of every states，especially the adjustments of nuclear submarines equipments，which will be provoking on the nuclear submarines developing.

foreign navy;nuclear submarine;deep diving;developing trend

U674.76

A

1672－7649(2011)12－0134－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.032

2011－03－07;

2011－05－06

张彩坤(1963－)，女，研究员，从事潜艇技术情报研究工作。

book=39,ebook=139