［巨鲸铁腹］水下防护与舰艇设计
时间：2020-04-05 05:09:32 来源：千叶帆 本文已影响人
海军舰船在很长一段时期内的主要武器是舰炮，在工业革命之前舰艇的防御就是指防御炮弹，最常用的办法是利用装甲防护舰船的重要部位。而对于不受弹丸威胁的水线以下则不设防。
水中兵器就是专门为对付舰艇这一弱点而诞生的，即鱼雷和水雷，它们对船体的破坏机理与弹丸命中是不同的。炮弹在空中高速飞行命中目标，以贯穿敌舰装甲。破坏其结构为主要目的。与此相对，鱼雷、水雷则是通过爆炸力破坏水线下的船体。其爆炸力取决于装药量，它比弹丸的装药高出一个数量级。加之水压等影响，水下爆炸造成的结构破坏机理更为复杂。
水下防护发展简史
鱼雷在19世纪中叶问世。比舰炮的历史短暂。初期鱼雷的直径多为450毫米，后来533毫米雷成为远程鱼雷的主流，装药在200～300千克左右，装药性能虽有不同，但其爆炸威力是相当大的。在制导雷成为主流的今天，同时发射多枚鱼雷的情况变得很少见，主要靠精度取代数量。一般的鱼雷多为感应式触发，只要在敌舰下面通过雷头上装的传感器就可引爆炸药。
传统无动力水雷的历史非常悠久，在日俄战争期间就显露了其重要作用。在感应式水雷问世之前。主要是采用系留式触发雷。由于水雷装药量大、破坏力强，现在仍可对舰船构成严重威胁。舰船要实施万全的防护措施是非常困难的。最有效的对抗手段是，利用水雷一般不动的特点(漂雷除外)，让专门的水雷战舰去处理，这就是各国现在仍保有猎扫雷舰艇的原因所在。
在鱼雷出现前，军舰的大小，或者说搭载舰炮的大小，几乎是评判军舰作战能力的全部标准。由于鱼雷可以装在更小型的舰艇上，所以它被看作是对抗战列舰、装甲舰的新兴作战力量，于是各国海军建造了以鱼雷为主要武器的鱼雷艇，进而发展成具备远洋作战能力的驱逐舰，在战争中发挥了重要作用。
在鱼雷问世初期，舰艇本身体积也较小，没有余地考虑增加水下防护措施。随着鱼雷威胁的增大，人们开始考虑防护措施。因战列舰不断大型化，考虑水下防护的构造逐渐在舰船设计中被采纳，但巡洋舰大小的舰船因其船体宽度、排水量等原因，在当时还不能采取水下防护措施。
为了在鱼雷发射前击退鱼雷艇和驱逐舰，当时采取的策略是增装中小口径舰炮，在舷侧装备防雷网。架设防雷网是相当费事的，需要在舷侧用多根吊杆挂上防雷网，在驻泊时也要张开这些大网，吊挂和收藏都要耗费很多人力，不是一种实用的办法，但在第一次世界大战结束前，各国海军使用了很长一段时间。
最初考虑水下防护的战列舰是法国海军“亨利四世”号(1903年竣工)，但它只是在舱壁设计上做了一些改进。当时的战列舰排水量在10000吨上下，长100-140米，宽20～23米。燃料是煤炭，通常将煤炭库布置在动力区，特别是轮机舱外舷侧，以吸收或缓解鱼雷爆炸时产生的冲击。后来，配合双层船底设置煤炭库或别的舱室，在舷侧内部配置纵向隔舱，构成水雷防御结构。
法国、俄国海军在这方面一度曾领先他国海军，但其防御手段并不充分。建造战列舰数量较多的英国海军长期没有设置以防御水中兵器为目的的防御性纵向隔舱。日本1915年服役的“扶桑”号战列舰在连接双层船底的纵隔舱内侧设置了煤炭库，但也没有防御性纵隔舱。然而在获得美国海军采取水下防护措施的情报后，后续的“伊势”号终于开始采用了以防御水中兵器为目的的结构(增加纵向隔舱、细化防水区域等)。德国海军同期建造的战列舰、巡洋战列舰试图进一步加强水下防御能力，设计了真正防雷的纵隔舱，并且对防水分舱进行了细分。而且在损管方面设置了注排水装置，领先他国海军一步，在一次大战时发挥了重要作用。
