彭亮斌，吳有生，司馬燦，馬向能，曹海斌，周念福

（中國(guó)船舶科學(xué)研究中心 深海載人裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214082）

國(guó)外非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)潛艇技術(shù)發(fā)展與總體設(shè)計(jì)思想分析

彭亮斌，吳有生，司馬燦，馬向能，曹海斌，周念福

（中國(guó)船舶科學(xué)研究中心 深海載人裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214082）

非傳統(tǒng)潛艇具有利于搭載特殊作業(yè)任務(wù)模塊等特點(diǎn)，現(xiàn)在已有越來(lái)越多的新型潛艇設(shè)計(jì)思路被提出。文中較為詳細(xì)地介紹了國(guó)外非傳統(tǒng)潛艇技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，闡述了非傳統(tǒng)潛艇在大潛深、淺水水域航行和舷間空間利用方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。文中探討了非傳統(tǒng)潛艇的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展方向，并分析了非傳統(tǒng)潛艇需要解決的關(guān)鍵技術(shù),給出了作者的一些初步結(jié)論和見解。

非傳統(tǒng)潛艇；艇型及結(jié)構(gòu)；特種作業(yè)任務(wù)；有效負(fù)載

0 引 言

潛艇艇型及結(jié)構(gòu)是潛艇外在表現(xiàn)的主要技術(shù)特征之一，其變化一直是隨著潛艇戰(zhàn)爭(zhēng)賦予的主要使命與非戰(zhàn)爭(zhēng)作業(yè)任務(wù)要求不斷在發(fā)展變化，艇型及結(jié)構(gòu)的演變與發(fā)展是決定或牽引潛艇技術(shù)發(fā)展的重要方面。潛艇艇型、結(jié)構(gòu)形式、機(jī)械設(shè)備配置、分艙與總布置、排水量與儲(chǔ)備浮力等之間存在相互聯(lián)系與制約，從某種意義上說(shuō)，在潛艇總體頂層設(shè)計(jì)階段，艇型及結(jié)構(gòu)的選取就大體上決定了潛艇的主要性能與技術(shù)狀態(tài)。分析世界潛艇近一百多年的發(fā)展歷程，艇型由常規(guī)型、過(guò)渡型艇型逐步發(fā)展到現(xiàn)在的水滴型艇型潛艇，結(jié)構(gòu)形式有二戰(zhàn)時(shí)期常見的個(gè)半殼體結(jié)構(gòu)形式潛艇，到現(xiàn)在主流單殼體與雙殼體結(jié)構(gòu)形式潛艇，以及近年來(lái)興起的多耐壓殼體的結(jié)構(gòu)形式潛艇。無(wú)論潛艇采用是單殼體還是雙殼體，其共同技術(shù)特點(diǎn)是當(dāng)前潛艇主要為單耐壓殼結(jié)構(gòu)形式與水滴型艇型，這也是當(dāng)今經(jīng)典傳統(tǒng)潛艇的主要技術(shù)特征之一。

然而，隨著水下技術(shù)的快速發(fā)展，以及世界各國(guó)海洋國(guó)土安全防衛(wèi)與資源爭(zhēng)奪日益激烈，潛艇的使命和任務(wù)也開始發(fā)生了一定變化，潛艇由執(zhí)行單一作戰(zhàn)任務(wù)逐漸向可執(zhí)行包括資源開發(fā)、科學(xué)研究等多功能任務(wù)的方向發(fā)展，這就要求潛艇總體設(shè)計(jì)必須突破傳統(tǒng)潛艇設(shè)計(jì)框架與設(shè)計(jì)理念，提出一些非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)的新型潛艇，以適應(yīng)不同技術(shù)需求。非傳統(tǒng)潛艇對(duì)大潛深、淺水水域航行、舷間作業(yè)與武器模塊搭載等方面可能表現(xiàn)獨(dú)特適應(yīng)優(yōu)勢(shì)，而且為總體設(shè)計(jì)提供了更加多樣可變的設(shè)計(jì)調(diào)整空間。近年來(lái)，陸續(xù)有報(bào)道披露世界許多國(guó)家正在開展非傳統(tǒng)潛艇的相關(guān)研究。上世紀(jì)90年代，美國(guó)未來(lái)潛艇研究小組提出了，以扁平型潛艇作為未來(lái)潛艇發(fā)展趨勢(shì)為思路的概念方案。2004年，美國(guó)海軍和美國(guó)諾斯洛普格拉曼公司提出了多型非回轉(zhuǎn)體艇型的潛艇設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。隨后于2008年至2011年間，美國(guó)研究機(jī)構(gòu)多次公布了扁平非傳統(tǒng)潛艇的水動(dòng)力模型試驗(yàn)與計(jì)算分析的研究結(jié)果[1-4]，對(duì)扁平艇型潛艇的水動(dòng)力航行性能進(jìn)行了系列研究，并開展了系列化線型優(yōu)化設(shè)計(jì)。2010年，荷蘭提出了以扁魚多體潛艇為中心節(jié)點(diǎn)的水下網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)體系，并較詳細(xì)論述了搭載舷外有效負(fù)載的三殼體新型潛艇的設(shè)計(jì)圖像。2003年到2012年，法國(guó)總裝備部造船局也推出了SMX系列扁平多體新型潛艇設(shè)計(jì)方案，尤其在“歐洲海軍裝備展”上推出的SMX-26潛艇，引起了廣泛的關(guān)注，足見其對(duì)非傳統(tǒng)新型潛艇的研究深度。本文研究總結(jié)了近年來(lái)國(guó)外非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)潛艇技術(shù)發(fā)展，闡述分析了其總體設(shè)計(jì)思想、主要技術(shù)特征以及其需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

1 非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)潛艇的技術(shù)發(fā)展內(nèi)涵及技術(shù)特征

國(guó)際上對(duì)于新型的非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)潛艇研究較早，特別在載人潛水器上，非回轉(zhuǎn)水滴艇型與多耐壓殼結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用比較常見。非回轉(zhuǎn)艇型主要包括仿生扁平、蝶形艇型，非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是區(qū)別于傳統(tǒng)的單耐壓柱殼結(jié)構(gòu)形式，主要表現(xiàn)形式有雙柱殼、三柱殼、多柱殼、多球殼、球柱組合、環(huán)形柱殼等新型結(jié)構(gòu)形式。美國(guó)、蘇俄、歐洲國(guó)家等對(duì)非傳統(tǒng)潛艇開展相關(guān)研究應(yīng)用比較多，下面以不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行總結(jié)分類，系統(tǒng)介紹世界各國(guó)典型的非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)潛艇的研究進(jìn)展情況、技術(shù)內(nèi)涵與技術(shù)特征。

