国产航母有了隐身舰岛!

17-04-19

Permalink 15:23:27, 分类: 洪哥谈兵

国产航母有了隐身舰岛!

中国第一艘国产航母“山东”号即将下水!

令人振奋的是,最新照片显示,国产“山东”航母的舰岛采用了隐身外形设计,摆脱了“辽宁”号航母源自于俄罗斯设计的局限!
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雷达诞生之后,一直是作战舰艇的大敌,在二战初次登上海战舞台时日军舰艇就遭到配备雷达的美军战舰的痛击。随着现代化搜索、跟踪制导雷达与配套武器技术的发展,反舰导弹等依靠雷达完成对水面舰船跟踪攻击的武器严重威胁舰艇的生存。因此,中国舰艇与其他国家的先进舰艇一样,开始融入大量隐身设计。

令人欣喜的是“山东”号航母在“辽宁”号基础上有了新的突破,使用了隐身优化的舰岛!

要抵御现代反舰武器的攻击,一个重要手段是降低舰船的雷达散射截面(RCS)。这一截面描述了舰艇在特定条件下易于被雷达探测到的程度,截面越小,隐身能力越强。传统上,航空母舰是一个雷达散射截面“大户”。航母不仅个体庞大,其上层建筑(航母的上层建筑也称“舰岛”)个体也较大,而且为满足航海、航空、指挥通信等要求安装了大量暴露的设施,例如无线电器材等等,对航母自身截面有很大的影响。

从中国第一艘国产“山东”号航母最新照片来看,通过外形优化、射频集成等技术手段,对其上层建筑隐身性做出了切实的改进。完成后的舰岛有较好的雷达波隐身能力,甚至可以说已经与“辽宁”号舰岛有了换代的区别。

舰艇的上层建筑,或者说“山东”号航母的舰岛,在建造设计上有许多错综复杂的额外难题,这设计力学、无线电、航海、航空管制、战损控制和战术指挥等等广阔的学科,不仅空间、高度、造型、布局要满足需求,还涉及稳定性、气动力学、电磁兼容、维护维修便利,以及隐身能力等等问题。其中一些问题与隐身有着直接关系,例如无线电设备布置,包括了雷达、通信等设备,都直接关系到隐身能力。

因此,“山东”号的舰岛设计并非易事,改动“辽宁”号航母已经成熟的舰岛设计谈何容易!?在这一非常有限的空间里,实现诸多功能与隐身能力的集成,中国科研人员采用了大量的方法:

一、将“山东”号航母舰岛作为一个集成的整体进行设计建造

传统上作战舰艇的上层建筑有分散型与整体型两种设计,分散型的上层建筑可分为前后若干部分,各有相对独立的功能,结构上不连续,例如英国“无敌”号航母的舰岛、烟囱、无线电桅杆呈现分散型。“山东”号航母则采用了整体型设计。

整体型上层建筑具有更低的雷达散射截面,因此在水面舰船上的应用越来越广泛。一个杰出代表就是美军的DDG1000先进驱逐舰的高度集成式上层建筑,它的技术水平依然超越了我军包括“山东”号航母目前可以企及的高度。

从最新照片来看,中国国产“山东”号航母的上层建筑结构、传感系统、保障设施是以一个完整集成的整体来设计的,具有整体型的典型特征,这也是中国其它主力战舰的总体趋向。这与俄罗斯设计的“辽宁”号舰岛有着根本区别,俄罗斯海军舰艇上层建筑一大问题就是过于分散的堆砌各种用途的设备,导致舰岛极为臃肿庞大。中国同行在国内舰艇技术装备技术大飞跃的基础上,能够将俄罗斯人原本“支离破碎”的舰岛设计,融汇为一个整体。

例如,虽然“辽宁”号前身“瓦良格”号设计时使用了俄罗斯的相控阵雷达,但它的功能却远不如中国346A相控阵雷达丰富,后者能够显著的减少中国航母舰岛需要安装的雷达天线,“辽宁”号也改装了相应的雷达。作为常规动力航母,巨大的烟囱如何与舰岛有效结合,也是一大学问,从“山东”号最新照片来看,通过集成功能与空间,将天线及各种无线电后端设备、功能舱室、进排气设备(包括烟囱)、防御武器天线设备、信号设备等集成为舰岛的一个整体,造型连续流畅。在上层建筑极为重要的内部空间问题上,“山东”号的驾驶室、航空指挥室等可以看到的空间都与俄罗斯设计相比有了变化。

二、“山东”号新舰岛有着出色的隐身性能

从最新照片可以看出,“山东”号航母舰岛使用了最新的隐身设计。它带有互相平行的外部线条,并将主要的舰岛结构表面设计为倾斜式,避免向对方雷达反射强烈回波。将舰岛表面边缘的朝向降低到了只有3到4个。这都是经典的外形隐身设计特点。这与“辽宁”号趋向于使用圆弧过度的边缘,有着换代性的区别。预计“山东”号上层建筑使用了更多的复合材料和隐身涂料,进一步降低了雷达特征。