各国的战列舰真正开始实施水下防护措施还是在一次大战之后，在现代化改装过程中强化了防御结构，增加防雷护体，与以往船体结构有很大不同，这成为当时的一大发展趋势。另外，加之造船技术的进步，各国海军开始广泛的结构试验。日本利用未完工的“土佐”号船体进行了多种试验。对其军舰后来的结构设计产生了很大影响，特别是水下爆炸的损害程度和损伤时结构上的变动等。“土佐”号的实验数据对“大和”号战列舰的设计起到了很大帮助。
在经过一个阶段的停建后，各国新造的战列舰都采取了与以往不同的集中防御式结构。与双层船底相连的纵向隔舱都装备了很厚的装甲。外部也设置了防雷护体或舰腹。
美国海军在多艘军舰上设置了多层舷侧分舱，构成多层分舱必须有一定空间，因此需要有相当的舰宽。另外还出现了像“大和”号这样采用三层船底的战列舰。意大利海军则采用大型圆筒吸收冲击力的独特结构，但似乎没有收到实际效果。上述防御结构都要求军舰采用宽大船体。从某种意义上讲，战列舰发展到这时才具备了相应的水下防御能力。
中小军舰的水下防护
上述水中兵器防御结构是战列舰、航母等大型舰船才能采用的防护措施。现代驱逐舰、护卫舰等水面战斗舰艇虽说在不断大型化，但就其外形尺寸而言，要想采取这些措施也是不可能的。不过，也不是说这些舰艇就完全放弃了水下防御，它们也在允许的范围内做出了最大限度的努力。
在现代水面战斗舰艇中，驱逐舰的排水量通常达到5000吨或10000吨，相当于过去的巡洋舰。过去的巡洋舰大多是通过在舷侧增加装甲、在水线处增加防雷护体、舷侧部增加纵向隔舱等措施，获得一定的水下防御能力，但现代水面战斗舰艇已不再采用这种方法。
在长期的建造实践中人们发现，由于建造成本和性能特性、舰载武器等方面的制约，如果再采用以往的防护措施，只能导致船体不断增大，在结构上仍难以抵御鱼雷的破坏力。战列舰可承受装药300千克的鱼雷造成的30米x10米的破洞，而巡洋舰和驱逐舰大小的舰船仅靠结构上的设计，要达到这一防御目的是非常困难的。
现在，主要方法是计算在遭到鱼雷攻击时舰内进水后，如何尽可能维持作战能力，而不会导致全舰沉没。为此，在设计上要求设定与舰型相应的水线下的破洞，在相应的进水量下维持浮力，保持复原性。
首先是用水密隔壁将船体分成几个区域，并且设定在某种大小破洞下，即便几个舱室进水，下沉也不会超过设想的程度，为此要确定舱室长度、舱壁甲板厚度等主要的尺寸。例如日本的驱逐舰，第2甲板为舱壁甲板，以下的水密隔壁上不设大门和检修孔。
在管道和电缆等贯通部位也要有相应的措施。隔壁要求具有足够承受想定水压的强度，通风管等设备不能通到舱壁甲板以下。而且，有的军舰即便是在同一区域内，重要部位、舱室，依然要单独设置水密隔壁。在舾装方面，按区域设置注排水装置，而且还要考虑这些设备不能使用时的应急器材。
鱼雷爆炸产生的破坏不仅是结构上