1.1 雙柱殼結(jié)構(gòu)形式潛艇

1910型潛艇是俄羅斯一型多功能深海核動(dòng)力作業(yè)潛艇[5]，北約稱為“軍服”級(jí)（Uniform）潛艇，主要用于執(zhí)行特種任務(wù)的核潛艇，在上世紀(jì)70年代初由“孔雀石”設(shè)計(jì)局設(shè)計(jì)，歷經(jīng)10余年的論證設(shè)計(jì)工作，由海軍部造船廠建造，首艇AS-13于1982年下水。該潛艇為前后串列布置的雙柱殼結(jié)構(gòu)形式（圖1），前耐壓殼主要為人員聚集的指揮控制艙，主要布置指揮與操艇設(shè)備、人員生活居住設(shè)施、蓄電池、供配電設(shè)施等，后耐壓殼為動(dòng)力艙，主要布置核反應(yīng)堆與發(fā)電機(jī)組設(shè)備。該結(jié)構(gòu)形式將動(dòng)力區(qū)與人員工作生活區(qū)進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，有利于減少動(dòng)力設(shè)備對(duì)人員的影響。該潛艇為一深海核動(dòng)力潛艇，不裝備傳統(tǒng)的魚雷等武備，可在深海進(jìn)行長(zhǎng)期作業(yè)，在海底執(zhí)行特殊作業(yè)任務(wù)，并可執(zhí)行運(yùn)送特種部隊(duì)等特殊任務(wù)。潛艇舷間還搭載了吊放裝置、ROV、機(jī)械手、探測(cè)與觀察等功能模塊。為了作業(yè)時(shí)便于潛艇的操控，艏艉配置6具輔助推進(jìn)裝置，分別位于兩舷與上層建筑（可回收）內(nèi)，同時(shí)還在底部配有兩對(duì)腳靴狀坐底裝置（圖2）。1910型潛艇的潛深達(dá)700m（也有資料認(rèn)為潛深可達(dá)1 000m），排水量1 390/2 000t（水面/水下），主尺度為69 m×7 m×5.2m（艇長(zhǎng)×型寬×吃水）。潛艇裝載有1座核反應(yīng)堆，2臺(tái)汽輪機(jī)，額定功率為10 000馬力，航速為10/30kns（水面/水下），單軸單槳主推進(jìn)方式。該艇總共建有3艘，編號(hào)分別為AS-13、AS-15和AS-33。由于其執(zhí)行任務(wù)特殊性，俄羅斯官方有關(guān)這方面的詳細(xì)報(bào)道比較少見。

2005年美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)研究提出了用于特種作戰(zhàn)的近海多用途潛艇 （SSLW）[6]（圖3），為了潛艇可以有效地在淺水海域執(zhí)行隱蔽行動(dòng)，潛艇艇型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路必須與以往不同。該潛艇采用扁平外形，雙艉X型操縱面，雙層殼體。耐壓結(jié)構(gòu)為并排雙圓柱殼體，殼體之間通過(guò)過(guò)渡結(jié)構(gòu)交貫連接，端部采用球面封頭。潛艇的這種艇型與結(jié)構(gòu)形式可以減少吃水，潛艇的淺水耐波性、機(jī)動(dòng)性與隱蔽性較單柱殼潛艇有優(yōu)勢(shì)，可以保證艙室空間更加有效利用，可以滿足在30 m以內(nèi)的淺水水域靈活航行。潛艇（SSLW）總長(zhǎng)為44.8m、型深為3.96m、型寬為8.53m，水下全排水量為1 453t，工作潛深90 m，水下最大航速20 kns、巡航航速6 kns，水下續(xù)航力2 590nmile，人員編制12人。左右殼體內(nèi)設(shè)置有指揮控制艙、生活艙與機(jī)艙，機(jī)艙設(shè)有兩套燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)，最大輸出功率250kW。左舷耐壓殼中線重心靠前設(shè)置了艇員快速通過(guò)潛艇的出入代換艙，允許分兩次通過(guò)8名特種作戰(zhàn)人員及其沖鋒筏。武器主要裝備4套內(nèi)置式魚雷發(fā)射管、6枚外置式自航發(fā)射魚雷。潛艇的舯部設(shè)有一個(gè)5.48m×2.4m× 6 m的濕式有效載荷搭載艙，可以攜帶攻擊武器、無(wú)人作戰(zhàn)潛航器、水下反水雷工具、用于提高電子監(jiān)聽和反探測(cè)能力的設(shè)備等。

圖1 俄羅斯1910型潛艇雙柱殼結(jié)構(gòu)形式與外形布局圖Fig.1 Double pressure shells form and shape plans of 1910 class submarine for Russia

圖2 俄羅斯1910型潛艇搭載功能模塊Fig.2 The payload module of 1910 class submarine for Russia

圖3 近海多用途潛艇（SSLW）潛艇的外形布局圖Fig.3 Littoral warfare submarine shape plans

法國(guó)總裝備部造船局研究并提出了SMX-21多用途概念型潛艇，圖為2003年“歐洲海軍裝備展”展出的SMX-21多用途概念型潛艇的外形示意圖。SMX-21概念型潛艇的總長(zhǎng)為64.5m，水面排水量2 700t，水下最大航速大于18 kns，工作潛深大于250m，續(xù)航力為9 000nmile，自持力為60晝夜。該型潛艇采用了全新的水動(dòng)力布局，扁平外形，雙泵噴推進(jìn)方式，采用兩個(gè)圓柱形耐壓殼體。SMX-21型概念潛艇設(shè)有常規(guī)內(nèi)置式魚雷發(fā)射管，另外，在耐壓殼體與輕外殼之間，裝備3個(gè)武器模塊。這些武器模塊包括標(biāo)準(zhǔn)的可互換武器發(fā)射管，共計(jì)多達(dá)30件武器。武器模塊可以根據(jù)各種任務(wù)加以設(shè)計(jì)，每一個(gè)武器模塊均有10枚武器，包括輕型和重型魚雷、水雷、防空導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈，能執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)，包括反潛、反艦、防控、對(duì)陸及特種作戰(zhàn)等。

2012年10月“歐洲海軍裝備展”上法國(guó)DCNS公司再次設(shè)計(jì)推出了SMX-26淺水近海作戰(zhàn)潛艇[7]（圖5）。法國(guó)DCNS公司認(rèn)為，由于受到近海航行與淺水海域隱藏要求等限制，使得傳統(tǒng)艇型近海潛艇具有噸位小、搭載有效負(fù)載有限、舒適性與聲納環(huán)境較差等缺點(diǎn)。該潛艇主體為兩個(gè)直徑3.9m的柱殼體結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)殼體之間通過(guò)直徑2.5m的過(guò)渡殼體結(jié)構(gòu)相連，設(shè)有雙艉，并采用兩個(gè)主推與四個(gè)可回收的全回轉(zhuǎn)輔推推進(jìn)方式，其艏部采用了共形聲納。這種結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的艇型潛艇可以在最小12 m深度淺水域航行，特別適用于近海淺水水域航行作戰(zhàn)。

