漫谈现代反潜舰

在2020年11月份，日本新一代的反潜护卫舰熊野号下水，这款护卫舰也是日本海上自卫队建立来第1艘实际上的护卫舰。在此之前日本海上自卫队为了彰显自己的“自卫”性质，所有的军舰，不论大小一律冠上护卫舰的名称。不过在日本海上自卫队的分类序号里，这些军舰仍然会被根据实际用途划分成驱逐舰（DD），直升机驱逐舰（DDH）和护航驱逐舰（DE），如今的熊野号被冠名FFM，即导弹护卫舰的开头，从而成为了日本海上自卫队第1艘名副其实的护卫舰。

熊野号护卫舰是日本最新一代的反潜护卫舰，重视反潜舰的建设是日本海上自卫队一贯以来的造船方针之一，以至于有人笑称日本海上自卫队就是美国第七舰队反潜大队。那么，什么样的船能被称之为反潜舰呢？

反潜舰的分类

反潜舰根据其作战区域，可以划分为近海反潜舰，护航反潜舰和舰队反潜舰。

所谓的近海反潜舰，就是指在近岸的环境下，在陆上航空兵以及港口警卫设施的辅助下进行反潜。在过去近海反潜，一般由猎潜艇来执行。不过随着潜艇性能日益提高，小型猎潜艇已经难以胜任近岸反潜需求，所以近岸的反潜和警戒交给了吨位稍微大一些的护卫舰来执行，其中典型代表就是中国056a型护卫舰。

护航反潜舰指的是在海上护航行动中使用的反潜舰，这种反潜舰具有相当好的远洋航行能力和续航能力，主要应对于二战及冷战环境中，对于跨大洋的水面运输舰艇的护航任务。比较有代表性的就是二战中英国大量服役的花级护卫舰。这种护卫舰以捕鲸船改装而成（然后也确实有一批解除武装后卖给捕鲸公司作为捕鲸船）。具有良好的远洋航行能力，火力较为贫弱，通常只有小口径火炮和反潜深水炸弹。但是考虑到潜艇本身缺乏水面作战能力，并且水下航速缓慢，船体装甲非常薄弱。数艘反潜护卫舰以拉网式搜索，并且以车轮式攻击一艘德国潜艇，仍然能够对德国潜艇进行造成毁灭性打击。所以说二战中让英美赢得大西洋海战的决定性因素，除了海军航空兵和空军航空兵的反潜飞机以外，最大的功臣莫过于护航舰艇。不过。冷战以后，由于美苏两国大量削减潜艇，现在具备远洋航行能力的潜艇只剩下核潜艇，而核潜艇的战斗力和机动速度是非常强大的，一般的小型护卫舰已经无法胜任反制核潜艇的能力。同时由于具备远洋作战能力的只有核潜艇，而核潜艇的数量各国又不多，主要用于打击对方的水面舰艇部队和对于对方陆地目标进行巡航导弹打击，所以也不会投入太多精力去攻打对方的运输队伍。因此在冷战以后这样的舰艇发展就很少了。

最后就是舰队反潜舰。本文如果没有特别提及，本文所有的例子都是指舰队型反潜舰。

舰队型反潜舰，主要是由于冷战期间大量核潜艇服役而产生的。到了上世纪60年代，美苏两国都拥有了超过数十艘的核潜艇，核潜艇不但可以持续在水下航行，在水下的机动性远大于常规潜艇，而且火力强大，能够在对方的反应距离之外发射导弹袭击对方军舰，所以对水面舰艇来讲，在航路中或者在作战中遭到潜艇的打击风险骤然增加。同时由于当时的军舰控制系统较为薄弱，一艘军舰难以同时承担反潜和反舰防空三个职能。所以在当时的环境下，为了对抗对方拥有的庞大数量的核潜艇，建设一种专门用于反制核潜艇的军舰，就是理所应当的事情。