的损毁和进水等，根据进水部位的不同，波浪的力量也会造成船体的损坏。从以往战例来看，有的受损军舰因舰艏进水，不能承受波浪的应力而沉没；有的军舰虽然前部断裂，但因隔壁强度发挥作用而免于没顶之灾。
除了采用双层船底以外，军舰通常还在水线下设置燃料舱、淡水舱等各种液货舱，因此尽可能地有效配置这些液货舱和防水区域也是一种防御手段。不过，有必要考虑在遭到破坏时，因进水对船体复原性能产生的影响。例如液舱内的燃料与进入的海水互换不会有什么问题，但防水区域和空舱配置区域的不同会对复原性能产生很大的影响。另外，液舱平时满载状态是理想的，但实际上很难做到。有时会产生预想不到的二次损害。不适当的结构有时也会增大损害。
不仅仅是船体结构，内部所有的舾装、武器装备也是同样的，武器装备及其安装方式都必须能够承受遭到攻击时的冲击。美国海军各级舰的首制舰都要进行抗冲击试验。实船试验是最好的水下防御性能检验手段，但出于成本方面的考虑。哪一个国家都不可能轻易进行这种试验。
在船体结构和舾装方式等方面，水面战斗舰艇不断推陈出新，即便受到外形尺寸方面的制约，也要追求考虑水下防御能力的结构和舾装。其趋势如前所述，即使遭到攻击，也不会轻易沉没，并且尽最大可能维持作战能力等军舰的基本性能。
水下防御新动向
除了结构和舾装等方面措施以外，国外海军还一直在探寻对抗鱼雷攻击的办法，如鱼雷诱饵、反鱼雷火箭弹、反鱼雷鱼雷等。在水雷战方面，美国海军的建制水雷战装备服役在即。这些装备对舰船设计、使用都会产生不小影响。
为了抵御鱼雷攻击，许多国家正在积极研制反鱼雷鱼雷，它们可能在2015年前后投入使用。目前采取的发展途径主要有两条：一是美、德等国正在加速研制新型反鱼雷鱼雷；二是把高性能的小型反潜鱼雷改装成反鱼雷鱼雷。如欧洲鱼雷公司的MU90HK反鱼雷鱼雷。另外，俄罗斯和瑞典等国通过直接把反潜深弹改为反鱼雷深弹，迅速形成反鱼雷的硬杀伤装备。
作为一种新概念武器。国外试图将声能武器用于鱼雷防御。声能武器在设计思想、系统结构、控制方式、材料应用、部署方式、作战样式、毁伤效果等方面都不同于传统的反鱼雷武器。该武器通过两种途径实现摧毁来袭鱼雷的目的：一是发射与声自导鱼雷工作频段相应的强声信号，干扰鱼雷的信号检测，破坏其自导系统的接收机，使之无法有效制导；二是用计算机精确控制多个水声换能器，使之瞬间向鱼雷来袭方向发射高能、短周期声脉冲。这些声脉冲在水下预定某一区域聚焦、叠加，就会产生一个非常强大的压力冲击波(106psi，相当于7个大气压)，使鱼雷发生电子线路故障，制导控制系统失灵，舵机变形，甚至引爆鱼雷。除此之外该武器还能摧毁水雷、u—UV、蛙人等水下目标。
在水雷战方面，美海军正在发展建制反水雷能力，使水面战斗舰艇和舰载直升机具备猎／扫雷功能，其核心目的是将水雷战纳入网络中心战。提高快速反应能力，加强识别和处理能力。为此美海军正在研发七大系统。分别搭载在舰艇和飞机上，以便随时为编队清除前进途中的水雷。其中快速灭雷系统中的超空泡射弹可摧毁浅海布放的水雷。其工作机理是在射弹穿透雷壳后。释放一种反应强烈的高氯酸盐氧化剂，使水雷炸药迅速爆燃，只要一枚射弹命中就可使水雷爆炸，它可摧毁水下12米深处的水雷。
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