圖4 法國(guó)提出的SMX-21概念型潛艇圖Fig.4 SMX-21 new concept submarine design by DCNS

該型潛艇正常排水量1 003t，總長(zhǎng)為39.5m，最大寬度15.5m，水下最大航速約10 kns，工作潛深100m，4 kns混合推進(jìn)的水下續(xù)航力為7 000海里，工作潛深大于250m。該型潛艇特別適合在近海淺水水域隱蔽航行作戰(zhàn)，可長(zhǎng)時(shí)間水下坐底或低速巡航，能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)?？蓴y帶2枚重型和8枚輕型魚雷武器，并在桅桿上裝備了防空導(dǎo)彈與20 mm口徑機(jī)關(guān)炮，形成防空自衛(wèi)與反潛反艦?zāi)芰?，同時(shí)可搭載特種部隊(duì)在水面水下執(zhí)行特種作戰(zhàn)任務(wù)，執(zhí)行對(duì)陸對(duì)海情報(bào)搜索、特種部隊(duì)快速部署與作戰(zhàn)等多種任務(wù)，彌補(bǔ)了常規(guī)艇型小型近海潛艇作戰(zhàn)能力有限的缺點(diǎn)，可以滿足一型潛艇就可執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)的現(xiàn)實(shí)需求。

表1 SMX-26潛艇的主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 The main characteristics and performances of SMX-26

2012年挪威海洋科技研究院工程師托爾·貝格介紹了針對(duì)北極地區(qū)正在研發(fā)一種特殊的潛艇[8]，見圖6。它為扁平艇型，長(zhǎng)約41 m，寬15 m，潛深450m，水下航速8 kns，排水量1 500t，水下逗留時(shí)間14天，可載10到14人，采用8×75kW的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，攜帶水下作業(yè)工具，進(jìn)行水下油氣開采輔助作業(yè)，如可安全高效地實(shí)施安裝和維修鉆井平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)形式未透露。

圖5 法國(guó)DCNS公司提出的SMX-26潛艇概念方案Fig.5 SMX-26 new concept submarine design by DCNS

圖6 挪威海洋技術(shù)科學(xué)院提出的新型潛艇Fig.6 A new concept submarine design by Norway Ocean Technology Academe

1.2 三柱殼結(jié)構(gòu)形式潛艇

美國(guó)海軍在90年代中期成立了“未來(lái)潛艇研究小組（FSG）”，著力研究無(wú)人作戰(zhàn)潛器和未來(lái)新型潛艇。FSG小組提出未來(lái)美國(guó)攻擊型核潛艇應(yīng)該配備比現(xiàn)役潛艇成倍增加的有效負(fù)載，而不應(yīng)該以增加潛艇排水量來(lái)達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，其中一些概念方案已被美國(guó)海軍確定為未來(lái)潛艇作戰(zhàn)能力研究的重點(diǎn)方向。

圖7 FSG研究組設(shè)想的扁平三耐壓殼體潛艇Fig.7 A new concept submarine design by FSG

FSG提出的美國(guó)下一代多用途核潛艇[9]艇型呈扁平狀，取消了指揮臺(tái)圍殼，在艇艏設(shè)有共形聲納基陣，艉操縱面上布置了兩組垂直艉翼和方向舵。從圖7上可以清晰地看到該概念潛艇為雙殼體結(jié)構(gòu)，耐壓殼體采用了并列的三圓柱殼體結(jié)構(gòu)形式。該潛艇突出的特點(diǎn)是在三個(gè)耐壓殼體和非耐壓殼體之間，攜帶大量的有效負(fù)載模塊，武器發(fā)射系統(tǒng)全部外置，其攻擊能力大大加強(qiáng)，且攜帶的UUV不受魚雷發(fā)射管直徑的限制。潛艇上設(shè)有6具武器彈夾裝置，該裝置用于武器的拋出式發(fā)射，以此來(lái)降低潛艇武器發(fā)射時(shí)的暴露率。潛艇上還配置有大型輔助運(yùn)載器、通用化的載荷模塊箱，包括探測(cè)傳感器、通信節(jié)點(diǎn)、特種部隊(duì)裝備以及能源燃料等。在執(zhí)行任務(wù)前，根據(jù)任務(wù)的需求，以不同的組合方式進(jìn)行裝載，并從母艇上控制負(fù)載的自動(dòng)投放。

在2004年，美國(guó)海軍和美國(guó)諾斯洛普格拉曼公司提出了兩種非回轉(zhuǎn)體艇型的潛艇[10]，其中一型潛艇就是三耐壓殼體潛艇（見圖8），另一種是環(huán)形殼潛艇（見圖14）。項(xiàng)目組對(duì)單耐壓殼體、三耐壓殼體、環(huán)形殼體潛艇的有效負(fù)載搭載、結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力阻力以及操縱性等方面進(jìn)行了對(duì)比研究。研究結(jié)果表明，非回轉(zhuǎn)體艇型潛艇有效負(fù)載搭載、潛水海域航行等具有優(yōu)勢(shì)，但需要付出其它方面的代價(jià)。該型潛艇由并列三耐壓殼組成，中間一個(gè)小耐壓殼兩邊鄰接兩個(gè)大耐壓殼，非耐壓體在中間小耐壓殼的上邊和下邊。對(duì)于傳統(tǒng)載荷方案，魚雷武器（水平負(fù)載）布置在中間殼體，前后并排設(shè)置兩個(gè)魚雷艙，垂直武器發(fā)射管（垂直負(fù)載）布置在兩側(cè)耐壓殼內(nèi)。該方案使得魚雷武器布置更為復(fù)雜，兩種負(fù)載在耐壓殼內(nèi)的空間利用率不高。對(duì)于模塊化載荷方案，三耐壓殼結(jié)構(gòu)形式潛艇是最有利于水平與垂直有效負(fù)載的布置，其模塊化垂直負(fù)載布置在圍殼、潛艇艉部非耐壓區(qū)域以及中間耐壓殼專門的有效負(fù)載艙內(nèi)，水平負(fù)載布置在模塊化有效負(fù)載艙的底部，模塊化有效負(fù)載艙與耐壓結(jié)構(gòu)分離并保持相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)在中間耐壓殼有直徑1.5m的UUV存放回收艙。耐壓殼和主壓載水艙結(jié)構(gòu)均使用HY-100鋼，其他非耐壓結(jié)構(gòu)、操縱面和可回收的艏舵采用了復(fù)合材料。三耐壓殼潛艇采用兩個(gè)導(dǎo)管推進(jìn)器與“X”型操縱面，為提高潛艇水平面穩(wěn)定性將圍殼后置。

