潜艇静音的核心科技|减振浮筏与消声瓦

那年那人 · 发表于海洋技术发展 2022-11-21 12:26:58

正在勘察加半岛的基地中进行维护的俄罗斯海军阿库拉级攻击型核潜艇

上个世纪80年代，美国海军发现苏联海军核潜艇变得安静起来，事出反常必有妖，随即展开调查。他们很快发现，日本东芝公司与挪威康士堡公司合谋，“非法”向前苏联出口九轴五联动数控铣床，这可是加工潜艇用螺旋桨的神器。最终，东芝公司高管被抓捕，公司被制裁，影响力不复当年之勇，这就是大名鼎鼎的“东芝事件”。

七轴六联动机床加工螺旋桨

实际上，早在东芝事件爆发前，苏联核潜艇技术已经获得巨大进步，潜艇噪音下降绝非换装大侧斜螺旋桨就能直接搞定的，提高潜艇隐蔽性属于系统工程，早在60年代苏联海军就为潜艇安装了消声瓦，70年代的667A“扬基”级的第二批次就运用了减振浮筏，正是这些黑科技汇聚在一起，才让苏联潜艇噪音降低至合理水平。本文为您介绍的正是静音潜艇的两项核心科技：减振浮筏与消声瓦。

弗吉尼亚级核潜艇正在安装舱筏

减振浮筏

冷战期间，美英潜艇在静音性方面具备显著优势，其中一种方法是将机器安装在吸声材料上，防止振动和噪音转移到船体及周围的水中，这被称为筏式安装。静音性是潜艇的关键指标，与之相关的螺旋桨、减振浮筏等技术在很长时间内都处于保密状态，很少有机会见诸报端，甚至很少被讨论，小编找到了一些外媒对于减振浮筏的介绍。

英国机敏级核潜艇的动力舱段采用筏式安装

船舶用减振浮筏诞生于上个世纪60年代，最早由英国研发，装备于吨级扫雷艇，用于降低引爆声响水雷的可能性。英国与美国共享了此项技术，几乎同时应用于英美两国的攻击核潜艇上。上图为弗吉尼亚级核潜艇整体式减振浮筏，即舱筏，舱筏与壳体连接时，会使用隔振装置；筏体上的机器与浮筏连接时，同样会使用隔振装置，起到二次隔振的效果。双层隔振效果较好，最多可降低40分贝的噪音。

减振浮筏示意图

如果早期核潜艇噪音为160分贝，只要采用二次隔振的减振浮筏，就能将噪音降低至120分贝，结合下面要讲的消声瓦，完全可以将噪音控制在110分贝之下。瑞典是最早应用减振浮筏的国家之一，70年代他们不单单在浮筏上安装柴油机，而是几乎整个潜艇。卡尔斯克鲁纳海军博物馆展出了A-14“水怪”级潜艇“海王星”号，这是军迷为数不多的、可以贴近观察隔振装置的机会。

左上图1、右上图2、左下图3、右下图4

上图1，安装在柴油发电机顶部和船体之间的橡胶；图2，上层甲板下的减振装置，在鱼雷舱；图3，就连上下鱼雷管之间梯子的底部平台也有橡胶支座；图4，凯旋级核潜艇上的架式浮筏。最初，只有推进装置和噪音大的机器是安装在浮筏上的，一些潜艇高速运行时，必须将其锁定。现在，一些潜艇整个甲板模块都是筏式安装的，甚至包括指挥室和住舱。

法国哈金森公司（hutchinson）潜艇避振解决方案

法国哈金森公司（hutchinson）曾展示过一套潜艇避振解决方案，这套方案由柴油机、电动机避振安装，减振浮筏支撑装置，鱼雷、辅助件防冲击安装等部分组成，每部分都大量使用隔振装置。图中出现的隔振装置包括钢制弹性体、空气弹簧、钢丝绳隔振器，常用的还有橡胶隔振器，上图瑞典潜艇上使用的就是它。

左图，哈金森公司官网一种空气弹簧介绍；右图，导弹发射器基座使用的钢丝绳隔振器

哈金森公司成立于1843年，1974年被TOTAL道达尔集团（世界500强前30位，主业为石油、化工）收归囊下，如今哈金森已成长为工业橡胶企业的领头羊，在25个国家拥有117个生产基地和2万6千名员工，产品范围覆盖军品、减振、车身密封、流体传动、传动带、密封件及医用手套，是皮带传动领域公认的顶级企业。

俄罗斯两种筏式安装示意图

专栏

水下暗战

作者：军武研究员

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消声瓦

消声瓦是一种潜艇声学覆盖层，介于艇壳与海水之间（也有贴在内侧的），主要作用包括：对外降低声反射，压缩敌方主动声呐的探测距离；对内屏蔽潜艇噪声辐射，降低目标强度。布设消声瓦是同时提高潜艇主、被动声隐身能力的重要手段。消声瓦技术最初由二战时期的德国提出；战后，该技术被苏美英法获取。前苏联是消声瓦技术的积极使用者，基材主要是丁苯橡胶（前苏联是橡胶大国），带有声学结构；苏联自“塞拉”级与“阿库拉”级开始，应用双层消声瓦：瓦的内层有直径不同的小孔，不同型号安装在不同位置，用于消除特定频率的声音；瓦的外层则是整体、密实的，用于吸收主动声纳信号。