因此舰队型反潜舰主要用于反制对方核潜艇对于本方水面舰艇编队的袭击，尤其是为自己的核动力航空母舰或者核动力巡洋舰的高价值编队进行护航。

舰队反潜舰的缘起——为了反制核潜艇而诞生

时钟倒拨到六十年前。随着美国“乔治华盛顿”级弹道导弹潜艇、鲣鱼级攻击性核潜艇，苏联627型攻击性核潜艇、659型巡航导弹核潜艇的批量服役，世界潜艇进入了核潜艇时代。从此，叱咤两次世界大战的常规潜艇从此彻底被逐出了大洋，只能在近海活动，而大洋深海的统治者就变成了这些核动力的“鲸鱼”——核潜艇。

由于核潜艇具备近乎无限的水下航程，水下亦可电解水制造氧气，最大速度普遍高于20节，这对于传统意义上的以深水炸弹反潜的驱逐舰、护卫舰都是致命的威胁。由于水面舰艇高速巡航时自己的声纳也会被自己的噪声干扰，所以就算水面舰艇速度能够追上核潜艇，自身的噪音也会压倒自己的声纳。同时，核潜艇的工作潜深大大增加，可以持续在水下200米以下活动，这导致潜艇可以利用“逆温层”对声波的阻碍效应，从而在水下高速脱离对方的追击。因此，美苏敏锐的意识到，必须设计一种崭新的船来对付核潜艇，以保卫更加昂贵的主力舰。在这样的形势下，世界首批反潜为主的反潜舰诞生了。

一开始，美苏由于经费用于发展全新的主力舰和核潜艇，拿不出太多的钱从头设计一款新的反潜战舰。所以，美国第一代反潜导弹——RUR-5阿斯洛克（包括核弹头版和MK-46鱼雷弹头版本）都是安装在二战剩余的军舰上的，而苏联第一代被划入大型反潜舰的1134A“金雕”，也是在反舰驱逐舰1134上改装metel（俄文，翻译过来就是暴风雪，北约代号SS-N-14）反潜导弹构成的。从那时候起，高性能声纳，反潜导弹就成了反潜舰的标准配置，所有的反潜舰的武器都是大同小异的。但是，在动力方面，反潜舰却进行了多轮次革命性的进步。

反潜舰的心脏——动力系统的变迁

纵观第一代反潜舰，其驱动系统仍然是二战驱逐舰传统的燃油锅炉+蒸汽轮机组合。虽然蒸汽轮机的高速性能相当好（基林级驱逐舰和1134A满功率都可以开到34节以上），但是蒸汽轮机也有几个弊端：

第一，蒸汽轮机加速需要一定时间。由于蒸汽轮机需要锅炉的高温高压蒸汽驱动，而水的比热容又是常见物质最高的（常温常压下，1升水升高1摄氏度需要4200J能量），因此将锅炉蒸汽提升到34节高航速下的高压状态需要一定时间。对于平时处于巡航速度的军舰来说，由于为了省油，通常只会开一半锅炉（如1134型为4台锅炉驱动2台蒸汽轮机，在巡航时通常只会开2台），这样突然遭遇敌方潜艇攻击时，很可能来不及给锅炉生火提速；

第二，蒸汽轮机需要消耗大量的淡水。在缺乏离子交换树脂的时代，军舰通常会在出发前带上足够的锅炉用水（二战军舰通常要储备200吨以上），这对于需要持续在海上护卫航母舰队的反潜舰来说，无疑是一个沉重的保障压力。就算是进入2000年以后，中国海军167深圳号驱逐舰参加第二次亚丁湾护航时也遇上了锅炉用水难以保证的问题，所以在此之后中国就没让蒸汽轮机的军舰（051,051B，051C和956）去过亚丁湾。

第三，蒸汽轮机长期以来都采用重油作为燃料。重油热值大，但熔点较高，常温下为高度粘稠的液体，甚至部分重油常温下都难以流动。所以，现实中的蒸汽轮机战舰必须给重油舱配备加热系统，让重油温度始终高于100度，以便使用泵将其泵入锅炉，这导致重油军舰在港口停靠时也必须保持锅炉不熄火，若熄火的话就必须连接岸上电力来为舰艇供热和供电。这对于应急出航也是非常不利的。