圖8 美國(guó)提出非回轉(zhuǎn)體三殼體潛艇及有效負(fù)載艙（左圖為傳統(tǒng)負(fù)載，右圖為模塊化負(fù)載）Fig.8 Non-body-of-revolution trihull submarine and payloads by the U.S.Navy and NGNN(The left figure is conventional payload,the right figure is modular payload)

表2 傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)潛艇搭載不同負(fù)載的總體方案主要性能參數(shù)比較Tab.2 Comparison of the main characteristics and performances with conventional and modular payload

續(xù)表2

由研究結(jié)果分析可知，該艇型與結(jié)構(gòu)形式使得潛艇具有較大有效負(fù)載的裝載空間，而且由于其型寬較大，特別適合水平負(fù)載的搭載。而如果回轉(zhuǎn)艇型潛艇要攜帶大負(fù)載，會(huì)導(dǎo)致潛艇直徑、吃水或長(zhǎng)度增加，影響其機(jī)動(dòng)性。對(duì)于傳統(tǒng)負(fù)載，由于其設(shè)計(jì)不是最佳狀態(tài)，使得排水量、結(jié)構(gòu)重量以及推進(jìn)功率均有一定增加。對(duì)于大噸位的模塊化有效負(fù)載，三耐壓殼體與環(huán)形殼潛艇可以方便布置攜帶更多有效負(fù)載，但是總體來(lái)說(shuō)，相同有效載荷百分比條件下，三柱殼方案比單耐壓殼方案在排水量與推進(jìn)功率有優(yōu)勢(shì)，環(huán)形殼方案比其他兩個(gè)方案在單耐壓殼方案在結(jié)構(gòu)重量上有優(yōu)勢(shì)，而在排水量與推進(jìn)功率方面表現(xiàn)出不足。

2010年荷蘭提出了作為水下網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)斗體系中心節(jié)點(diǎn)的扁魚型潛艇概念方案[11]（圖9），正常排水量為2 520t，總長(zhǎng)約50 m，型寬16 m，型深6.5m，潛深250m，水下最高航速：20 kns，混合續(xù)航力12 000海里，AIP動(dòng)力為水下柴油機(jī)，AIP航速6 kns，自持力50天（AIP水下自持力20天），武器16枚（10枚魚雷，6具誘餌或防空導(dǎo)彈）。舷間搭載：探測(cè)浮標(biāo)（50枚）、3具AUV、6具仿生機(jī)器人、1艘仿生運(yùn)輸艇、6具潛水裝具與2艘濕式蛙人輸送艇。

圖9 荷蘭提出的非并列三耐壓殼潛艇Fig.9 Non-body-of-revolution trihull submarine design plan by Holland

潛艇橫剖面為橢圓形的扁平艇體外形，該艇型有利于潛艇水面穩(wěn)定性與坐底。由前后排列的三個(gè)耐壓殼組成，其中前端為一個(gè)耐壓殼，后端并排兩個(gè)耐壓殼，三個(gè)耐壓殼直徑為6 m。前端與后端耐壓殼長(zhǎng)度分別為12 m與27 m。前端耐壓殼主要由魚雷、誘餌以及AUV發(fā)射艙，指揮控制與情報(bào)偵查監(jiān)測(cè)中心以及軍官居住室組成。后端兩耐壓殼采用非對(duì)稱布置，左舷耐壓殼主要設(shè)有艇員與特種部隊(duì)居住艙、AIP動(dòng)力裝置、液氧存儲(chǔ)罐、電力推進(jìn)裝置，右舷耐壓殼主要設(shè)有輔機(jī)與蓄電池艙、柴油發(fā)電機(jī)組與電力推進(jìn)裝置等。該結(jié)構(gòu)布局有利于利用兩耐壓殼之間的空間存放蛙人潛水助推裝具與濕式輸送艇，同時(shí)可以利用艏部舷間搭載一些仿生運(yùn)輸艇與AUV。也可在耐壓殼兩邊配有多用途發(fā)射艙，用于干式存放有效負(fù)載。探測(cè)浮標(biāo)、仿生機(jī)器人、UUV可以向潛艇傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)可從潛艇上獲得戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

1999年，美國(guó)Arzola提出了種新穎的耐壓結(jié)構(gòu)布局潛艇[12]，將潛艇一個(gè)耐壓殼打斷分為前后串列的兩個(gè)耐壓殼，將武器和新引入的多用途逃逸艙外置，并取消了指揮臺(tái)圍殼。多用途的逃逸艙彌補(bǔ)了單殼體潛艇儲(chǔ)備浮力低的不足，在緊急情況下可以單獨(dú)脫離潛艇上浮，可以大大增加潛艇艇員失事逃生的機(jī)會(huì)，并可以確保足夠的空間來(lái)容納所有艇員和一定數(shù)目的日?！皝?lái)訪者”。此外，舷外武器可以為潛艇提供一定的浮力。該潛艇前耐壓殼主要為潛艇的指揮控制區(qū)、居住區(qū)以及蓄電池與淡水等存儲(chǔ)區(qū)，后耐壓殼主要為核動(dòng)力裝置及其輔機(jī)區(qū)，通過(guò)人員通道，艇員可以進(jìn)出三個(gè)殼體區(qū)域，同時(shí)又保證了人員集中活動(dòng)區(qū)、救生區(qū)與動(dòng)力機(jī)械裝置區(qū)的相互隔離，提高了潛艇的適居性與安全性。

圖10 美國(guó)提出的新型三耐壓殼布局潛艇Fig.10 A new concept trihull submarine design plan by USA

