小知识:潜艇有哪些至关重要的设备?
(接上期)
五、居住设施
潜水艇因为空间比较紧凑,所以居住设施也比较狭窄。早期在035,401潜艇上没有制水设备,所以潜艇上每一个人每天只能得到一茶杯的洗漱用水。而美国小鲨鱼级潜艇从二战开始就有完善的制水机,可以保证潜水艇每天4吨的饮用水的产量,可以洗衣服甚至洗澡。
潜水艇上的卧铺一般是几个人轮流睡的。如中国091潜艇的鱼雷舱会睡60个人,而这60个人只有14张卧铺。这要求就是每个人睡完之后上岗,把位置留给下一个人睡。同时鱼雷架上等所有空间位置也都会安排临时卧铺。而且受制于空间原因,091的潜艇卧铺长度只有150cm,入睡的人只能蜷着腿睡。
现在潜艇的居住环境略微的好一些,比如像现在039型潜艇已经配备了空调等设备,不过在。水中静默航行的时候,空调因为提升了潜艇的耗电量,所以也必须要关掉。
在饮食上来讲,潜艇的炊事兵是比较忙的,因为炊事员通常只有1~2名,但需要给潜艇上少则60人,多则100多人供用所有的伙食,所以,炊事兵基本上从起床就开始做饭了。
潜艇的洗浴设施也是目前长航潜艇的必备。一般来讲和潜艇会有两个浴室,这两个意识是分开设置的,第1个是专门供一般人员使用的浴室,第2个浴室是给维修核反应堆时,清洗人员放射性沾染所使用的浴室。俄罗斯潜艇甚至还会携带一个桑拿房。
本段的视频可以参考中国039型潜艇出海视频以及俄罗斯核潜艇出海的视频。



六、电池舱
无论是常规还是核潜艇,蓄电池都是必不可少的设施。在常规潜艇中,蓄电池是满足水下无声无息航行所必须的电力来源。在核潜艇中,蓄电池是在核反应堆一旦出现故障无法运行,而备份柴油机又无法马上启动的情况下,潜艇自救所必须的电力来源。
电池兵的工作在中国跟着潜艇出海去这一集中有描绘。

七、动力系统:
动力系统是区分核潜艇和常规潜艇最本质的特征。常规潜艇通常采用柴油机发电——电池充电,蓄电池放电——发动机前进的模式。在早期潜艇中还有用柴油机直接带动螺旋桨的设计,但在70年以后这种设计就不复存在了,目前所有常规潜艇都是在水面或通气管深度使用柴油机发电带动电动机,以降低整体轴系的长度。
如果是aip潜艇的话,它会比传统的常规潜艇多出一个舱室,即所谓的aip动力舱。Aip动力分为两种,一个是斯特林发动机,一个是燃料电池,还有一个是已经被淘汰的闭式循环柴油机。斯特林发动机是目前使用最为广泛的水下不依赖空气推进系统。中国039AB,日本的苍龙潜艇都来自于瑞典的斯特林发动机技术。而燃料电池技术是德国人独有的,装备在212型潜艇和出口的214型潜艇之上,使用氢氧燃料电池效率比较高,可以达到55-70%,但是氢氧燃料电池的缺点是必须携带一个巨大的液氢罐。
常规潜艇具体运作可以见本人这一期专栏。

核潜艇的动力系统比较复杂,基本上就如同一个小型的核电厂,有反应堆舱、一回路(热交换器和堆芯能量交换)、二回路(热交换器和汽轮机的回路)、推进汽轮机、汽轮发电机、主减速器、离合器、冷凝器、空调系统、锅炉制水系统等等多个子系统。基本原理可以在本人这一篇阅读到。