所以，对于需要为舰队持续提供反潜掩护的反潜舰来说，蒸汽轮机显然不是一个很好的选择。那么，使用柴油机会怎么样呢？答案是，柴油机比起蒸汽轮机更不适合反潜作业。

众所周知，柴油机是一种往复式发动机，它的扭矩很大，而且具有省油和易于保养的优势。不过，作为一种往复式发动机，其噪音必然以气缸运动和曲轴运动的噪声为主，而且它转速远低于蒸汽轮机，因此产生的声波主要是低频声波。根据波速=波长*频率的原理可知，在水中声速约为1440米不变的情况下，在相同介质内（不含逆温层等密度变化区域），低频的声波波长越长，其绕射障碍能力也越强，更容易传输到较远的地方。因此当前主要的柴油机船舶的噪音，在水下可以被几十公里外的潜艇侦听到；而常规潜艇使用柴油机航行的时候，其噪音也显著超过160分贝，能被反潜舰隔几十公里听到。同时，由于柴油机是往复式发动机，在大多数大型舰艇上，柴油机高速运转时的震动和舰体固有频率较为接近，所以柴油机的大型军舰极速通常不超过30节，以避免强烈的共振。因此，柴油机军舰原则上是不适合反潜的。这也是为何迄今为止054A型护卫舰不被认为是良好的反潜平台的核心原因。

所以，在蒸汽轮机反应迟钝，柴油机噪音大，不适合高速运转的情况下，苏联率先在舰艇动力上取得了一个飞跃——为1134A反潜舰配备燃气轮机。这种反潜舰继承了1134的代号，为1134B型大型反潜舰，苏联代号仍然是“金雕”，但北约代号发生了较大改变——卡拉级巡洋舰。同样苏联代号相同，北约代号不同的案例可参考667型核潜艇，667A被称之为“杨基级（Y）核潜艇”，而667B，667BDR，667BDRM则被称之为德尔塔（D）系列核潜艇。

1134B反潜舰是世界上最早采用“燃·燃联合”动力的大型战舰。它配备了4台DN59燃气轮机和2台DS-71燃气轮机，在低速工况下，只使用功率较小的巡航燃气轮机；而需要高速的情况下，则使用大功率加速燃气轮机前进。

燃气轮机为军舰带来的增益是全方位的。第一，燃气轮机体积较小，甚至比同等功率的柴油机还小得多，无需占用较大内部空间；第二，燃气轮机维护性良好，免去了锅炉-蒸汽轮机组合的消耗锅炉用水和潜在的锅炉爆炸的风险；第三，也是最重要的，燃气轮机由于转速较快，不会和船体形成共振，因此发出的主要是高频噪声，在水中波长较短，传播距离不会很远。如果配合使用降噪设备，则可以把自己搜索速度时的噪声控制在较低水平，避免惊扰敌方潜艇。因此自从1134B后，各国制造的反潜舰，都是基本采用了燃气轮机动力系统。

在进入燃气轮机时代后，燃气轮机军舰噪声传播距离更短，加减速更快，易于保养，因此不仅反潜舰全部改为燃气轮机，同时大部分防空驱逐舰也都改成了燃气轮机动力总成。但是，燃气轮机仍然有一定缺陷：

第一，燃气轮机的油耗较高。由于燃气轮机采用的是轴流式压气机，其压缩比比起活塞式发动机略低，因此同等功率下油耗较高；

第二，燃气轮机动力系统和飞机涡轮喷气发动机很像，需要吸入大量空气，然后将其加温加压喷射推动涡轮转化为动力，故尾气会在通过涡轮后立即排出，排放的废气温度较高，红外信号较为明显；

第三，根据热力学第二定律，热机只能从高温热库吸收热能，做功后传输到低温热库排放，而由于环境温度是可变的，因此燃气轮机在外部温度较高的情况下，会导致功率减弱。可见下面这篇专业论文《燃气轮机功率影响因素分析及对策》（中海油 陈忠伟，2007年）。

由于燃气轮机在高温下热效率不足，这导致燃气轮机主力舰在地中海、南海、波斯湾活动时需要更多的燃料，而且最大速度也受到影响。英国45型驱逐舰在波斯湾因燃气轮机动力不足，导致最大速度无法突破20节，被迫返厂增设柴油发电机（当然这和建设时削减预算导致未安装足够柴油发电机有关。具体见下文）。