同时“山东”号与舰岛更为一体化的烟囱,降低了红外特征。目前常见的降低红外特征的手段包括用整体型设计遮蔽烟囱等高热部分,通过增加的通风降温手段主动降低烟囱等部分的温度,这都可以在“山东”号上看到。还可以增加隔热材料增加屏蔽效果。此外,外倾、内倾的舰岛表面也对降低红外特征有一定作用,特别是降低反射的太阳辐射。

三、“山东”号显示了中国海军在电磁兼容性方面的突破

舰船电磁兼容性问题,是影响隐身能力的关键因素。传统上解决舰船电磁兼容性的手段包括通过空域、时域、频域管理的三个方法。集成式舰岛有着许多优点,但是它意味着各种电磁设备可能要挤在一个集中的空间里,比以往不考虑隐身的分散型设计要困难一些。

“山东”号精简了俄罗斯“瓦良格”号舰岛上复杂的电磁设备,也与“辽宁”号有所不同,说明了中国在这一领域的进步。电磁兼容性问题不仅直接影响复杂的各个舰艇电子系统设备能否有效运转,还涉及舰船的安全性,而且因为天线、基座、后端设备等等都是不小的雷达无线电波反射体,为了满足电磁兼容性需要安放在特定的位置上,而具体位置、方向、高度都可能对隐身能力造成很大影响。例如以往的搜索雷达天线,在特定方向上本身就可能占据了舰艇整体雷达散射截面的一小半。

“山东”号因为出于航母甲板最大化的考虑,舰岛相当的小,这也与隐身要求所符合:集成式上层建筑一般都要做小一些,降低雷达散射截面。这也符合世界潮流,巨大的DDG1000驱逐舰的上层建筑反而远小于DDG51“伯克”级驱逐舰。

虽然“山东”号航母看上去并未达到DDG1000驱逐舰那样高度集成的单一上层建筑水平,但是依然有着一些电磁设备封装集成的技术特点,例如采取多功能天线替代过去的多个分散单一功能天线,这说明其空域、频域和时域管理技术有明显的突破。

四、“山东”号舰岛的缩小对航行性能、战机起降与甲板操作有正面作用

通常仅从航行性能考虑,战舰上层建筑应该尽量低而小,改善航行稳定性,降低重心。当然,就航空母舰而言,这一优点不是非常明显,因为例如“山东”号的舰岛与舰体相比还是要小得很,稳定性的作用比驱逐舰要弱化了不少。但在“辽宁”号基础上进一步缩小优化舰岛,依然是很大的突破,如前所述航母舰岛要涵盖的功能确实非常的多,比驱逐舰还要复杂一些。

此外,航母舰岛还要考虑全寿命周期内各种升级可能带来的重量、空间、航行稳定性问题,存在不断增加功能、设备的可能性,所以在设计时就要留出足够余量,进一步复杂化了问题。即便是美军,也曾经不得不使用削减功能,甚至增加舰艇底部重量的“笨办法”,来控制上层建筑扩充带来的各种负面影响。

CG-47“提康德罗加”级巡洋舰受到上层建筑过重的长期困扰,采用了不少折衷的解决办法

“山东”号舰岛的缩小,以及烟囱的优化设计,对飞机降落时遭遇的舰岛后方不利气流有弱化的作用。舰岛产生的复杂气流对降落的战机威胁不小,而且烟囱排烟中的有害物质,对战机、人员、舰艇本身都产生腐蚀等不利影响。因此这是一个必须考虑的负面因素。对于集成式上层建筑,想要降低烟囱喷流的负面影响要困难不少,因为受到集成型设计的空间限制,无法将烟囱安排到气动力学上最佳的位置,能够安装消音、过滤设备的空间也变小了。

同时舰岛缩小也使得“山东”号可以至少增加一架停放在甲板上的歼-15大型战斗机,这一改进在只能携带约40架战机、同时只能在甲板上操作几架战机的“山东”号上显得非常珍贵。

小结

随着“山东”号航母下水工作的推进,更多的细节将不断出现,我们也将能够进一步的了解中国海军在各个舰艇技术领域上的最新成就。因此中国第一艘国产航母“山东”号将为我们带来更多的惊喜,让我们拭目以待吧!

爱乐洪哥

莫听穿林打叶声,何妨吟啸且徐行。竹杖芒鞋轻胜马,谁怕?一蓑烟雨任平生。 料峭春风吹酒醒,微冷,山头斜照却相迎。回首向来萧瑟处,归去,也无风雨也无晴。

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