1.3 多（大于三個(gè)）柱殼結(jié)構(gòu)形式潛艇

多柱殼潛艇比較典型的是蘇聯(lián)的“臺(tái)風(fēng)級(jí)”（941型）核潛艇[13]，它打破了世界各國(guó)潛艇傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，采用多個(gè)耐壓柱殼結(jié)構(gòu)的非傳統(tǒng)艇型與結(jié)構(gòu)潛艇?！芭_(tái)風(fēng)級(jí)”潛艇是目前世界上排水量最大的潛艇，其正常排水量達(dá)24 500t，水下全排水量33 800t，最大下潛深度500m，主尺度長(zhǎng)度170m×寬度23 m×高度11.5m，兩座核反應(yīng)堆，雙主推進(jìn)器。蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造的該型潛艇和以往核潛艇完全不同，橫剖面近似為橢圓形，結(jié)構(gòu)形式為四個(gè)大耐壓柱殼，兩個(gè)主耐壓殼體并排布置。兩耐壓殼之間布置有導(dǎo)彈發(fā)射筒，耐壓殼內(nèi)部各裝備一套主動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。在潛艇偏后主耐壓結(jié)構(gòu)上設(shè)一單獨(dú)耐壓結(jié)構(gòu)為指揮艙，潛艇前部設(shè)一單獨(dú)耐壓結(jié)構(gòu)作為魚雷艙，上下耐壓殼成品字形布置，所有的耐壓結(jié)構(gòu)通過(guò)非耐壓結(jié)構(gòu)固聯(lián)。

圖11 蘇聯(lián)941型核潛艇多柱殼結(jié)構(gòu)圖Fig.11 Typhoon class submarine multi-pressure-shells plans

采取這種結(jié)構(gòu)型式是當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)潛艇設(shè)計(jì)上一大創(chuàng)新，使得當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)人員解決了一系列復(fù)雜的設(shè)計(jì)難題，主要包括：滿足了總體攜帶大量武器的的要求，消除了潛艇線型“龜背”現(xiàn)象，但是付出的代價(jià)是增大了排水量；解決了當(dāng)時(shí)前蘇聯(lián)造船工業(yè)部門不能建造大直徑耐壓殼問(wèn)題；保障了各功能艙室相對(duì)獨(dú)立，為潛艇居住性、設(shè)備布置與維護(hù)創(chuàng)造了良好的條件；消除了潛艇在變深運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因耐壓船體變形而對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射筒的影響；有利于采取備份措施以保證系統(tǒng)設(shè)備的可靠性，當(dāng)兩個(gè)耐壓殼體中任一殼體內(nèi)的設(shè)備發(fā)生事故時(shí)，仍然能夠保證潛艇繼續(xù)航行或作戰(zhàn)，具有較高的作戰(zhàn)和使用生命力。綜合來(lái)看，941型核潛艇所采取的結(jié)構(gòu)型式有利有弊，但是，不可否認(rèn)在當(dāng)時(shí)的確是潛艇設(shè)計(jì)上的一項(xiàng)大膽創(chuàng)新實(shí)踐。目前，該潛艇6艘中已有5艘退役，僅保留一艘作為俄新一代“布拉瓦”彈道導(dǎo)彈試驗(yàn)平臺(tái)，已不擔(dān)負(fù)戰(zhàn)斗巡邏任務(wù)。面對(duì)這些龐然大物的退役，該潛艇設(shè)計(jì)單位俄羅斯“紅寶石”設(shè)計(jì)局也曾提出過(guò)多個(gè)對(duì)其改裝另用的方案。其中，包括將其改裝為水下運(yùn)輸船和鋪纜船，由設(shè)計(jì)方案可以看到，設(shè)計(jì)師巧妙利用多體結(jié)構(gòu)配置鋪纜設(shè)備。

圖12 “紅寶石”設(shè)計(jì)局提出的水下鋪纜船改裝方案Fig.12 Underwater cable laying submarine modification plan for typhoon class submarine

圖13 俄羅斯提出的水下鉆井作業(yè)潛艇設(shè)計(jì)方案Fig.13 Underwater oil and gas drill operation submarine design plan

為了滿足水下油氣資源開采的需求，俄羅斯“天青石”設(shè)計(jì)局提出了水下鉆井作業(yè)潛艇設(shè)計(jì)方案[14]。該平臺(tái)總長(zhǎng)98.6m，型寬31.2m，型深32.5m，正常排水量23 000t，工作深度60～400m，自持力60天，最大鉆井深度6 000m。相對(duì)于現(xiàn)在的海上油氣開采方式來(lái)說(shuō)，該水下鉆井作業(yè)潛艇開采方式可以顯著減小鉆井裝置的尺寸和重量，保證了密閉艙室內(nèi)的防爆性和鉆井作業(yè)的機(jī)械化，免除了鉆井工人的重體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制及作業(yè)工藝的完全監(jiān)控。該鉆井作業(yè)潛艇由多個(gè)耐壓柱殼結(jié)構(gòu)并分為五大模塊組成，該結(jié)構(gòu)形式有利于將潛艇控制居住、鉆井與動(dòng)力布置在獨(dú)立的耐壓殼模塊內(nèi)，并在相應(yīng)模塊艙內(nèi)配有備份的控制柜，以提高潛艇的可靠性與水下鉆井作業(yè)人員的安全性，設(shè)計(jì)十分巧妙新穎。

在潛艇艏部，潛艇動(dòng)力、鉆井控制設(shè)備與艇員生活居住設(shè)施集中布置在一個(gè)耐壓殼體內(nèi)，構(gòu)成潛艇操控居住模塊艙。鉆井設(shè)備集中布置在在艇舯部和兩舷三個(gè)耐壓殼內(nèi)：潛艇舯部為鉆井模塊艙，艙內(nèi)配有旋轉(zhuǎn)式鉆井設(shè)備，用于起吊安裝套管和鉆井管的設(shè)備以及鉆井管的儲(chǔ)存室，全套套管可打一口深3 500m的四管鉆井；左右兩側(cè)耐壓殼內(nèi)為鉆井配套模塊艙，分別配有鉆井液分離與循環(huán)系統(tǒng)、防井噴設(shè)備與灌漿系統(tǒng)等設(shè)備，兩舷模塊艙均配有電力推進(jìn)系統(tǒng)。在連接操控居住艙與鉆井艙的潛艇艏部設(shè)有一垂直耐壓殼體，為安全逃生艙，可以用于艇員的避難脫險(xiǎn)，正常情況下可用于艇員與外部人員換班及給養(yǎng)補(bǔ)充。該艇艏部的操控居住艙之上配有一型潛艇救生艇。潛艇艇艉底部的耐壓殼內(nèi)為蓄電池與柴油機(jī)發(fā)電機(jī)模塊艙。潛艇艇艉頂部為若干轉(zhuǎn)運(yùn)補(bǔ)給模塊艙，為用于接收轉(zhuǎn)運(yùn)鉆井裝置所需的套管、水泥及化學(xué)試劑等各種耗材，通過(guò)該艙轉(zhuǎn)運(yùn)到水下鉆井潛艇的鉆井模塊艙內(nèi)。