所以，从上世纪80年代开始，就有了不少致力于解决燃气轮机问题的方案。

第一种方案也是最为简单的：CODAG,柴燃交替组合动力。

柴燃交替，顾名思义是“燃气轮机和柴油机交替使用”。这种设计在中国应用是最为广泛的。自从80年代中国从欧洲引进了这款技术后，它便成了中国产量极大的052系列驱逐舰的动力总成。它的原理是将一套燃气轮机和柴油机结合在同一套变速箱上，驱动一个螺旋桨，但是同时只能使用其中之一。因此，这样的搭配可以让军舰在巡航速度时只使用柴油机，而加速追击时只使用燃气轮机，中低速经济性接近全柴油机动力，而高速巡航能力也不低于全燃气轮机的主力舰，因此中国大量052C，052D的生产和亚丁湾巡航就证明了这套动力的可行性。不过，CODOG由于全速状态只有1台燃气轮机能够驱动一根螺旋桨，在驱动超过8000吨级的军舰时，2台燃气轮机已经力不从心。所以中国的052型驱逐舰上限就只有7000吨，而万吨的055型驱逐舰就必须采用4台燃气轮机的动力了。

同时，由于CODOG的柴油机需要连接在螺旋桨上，其巡航段的噪音很接近柴油机军舰，因此如果不进行处理，它的被发现距离要远胜于燃气轮机主力舰。因此大部分专门为反潜设计的主力舰都不采用柴燃交替设计。

第二种设计就是CODAG“柴燃联合”动力。柴燃联合动力也分为两种：机械式柴燃联合和电力式柴燃联合。

顾名思义，柴燃联合就是指的是“同时使用燃气轮机和柴油机”。这种动力系统能让高速状态下，柴油机和燃气轮机同时运转，避免高速状态柴油机“吃空饷”的情况发生。不过，由于燃气轮机和柴油机的转速差异、输出扭矩差异巨大，贸然将二者连在一个齿轮箱上会导致严重事故发生.

目前机械式CODAG的船较为有名的是F-124萨克森级护卫舰。

F-124型护卫舰采用的是1台LM2500燃气轮机和2台MTU V20柴油机的带动2轴变距螺旋桨，燃气轮机功率2.35MW，两台柴油机各7.5MW，合计最大功率3.8MW，能够让这艘5700吨的护卫舰开到29节，只用柴油机的工作模式下，它可以保持4000海里的续航力。它还能通过齿轮箱，让燃气轮机驱动一侧螺旋桨，再让柴油机驱动另一侧螺旋桨，并调节桨距保持扭矩一致。

电传动式柴燃交替的例子就是这次刚刚服役的熊野号护卫舰，它采用1台罗伊斯罗尔斯的MT-30燃气轮机和2台MTU柴油机作为动力核心，柴油机通过发电机-电动机组合转为电动输出，然后将电动机和燃气轮机并车驱动螺旋桨。这种动力结构最早源自于英国23型护卫舰，后来也在意大利的FREMM新护卫舰使用，如今日本人也成了这种动力的追随者。比起机械传动的F-124，电传动虽然多出来了发电机-电动机系统，但是整体技术难度大幅下降，毕竟电力并车比起机械并车要容易不少，连德国人也在F-125转为电传动柴燃联合。

电传动柴燃联合还有一个优势在于静音。由于柴油机不需要连在主轴上，可以装设在拥有隔音和浮筏减震设备的舱室内发电，这样一来，就比传统柴燃联合和柴燃交替更加安静。

虽然说柴燃联合（电传动）已经基本解决了柴油机和燃气轮机并车问题，但是仍然有一个问题：齿轮箱设计复杂，主轴过长。

因此，为了解决电传动柴燃联合的问题，一种全新的动力系统——全电推进出现了。

严格来说，全电推进并不是非常全新的技术。如果只是为了“电传动”的话，早在100年前的美国战列舰和列克星敦级战列巡洋舰（后改为航母）上就有这种动力装置，不过那时候电传动战舰只是美国作为高性能齿轮箱服役前的过度设计，很快就被淘汰了。因此这种“发电-电动”的模式目前基本上只在部分发电推进新能源车和电传动内燃机车使用。如今，海军舰艇和民用船舶的“全电推进”，是来自于反潜舰的大敌——潜艇的。