八、辅机
潜艇辅机是最容易被忽视的一类设备,但是他对潜艇的安全航行也事关重要。
首先对于所有潜艇都必须得有数种辅机,第一个是主泵,它的作用主要是在潜艇进水的时候迅速排空进入舱室的海水。泵的好坏直接决定潜艇自救能力。
第二个非常重要的就是空气压缩机。
潜艇浮出水面的时候,需要用空气压缩机制造,储存在高压钢瓶的压缩空气吹除压载水舱的海水。同时潜艇鱼雷发射也需要压缩空气将鱼雷发射出去(二战时代是压缩空气直接喷鱼雷推出,只适合浅水,现代的使用压缩空气推动一个活塞,压缩海水形成射流推动鱼雷离开发射管,避免了压缩空气深水时溶解于水体造成推力降低)。此外为了逃生自救,有的潜艇还会使用溶于水便剧烈反应的化学物质,注入主压载水舱加快排水。
第三个是舱内废弃物排放设备,这个设备就像一个鱼雷管,可以把食物残骸等废弃物用压缩气体排出舰艇外部。卫生间也采用类似排放系统。该系统也用于潜艇发射声纳干扰弹和救援信号弹。
第四个是舱内气体循环系统,二战潜艇没有水下制氧机,因此只能12-16个小时上浮一次,打开空气阀门换气,这导致潜艇水下续航力不足。现代潜艇配备水下制氧机,尤其是核潜艇配备了电解水制氧机,可以几个月不浮出水面。至于排出的二氧化碳,潜艇有两种吸收模式,第一个是化学药剂吸附,就是用氢氧化钠、氢氧化锂等物质吸收二氧化碳;另一个就是类似AIP的设备,先把舱内空气加压打入循环的海水,让二氧化碳溶于水,不溶于水的氧气和氮气则变成气泡溢出。富含二氧化碳的海水很快通过潜艇换热系统排出潜艇,实现了潜艇二氧化碳排出。
第五个就是上面提到的换热系统,它同时也是核潜艇的主冷却机。常规潜艇柴油机、加速电动机的废热,核潜艇汽轮机舱废热,冷凝器废热都会使用制冷剂换热系统置换到海水之中,避免潜艇过热。在缺乏电力的常规潜艇中,动力舱一般都超过40度;核潜艇汽轮机舱因为连接着350度蒸汽管道,其温度更高,所以091就配备了500kw的制冷机,以降低汽轮机舱的温度。091制冷机房相当低温,只有-18度,操作手必须穿全套棉袄,所以隔着一扇门,一个酷暑,一个寒冬。
潜艇废热水也是深水明显的热信号,能够在平均温度4度深海蔓延长达数海里。因此俄罗斯2016年的换代鱼雷配备了红外导引头,以跟踪核潜艇深水排放的废热。
第六个是核潜艇必须有的备份动力,通常为柴油机——蓄电池——推进电机组合,用于核反应堆失效后的自救,同时也为丧失冷却的反应堆争取停堆的时间。美国核潜艇备份柴油机长期以来是著名的两冲程费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型船用柴油机,二战用于小鲨鱼级潜艇主动力,二战后用于苏联TE3内燃机车动力(名为2D100),中国也进口并生产过,名为10L207E,用于巨龙、东风1-3型内燃机车。
第七个是潜艇电力管理系统。除了协调发电,充电,用电外,还需要为各种设备提供不同制式电力。潜艇一般是直流发电机,以便直接为潜艇蓄电池充电;但有的设备,如雷达声纳往往需要交流电源。在过去晶体管逆变器,变频器不流行时,潜艇往往只能用变流机(一种电动机带的发电机)将直流发电机输出的电能转为交流,相当复杂,马伟明第一个为人所知的成果就是多电枢发电机,能让常规潜艇柴油发电机同时发出来直流电和交流电,降低了不少麻烦。现代普遍用晶体管逆变器和变频器解决这个问题。

九、尾舱
该舱室主要是尾舵控制系统。该舱室也是潜艇最后一个有人舱室,通常会有一个出入口。印度“歼敌者”就因为尾舱出入口未关紧导致意外灌入海水而被迫大修十个月。
所以,潜艇虽然不显山漏水,但他也是“麻雀虽小五脏俱全”,很多结构的可靠性要求远大于水面舰艇。因此,全球能够独立建设潜艇国家少之又少,目前除了五大常任理事国,能够独立设计制造千吨级以上潜艇的国家只有日本和德国(恰好是二战就有潜艇工业的国家),印度,韩国主要以购买许可证在国内组装生产为主,自主设计并不成熟;伊朗,朝鲜能独立生产的潜艇仅限于500吨以下微型潜艇。