1.4 環(huán)形耐壓殼結(jié)構(gòu)形式潛艇

2004年，美國(guó)海軍和美國(guó)諾斯洛普格拉曼公司提出了環(huán)形殼結(jié)構(gòu)形式的潛艇[10]。該型潛艇的耐壓殼形狀像一個(gè)花盆底托，環(huán)形殼潛艇通過(guò)非耐壓結(jié)構(gòu)包絡(luò)來(lái)改善其水動(dòng)力線型。與其他艇型的潛艇相比較，環(huán)形殼潛艇具有更短艇長(zhǎng)與更大的型寬。圖14展示了環(huán)形殼潛艇的耐壓殼、非耐壓殼及其環(huán)狀負(fù)載區(qū)。

圖14 環(huán)形殼潛艇艇型結(jié)構(gòu)與負(fù)載概念方案圖（中圖為傳統(tǒng)負(fù)載，右圖為模塊化負(fù)載）Fig.14 Toroid shell submarine and payloads plans(The middle figure is conventional payload,the right figure is modular payload)

針對(duì)傳統(tǒng)負(fù)載方案，為了解決環(huán)形殼潛艇魚雷武器尺寸較長(zhǎng)的問(wèn)題，在艇艏部連接環(huán)形殼向前延伸出一個(gè)獨(dú)立的耐壓殼作為魚雷艙，魚雷艙附近舷外配置垂直武器負(fù)載。同時(shí)，為了提高中間區(qū)域的空間利用率，不減少環(huán)形殼的尺寸，環(huán)形殼中間區(qū)域上下用橢圓形結(jié)構(gòu)做成耐壓殼艙室，用來(lái)布置核反應(yīng)堆裝置，在艇艉設(shè)置人員出入設(shè)閘艙。對(duì)于模塊化負(fù)載方案，潛艇艏部太短，不能布置水平負(fù)載，解決的方法是在環(huán)形殼中心非耐壓區(qū)域布置模塊化水平與垂直負(fù)載，并加大環(huán)形耐壓殼的尺寸以便于動(dòng)力系統(tǒng)的布置，同時(shí)在潛艇艏艉端與圍殼非耐壓區(qū)布置垂直負(fù)載，由于艇艉推進(jìn)系統(tǒng)的存在使得無(wú)法設(shè)置UUV存儲(chǔ)回收艙。采用雙泵噴推進(jìn)器，以及可伸縮式艏舵與“X”型艉操縱面。

1.5 多球殼結(jié)構(gòu)形式潛艇

10831型深海作業(yè)核動(dòng)力潛艇由“孔雀石”設(shè)計(jì)局設(shè)計(jì)，北約名稱代號(hào)為Norsub-5。目前已知建成1艘，代號(hào)為AS-12。該潛艇1988年開工建造，1990年由于資金等方面原因中途停建，后來(lái)幾經(jīng)波折，在2000年后得以恢復(fù)建造。潛艇的潛深為3 000m（也有資料認(rèn)為其潛深達(dá)6 000m），正常排水量1 600t（水下排水量2 100t）、主尺度為79 m×7 m×5.1m，最大航速30 kns，裝載一座額定功率為15 000馬力的核反應(yīng)堆，單軸單槳推進(jìn)，可長(zhǎng)時(shí)間在水下執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，該型潛艇編制為25人。有國(guó)外一些文獻(xiàn)資料猜想分析了10831型核動(dòng)力潛艇的技術(shù)特征，有報(bào)道稱該型潛艇[15]其耐壓殼體由數(shù)個(gè)球殼串聯(lián)組成，所有球殼之間有通道相連，殼體材料為高強(qiáng)度鈦合金，耐壓殼體外由輕外殼包覆成流線型外型。潛艇每一個(gè)耐壓殼為一相對(duì)獨(dú)立的功能艙室，設(shè)有武器艙、控制艙、輔機(jī)艙、柴油機(jī)及其輔機(jī)艙、主機(jī)艙、反應(yīng)堆艙，配置有單螺旋槳與2臺(tái)輔助推進(jìn)裝置。潛艇艙室內(nèi)配置水、空氣再生系統(tǒng)，大大改善了潛艇的居住條件。該型潛艇搭載有機(jī)械手、巖石清理設(shè)備、電視抓斗和水壓管等水下作業(yè)工具。該潛艇在中期維修過(guò)程中升級(jí)了部分設(shè)備，加裝了探測(cè)海底地震形成的斷面的水聲測(cè)量裝備、測(cè)量海底沉積物深度的輪廓測(cè)定儀、側(cè)掃聲納和多射線回聲測(cè)深儀等設(shè)備。有資料認(rèn)為其曾用于北冰洋海底地形地貌等地質(zhì)學(xué)勘探與海洋油氣與礦產(chǎn)資源的勘探。關(guān)于10831型深海作業(yè)核動(dòng)力潛艇的公開信息很少，這里給出一些對(duì)該潛艇猜測(cè)設(shè)想的不同艇型與結(jié)構(gòu)形式方案的示意圖。

圖15 國(guó)外猜想10831型潛艇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與艇型方案示意圖（上圖六球殼，下圖七球殼）Fig.15 10831 class submarine’s multi-sphere shells plans by speculation(six and seven spheres)

圖16 國(guó)外猜想10831型潛艇八球殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與艇型方案示意圖Fig.16 10831 class submarine’s multi-sphere shells plans by speculation(eight spheres)

美國(guó)帕格里斯（W.N.Pugliese）和丁克爾（J.L.Tinkel）撰文披露了2010年將要建造的隱身潛艇雛形[16]，該新型潛艇具有紡錘體流線線型，其耐壓殼體設(shè)計(jì)成一串大小不同的球體，武器設(shè)置在舷間，為了取得良好的隱身和阻力性能，圍殼和艏舵設(shè)計(jì)成可回收形式，其輕外殼外表面安裝共形聲納，并覆蓋吸聲材料。研究表明，球體相對(duì)于圓柱體的目標(biāo)強(qiáng)度有較大降低?；诖朔N結(jié)論，通過(guò)減少突體，并將柱體耐壓結(jié)構(gòu)改變?yōu)殒溓驙罱Y(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)上的改變，可使其TS值降低20 dB，作者稱該潛艇方案是革命性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