说道潜艇的电力推进，还得去找美国人。在1959年美国最后一代常规潜艇白鱼级中，美国率先使用了全电力推进的设计。在这样的情况下，潜艇柴油机不再连接主轴，只连接发电机，然后电力通过分配系统，一部分转为蓄电池电力，供应内部用电，另一部分用于潜艇推进电动机。这样一个好处就是让潜艇内部结构得以较大简化，不再需要担心二战潜艇螺旋桨直接连接柴油机的超长主轴了。由于技术非常先进，这种1959年在美国运用的技术，一直到20年后才用于欧洲和苏联的潜艇之上，而中国一直到1994年开工建设039时才得以学习这种技术。如今，美国也打算在哥伦比亚级核潜艇放弃长期以来的汽轮机直接带动螺旋桨的设计，转为汽轮机只带发电机，螺旋桨采用电力驱动，以降低低速噪音。

既然潜艇采用全电推进可以有效降低噪音，那么反潜舰自然也可以“打不过就加入”，学习潜艇使用的全电推进模式。第一艘采用全电推进模式的水面舰艇，正是刚刚装备了电传动柴燃联合的23型护卫舰的英国，代号为45型驱逐舰。

45型驱逐舰的电力系统采用2台罗伊斯罗尔斯的WR-21带中冷系统的燃气轮机，配合2台瓦锡兰12V200柴油机，燃气轮机功率是21.5MW,柴油机是4MW，合计发电功率是47MW，驱动2台20MW的通用电气生产的电动机。其实原始设计中是不止2台柴油机的，但由于政府“削减预算”，导致柴油机被降低到仅剩2台，这导致在波斯湾的炎热环境下整体输出动力不足。因此英国人又被迫为这些军舰重新补装柴油机，费时费力，但这一切都是政治斗争的锅，而非设计师的误区。在英国人立了榜样后，全电推进俨然成为“顶配标准”，以至于有些完全没有必要采用全电推进的船，也用这东西招揽市场。

当然，DDG1000采用全电推进，主要还是当年规划中要搭配所谓的“双波段雷达”、“电磁炮”、“激光炮”而预留的。由于常规战舰需要额外的发电机供应日益繁多的电子系统，如055就配备了6台1000千瓦的燃气轮机发电机，而采用全电推进和综合电力管理后，只需要让主燃气轮机发出来足够的电力即可保证全舰不断电。同时，全电推进也可以让只用燃气轮机的军舰在巡航时只开1台燃气轮机，让其保持在最优的功率（通常不低于70%功率）运转，再用电动机分配到主轴，以节约燃油。

同时，全电推进对于本文的反潜舰也是很有价值的。由于全电推进系统的发动机和电动机不需要刚性连接，完全可以把发动机和电动机密封于一个有隔音减震的舱室内，再用综合配电连接电动机，这样就减少了噪音外泄；同时，如果采用吊舱式电力推进系统，则可以让螺旋桨在水下如同小艇马达一样左右旋转，让反潜舰面对鱼雷时更加灵活。所以，很多中国军迷笔下的054B都是“全电推进”的，当然现实情况如何还得看国家的取舍。

结语 良好的反潜舰需要有一颗强大的心脏

看完这篇文章的朋友都会感觉，整篇文章80%在讲反潜舰的发动机系统。其实，本文一开始就提到，早在60年代，反潜舰的武器和探测系统基本已经定型，反潜导弹、拖曳声纳、反潜直升机都成了标配，并无革命性的改变出现；这一点反潜舰和它的敌人——潜艇很相似，打击武器和探测手段变化都不明显，但是同一系统内的进化却非常巨大——尤其是他们的动力系统，都在向着“更加安静”和“更高效率”发展。所以，在搭载的武器系统不存在代差的情况下，反潜舰在对于相同的目标时，往往只有动力系统能够成为它们能否优秀反潜的决定性因素。因此，搞好反潜舰，首先要搞好高速，省油，安静的新型动力总成。