裸奔下水的基洛级潜艇，还未安装消声瓦，注意7叶大侧斜螺旋桨

前苏联的潜艇自噪声很高，80年代大量应用减振浮筏和消声瓦技术后，噪音才大幅下降，运用这些技术的常规潜艇基洛级，甚至被称为“大洋黑洞”。其实基洛级噪音接近120分贝，以今天眼光已不算先进。自认为对噪音控制比较成功，很长一段时间里，欧美国家对潜艇消声瓦并不热心，直到80年代中晚期，美国才给“洛杉矶”级攻击核潜艇铺设了消声瓦。新闻图片中可以发现美国海军核潜艇的消声瓦经常脱落，裸露出黄色的印迹，小编推测这不仅是艇体底色，还包括消声瓦与艇体之间涂抹的粘合剂，但其强度不足以应对海水长时间冲刷、腐蚀和水下压力的反复作用。

弗吉尼亚级核潜艇消声瓦脱落

好在消声瓦材料易钝化，用的久了本就要更换，消声瓦脱落增加的成本并不多，但会增加流体噪音。据说美国海军从海狼级攻击核潜艇就应用了整体浇筑式消声瓦，不用拼接，但用久了依然会掉。这个很好理解，类似的胶皮篮球场（非塑胶跑道，更软）泡水后也容易鼓包、破损。据说俄罗斯无法攻克“胶水”技术，只能使用螺栓将消声瓦固定在艇体表面，虽然强度略好，但刚性连接，隔噪效果差一些。仔细看日本苍龙级的消声瓦，也是通过螺栓固定，接缝、铆钉都未做填充处理。我国039级潜艇的消声瓦也是使用螺栓固定，但填缝、填铆钉，工艺丝毫不逊于日本海自（或称“美国海军太平洋反潜支队”）。

日本潜艇工艺真的那么好吗？换个角度或许就不一样了

消声瓦种类繁多，贴在潜艇表面的消声瓦，仅仅是其中一种。消声瓦常见的种类包括：

去耦瓦，它是一种含方形空腔结构的消声瓦，主要用在潜艇低频噪声源周围，用于“围住”噪声源，不让噪声飞散出去；透射损失瓦，主要被用在潜艇外壳的非水密部位，如潜艇导流罩内的声探测器基阵周围，它的作用是防止噪声进入声探测器干扰正常工作；无回声瓦也称吸声瓦，是最常见的消声瓦，大多铺设在与水平面成垂直角度的潜艇外壳区域，如艇体两侧、指挥围壳、舵等，这些区域对主动声呐有较强的反射作用（类似角反射器），降噪效果可达10-15分贝，无回声瓦能吸收大部分射向潜艇的声波，而不是反射回去，从而降低敌方主动声呐探测到潜艇的可能性；阻尼瓦是一种边缘为尖劈形的砖状结构瓦，主要用在潜艇机舱内、外表面，可将噪声传播隔断。

封存的台风级核潜艇上损坏的消声瓦

苏联潜艇普遍使用双壳体结构，为达到最大效果，设计人员在潜艇的内外壳体上均敷设了消声瓦，外壳体敷设的消声瓦主要用来减小反射信号，内壳体的消声瓦主要是降低本艇自噪声。在噪声较大的舱室内外壁（外壁就是耐压壳体外侧），有针对性地敷设了解耦瓦、阻尼瓦或消声器。随着声呐技术的发展，无论是主动还是被动声呐，工作的频率越来越低，想要有效吸收低频声，就要增加消声瓦的厚度，而消声瓦厚度的增加又受到许多因素的限制，比如铺设技术，铺设后是否牢固？

中国093型核潜艇，若不是阳光反射，消声瓦并不明显，工艺很赞

再比如进一步增加的重量潜艇能否承受？苏联设计人员在塞拉级核潜艇耐压壳与轻质壳体之间加入了橡胶衬垫，还在轻（外）壳表面铺设了橡胶消声瓦；有资料称，排水量6400吨的塞拉级，仅橡胶重量就达700吨！如果再增加，潜艇浮力恐怕难以支撑。过去几十年，坦克装甲与反坦克武器可谓“魔高一尺、道高一丈”，可如今新型反坦克导弹普遍使用串联、攻顶战斗部，破甲厚度动辄超过1米，继续提升装甲被动防护，很有可能是费力不讨好。

塞拉级核潜艇，消声瓦脱落是各国都不好解决的难题

不如跳出牺牲机动性提升装甲防护的死循环，将新一代复合装甲、新一代爆炸反应装甲、新一代主动防御系统结合起来，全面提升信息化能力和火控系统，及时感知战场态势，力争“先发现、先开火、先拦截”，整体提升新一代坦克综合防护能力。日本10式坦克、中国15式等新型坦克，机动、防护、火力更加均衡，体现了坦克（装甲车辆）设计思路的转变。同理，减振浮筏与消声瓦都属于被动的噪声干预，主动降噪为潜艇静音性能提升开辟了新的天地。

曲线最美的一款潜艇，您知道型号吗？

潜艇用主动降噪设备的技术细节不甚清楚，但其原理在耳机等声学产品中早有应用，比如主动降噪耳机能识别有用声音和外部噪音，并产生纠正信号抵消外部噪音，有源降噪模式在地铁、飞机等噪音比较规律的场合更为有效。美国的消声瓦基础研究已从传统的消声瓦向多功能的主被动复合瓦转变，敷瓦的目的也从降低主动声呐目标强度为主，转变为追求低频声辐射的有效控制。可在消声瓦或连续声学涂层中放置压电材料制成的传感器、执行器，根据潜艇不同状态下的辐射噪声和主动声呐探测信号，主动干预，自动调节消声瓦的隔声、吸声性能。把智能材料与有源控制结合起来，研制具有自适应能力的消声瓦，是消声瓦技术发展的一个趋势。当然，打造一艘静音型潜艇，需要设计师从多方面努力，外形对降低流体噪音也很关键，下图就是小编心中最溜的一款，您知道它的型号吗？（图片来源于网络，侵删，谢谢）

潜艇静音的核心科技|减振浮筏与消声瓦

减振浮筏

消声瓦

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