為了提高潛艇搭載負(fù)載與耐壓結(jié)構(gòu)的抗壓能力，有利于特殊的軍事用途，美國(guó)提出了一型橫剖面為橢圓型、縱向?yàn)榱骶€型的蝶形的潛艇[17]，其耐壓殼采用多個(gè)交貫連接的球型殼體，呈蜂窩狀，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要靈活改變球形耐壓殼的數(shù)量和大小，該潛艇結(jié)構(gòu)形式新穎，脫離了傳統(tǒng)的球殼和圓柱殼耐壓形式。艉部裝有雙推進(jìn)器，低矮圍殼與艉部操縱面采用一體化共形設(shè)計(jì)，有利于潛艇航行性能與隱身性能的提高。該潛艇最大潛深可達(dá)762m，結(jié)構(gòu)布置見圖18。該潛艇長(zhǎng)19.35m，型寬10.11m，型深4.70m，排水量365t，水下最大航速15 kns，可負(fù)載5噸設(shè)備，配備了試驗(yàn)艙與人員出入代換艙。1994年，美國(guó)Clifford Ness對(duì)于該潛艇的結(jié)構(gòu)形式還申請(qǐng)了專利[18]。有資料表明，美國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì)建造了相關(guān)的試驗(yàn)艇。

圖17 未來(lái)隱身潛艇的概念圖像Fig.17 A new concept submarine design plan in future

圖18 美國(guó)提出的多交貫連接球型殼體結(jié)構(gòu)新型潛艇Fig.18 Multi-sphere shells connection hullform submarine design plan by USA

對(duì)于多球殼這種典型的結(jié)構(gòu)形式，在潛水器中應(yīng)用比較廣泛，如美國(guó)的Mystic、Avalon深潛救生艇（DSRV）和日本的“千尋”號(hào)深潛救生艇[19]，其深潛救生艇的艇體布置如圖19所示，其耐壓殼由前部的操縱艙，舯部的救生艙及后部的機(jī)艙組成的3個(gè)串聯(lián)球與救生艙下部的半球狀的救生閘套所構(gòu)成，球殼之間可以相互連通。該結(jié)構(gòu)形式能夠提高救生艇的救援深度、救援能力以及救援功能的實(shí)現(xiàn)具有一定優(yōu)勢(shì)。日本海上自衛(wèi)隊(duì)的深潛救生艇是由海上自衛(wèi)隊(duì)技術(shù)研究部研究開發(fā)，排水量約40 t，全長(zhǎng)12.4m，寬3.2m。機(jī)組人員2人，可救人員12人，最大下潛深度300m，速度4 kns。美國(guó)深潛救生艇可全球投送，排水量約34.5t，全長(zhǎng)12.4m，寬3.2m，可救人員24人，最大救援深度610m。另外，日本川崎重工船廠于1968年設(shè)計(jì)建造了Shinkai HU06載人潛水器，正常排水量85 t，工作潛深600m，攜帶機(jī)械手及探測(cè)設(shè)備，主要用于海洋科學(xué)研究，其值得關(guān)注的是其很具特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式，主要耐壓結(jié)構(gòu)為兩個(gè)球殼，兩個(gè)球殼之間通過(guò)耐壓圓柱殼作為通道連接。

圖19 美國(guó)深潛救生艇（DSRV）與三球結(jié)構(gòu)形式Fig.19 Deep submersible rescue vehicle and three sphere shells hullform

圖20 日本深潛救生艇（DSRV，左圖與中圖）與深海HU06載人潛水器（右圖）Fig.20 Japan’s Deep submersible rescue vehicle and ShinkaiHU06 submersible

2 非傳統(tǒng)潛艇的技術(shù)發(fā)展方向與特點(diǎn)分析

（1）突破傳統(tǒng)潛艇設(shè)計(jì)思路的新概念潛艇已成為未來(lái)潛艇技術(shù)發(fā)展的重要方向之一

主流傳統(tǒng)潛艇發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史，回轉(zhuǎn)艇型單耐壓殼的傳統(tǒng)潛艇在總體布局、船體結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力性能等方面的設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而傳統(tǒng)潛艇有其自身的特點(diǎn)，在某些方面有一定的局限性，由此導(dǎo)致潛艇艇用設(shè)備的發(fā)展模式已經(jīng)固化，難有新的突破。非傳統(tǒng)潛艇對(duì)大深度潛深、淺水水域航行、多功能作業(yè)模塊搭載等有其獨(dú)特適應(yīng)優(yōu)勢(shì)，為潛艇隱身技術(shù)措施應(yīng)用、聲納與武器攜帶提供了新的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)要求，因此，非傳統(tǒng)潛艇總體設(shè)計(jì)的改變，由此帶動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備打破原有框架以尋求新的發(fā)展。跟蹤國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)表明，世界上幾大潛艇強(qiáng)國(guó)均在致力于新型非傳統(tǒng)潛艇的設(shè)計(jì)研究，非傳統(tǒng)潛艇已成為未來(lái)潛艇技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

（2）非傳統(tǒng)潛艇為潛艇總體設(shè)計(jì)提供了更豐富多樣的可調(diào)設(shè)計(jì)空間

比較傳統(tǒng)潛艇而言，非傳統(tǒng)潛艇打破了單耐壓殼結(jié)構(gòu)形式的固有模式的約束，使得設(shè)計(jì)人員有更多施展設(shè)計(jì)想法的空間，具有更多設(shè)計(jì)的可調(diào)性。潛艇的結(jié)構(gòu)形式完全由設(shè)計(jì)意圖決定，以適應(yīng)總體任務(wù)要求而搭載的作業(yè)模塊進(jìn)行不同耐壓結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。由于大量負(fù)載布置在舷間，負(fù)載搭載方式、配置參數(shù)以及與艙內(nèi)物資與信息的對(duì)接等更加靈活多樣。可以根據(jù)不同功能需求的總體分艙布局、不同的安全等級(jí)與艙室環(huán)境要求進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，可以為負(fù)載搭載、整艙逃逸、折倒升降桅桿、減振降噪措施等新技術(shù)應(yīng)用提供了更好的條件。

（3）充分利用非傳統(tǒng)潛艇獨(dú)特的技術(shù)特征以發(fā)展適應(yīng)特殊任務(wù)需求

非傳統(tǒng)潛艇具有排水量較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利方面，可以通過(guò)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的發(fā)展，削弱并解決這些技術(shù)問(wèn)題，而且排水量對(duì)于非作戰(zhàn)潛艇不是一個(gè)嚴(yán)格追求的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。而非傳統(tǒng)潛艇適合近水面、淺水海域航行，由于其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較好，非常適合水下作業(yè)。同時(shí)，非傳統(tǒng)潛艇可以攜帶多個(gè)不同種類的作業(yè)模塊，更能適應(yīng)大潛深、模塊化等技術(shù)需求，多耐壓殼可設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立有聯(lián)系的功能模塊艙，為潛艇安全性、作業(yè)功能實(shí)現(xiàn)與負(fù)載搭載能力提升有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 非傳統(tǒng)潛艇需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

（1）適應(yīng)于特殊任務(wù)需求的總體設(shè)計(jì)技術(shù)

潛艇總體設(shè)計(jì)是權(quán)衡優(yōu)化各方面性能參數(shù)的復(fù)雜過(guò)程，無(wú)論傳統(tǒng)或非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)的潛艇，有其自身特有的優(yōu)缺點(diǎn)，表現(xiàn)出不同技術(shù)特征。在非傳統(tǒng)潛艇設(shè)計(jì)過(guò)程中，總體設(shè)計(jì)理念需要不斷創(chuàng)新，倡導(dǎo)新技術(shù)推動(dòng)作用并與潛艇總體設(shè)計(jì)相融合，充分利用并挖掘非傳統(tǒng)潛艇的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。在潛艇總體頂層設(shè)計(jì)階段，提出新的技術(shù)途徑以解決潛艇各類矛盾，綜合研究各系統(tǒng)適應(yīng)性，提出潛艇系統(tǒng)與設(shè)備的總體設(shè)計(jì)要求。非傳統(tǒng)潛艇的總體設(shè)計(jì)主要涉及總體設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新、總體布局方案的創(chuàng)新、總體設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)規(guī)范體系等方面的創(chuàng)新。

（2）復(fù)雜耐壓殼及連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全性評(píng)估技術(shù)

非傳統(tǒng)潛艇為不同結(jié)構(gòu)形式的組合，通過(guò)非耐壓結(jié)構(gòu)連接在一起。而多耐壓結(jié)構(gòu)之間存在通道與穿艙結(jié)構(gòu)，水下大深度機(jī)動(dòng)變化還會(huì)引起結(jié)構(gòu)變形。同時(shí)，為了滿足水下特殊作業(yè)需求，載荷模塊需要在舷外設(shè)置一些特殊結(jié)構(gòu)，打破了潛艇結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。由此可知，相對(duì)于傳統(tǒng)潛艇而言，其結(jié)構(gòu)形式與力學(xué)特征更為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的指導(dǎo)規(guī)范。要保障非傳統(tǒng)潛艇的結(jié)構(gòu)水下安全性，要突破包括大潛深非傳統(tǒng)潛艇結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與安全性評(píng)估技術(shù)、耐壓殼及連接結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)控制技術(shù)，多耐壓體通道與穿艙設(shè)計(jì)、載荷模塊特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)建造工藝技術(shù)以及結(jié)構(gòu)安全性試驗(yàn)評(píng)估技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

（3）非回轉(zhuǎn)艇型水動(dòng)力性能綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

目前潛艇水動(dòng)力技術(shù)研究針對(duì)單軸/單槳/水滴型潛艇典型艇型進(jìn)行研究，而非傳統(tǒng)潛艇采用非常規(guī)隱身外形、多元推進(jìn)方式與不同的操縱面布局，取消或者采用低矮指揮臺(tái)圍殼。同時(shí)，非傳統(tǒng)潛艇需要執(zhí)行不同的特種作業(yè)任務(wù)，航行海域環(huán)境更為復(fù)雜，要求潛艇具有更為靈活機(jī)動(dòng)的推進(jìn)操控能力，由此帶來(lái)一系列新的水動(dòng)力技術(shù)問(wèn)題需要研究。非傳統(tǒng)艇型潛艇水動(dòng)力性能綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究主要包括非傳統(tǒng)艇型潛艇水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)方法、水動(dòng)力布局優(yōu)化技術(shù)、復(fù)雜海洋環(huán)境潛艇航行性能分析技術(shù)、執(zhí)行特種作業(yè)工況的非傳統(tǒng)潛艇操控技術(shù)、減阻增效新技術(shù)以及試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)。

（4）非傳統(tǒng)潛艇載荷模塊與總體適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)

研究表明，非傳統(tǒng)潛艇可以搭載各種不同類型的載荷模塊，可以提升潛艇負(fù)載能力，提供更豐富的總體設(shè)計(jì)可調(diào)性。一方面新技術(shù)載荷模塊推動(dòng)了非傳統(tǒng)潛艇技術(shù)的發(fā)展，另一方面，非傳統(tǒng)潛艇為載荷模塊提供更有利的適應(yīng)性。因此，非傳統(tǒng)潛艇載荷模塊相關(guān)技術(shù)是一個(gè)研究的重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一，需要在新型載荷模塊的設(shè)計(jì)技術(shù)、載荷模塊的存儲(chǔ)/布放回收技術(shù)、總體對(duì)載荷模塊的協(xié)同控制技術(shù)、載荷模塊信息交換與能量供給等技術(shù)方向取得一定的實(shí)質(zhì)性研究進(jìn)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

潛艇技術(shù)發(fā)展至今，水滴型單耐壓殼傳統(tǒng)潛艇技術(shù)發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，而非常規(guī)潛艇的發(fā)展，為潛艇設(shè)計(jì)人員提供了更加開闊的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)可調(diào)空間，能夠適應(yīng)大縱深海域、多任務(wù)模塊、艇內(nèi)對(duì)舷外靈活操控、水下大范圍機(jī)動(dòng)信息獲取與交換等技術(shù)需求。研究目前各國(guó)水下技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)表明，隨著水下作業(yè)與探測(cè)等技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，世界上許多國(guó)家正在積極開展非傳統(tǒng)潛艇的相關(guān)技術(shù)研究，有的已經(jīng)開始嘗試在水下進(jìn)行前期的試驗(yàn)驗(yàn)證，由此可見，非傳統(tǒng)艇型及結(jié)構(gòu)潛艇將成為未來(lái)潛艇技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

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Investigation on technical development status and general design ideas for non-body of revolution and new-type structure submarines

PENG Liang-bin,WU You-sheng,SIMa can,MA Xiang-neng,CAO Hai-bin,ZHOU Nian-fu
(State Key Laboratory of Deep-sea Manned Vehicles,China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)

Non-body-of-revolution and new-type structure submarines are beneficial to release implement kinds of operation payload modules,and more and more new submarine design ideas were put forward.This paper introduces the technology development in detail of non-body of revolution and new-type structure submarines,and expounds the unique advantages of non-tradition submarine in deep submergence,shallow water navigation and outboard space utilization.And the technical characteristics of nontraditional submarines and developmentdirection are discussed,and the new concept of submarines need to address the key technologies is analyzed.Finally,the author gives some preliminary conclusions and opinions.

nontraditionalsubmarines;shape and structure;special operation tasks;payload module

U661.1

A

10.3969/j.issn.1007-7294.2017.07.014

1007-7294（2017）07-0914-15

2017-03-08

彭亮斌（1982-），男，博士研究生，高級(jí)工程師，E-mail：pinlianb@163.com；

吳有生（1942-），男，研究員，博士生導(dǎo)師，工程院院士。