美、俄核潜艇技术发展述评

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说明：
1、文章是从pdf复制下来的，原文是双排印刷，我是手动换行的，偶尔多删除一两个字大家不要介意；
2、文章里面的乱码基本上都是参考文献，原文是[2]、[5]等形式
3、手动换行太尼玛麻烦了，大家慢慢看，我先游泳去了



第30卷第2期
2008年4月
4\舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY

V01．30．No．2Apr．，2008


美、俄核潜艇技术发展述评
陈虹，冷文军
(中国船舶重工集团公司第七一九研究所，湖北武汉430064)


1 概述
纵观历史，以二战为界，引领世界潜艇技术发展的主角先后是德国和美国，与在不同时代世界科学技术中心的位置恰好相符。可以认为，这是潜艇技术水平反映国家科技、工业综合实力的一个印证。

二战中，德国潜艇技术和战绩均给世人留下深刻印象。战后，德国潜艇成为美国、苏联两国潜艇进一步发展的基础¨。21。由于国情不同，两国的发展有明显差异，美国很快确定了核动力潜艇的发展方向，并一直保持领先地位；苏联则在彷徨中奋力追赶，但终以国力不济而告负旧1。其中的经验教训值得深思。

二战后至今的潜艇技术发展可分成冷战中和冷战后2个阶段。由于国际环境的不同，在这2个阶段，潜艇技术发展思路有显著差别。1945～1990年为冷战时期，潜艇技术发展为2个超级大国冷战思维导致的军备竞赛所支配，不遗余力地提高性能是这个时期的特色。1990年后，随着苏联解体，冷战结束，美国的军事威胁由核战争转换成各种形式的局部战争和恐怖主义行动，潜艇技术发展不再单纯追求性能的提高，而更加注重经济可承受性和任务多样性；而继承了苏联潜艇遗产的俄罗斯则举步维艰。本文重点以美国攻击型核潜艇的发展为主线以期揭示潜艇技术发展的脉络，主要基于以下考虑：1)苏联一直处于追赶地位(其潜艇技术水平相对美国较低，但自有特色，并非盲从)；2)战略导弹核潜艇的设计主导思想是以艇配弹，不具有典型性；、3)美国攻击型核潜艇公开资料较多，可信度也较高。

2 发展历程简述
核潜艇从诞生到现在已发展了半个世纪。与其他军事装备一样，驱动核潜艇技术发展的主要力量来自2个方面：需求牵引和技术推动。作战使命需求决定了核潜艇的主要技术性能指标要求，而更新更高的技术则支撑着核潜艇更多更好地完成其使命任务。作为需求牵引的一个典型例证，在冷战时期，美国攻击型核潜艇的主要作战目标是苏联的核潜艇，而苏联则需同时应对水下和水上威胁，因此，苏联发展了巡航导弹核潜艇。核动力本身则是技术推进的一个典
型例证，它不仅实现了“真正的潜艇”，更导致了国防战略思想的变革——战略导弹核潜艇的二次核报复能力是使人类免于核战争灭顶之灾的主要因素。因此，核潜艇的发展一直和国际、国内形势密切相关，对核潜艇技术发展的讨论离不开对当时国际环境的认识。

在讨论技术发展时，一般会采用“分代”的概念，把技术特征作为分代的主要依据。由于对技术特征的了解和划分标准不同，对核潜艇技术的分代有各种不同见解。本文从设计指导思想的角度来划分，把设计建造年代和设计指导思想相近的核潜艇归为一代。原因是：第一，核潜艇是一个国家的科技尖端产品，技术细节和实际性能的保密性高，直接从技术特征人手进行分析，缺乏有力的数据支撑，准确性较差。而设计思想必然要反映时代需求，比较容易根据当时的国际形势和公开发表的可信文献分析得到。第二，设计指导思想必定对产品的技术特征有重要影响，可以认为设计思想不同，产品技术特征有较大不同。第三，设计指导思想一般会在同时期相关技术的发展中体现，可以从密级较低的相关技术发展报道中探寻当时关心的技术思路。例如，可以认为“大青花鱼”号常规动力试验潜艇反映了当时对快速性的关注；“利普斯科姆”号反映了当时对低噪声的关注。根据这种划分方法得出一些与前人不同的结果，最为典型的是把美国“海狼”级和“洛杉矶”级划为一代，因为它们都基于冷战时期的深海对抗思想。

2．1探索阶段的核潜艇
二战后到20世纪50年代早期，美国在世界上率先开展了核潜艇的研制工作，成功建造出“鹦鹉螺”号和“海狼”号核潜艇，给潜艇技术带来了革命性的影响。尽管这2艘潜艇主要是为了解决可行性问题，根据2种不同的反应堆需要来设计潜艇，采用了常规潜艇的线型，但仍表现出令世人震惊的优异性能，创造了许多当时的世界记录。经过论证，这2艘艇分别采用压水反应堆和金属反应堆。通过实践，美国从众多的潜艇核反应堆概念(气冷堆、金属冷却堆和快堆等)中确定以压水堆作为发展方向。随后，美国进行了“鳐鱼”级核潜艇的批量试制。由于当时核动力带来的水下高速优点尚未充分发挥，设计的主导思想仅
满足于常规潜艇的航速水平及核动力的无限续航力。

2．2第一代核潜艇
20世纪50年代后期，核动力的安全可靠性有了足够的经验保障。尽管造价较高，核潜艇的综合性能无可争议地远远超过常规潜艇。即使采用AIP技术，非核动力潜艇的性能仍然落后，经过综合论证比较，美国决定不再发展常规动力潜艇。从此，核潜艇成为美国作战潜艇的惟一形式，美国英语“潜艇”一词如不加说明，就单指核潜艇。此时，经过一系列模型试验和实艇检验，单轴、水滴线型的优越性得到确认，采用该线型的“跳鱼”级成为真正的高速核潜艇口。。“跳鱼”级所采用的围壳舵形式也为今后树立了新的模式。这一时期，对如何发挥核动力的作用仍在探索之中，许多概念被提出并进行了研究，如核动力水下航母、核动力水下油船等；并建造了几艘专门功能的核潜艇，如雷达哨核潜艇“海神”、巡航导弹核潜艇“比目鱼”和电力推进反潜核潜艇“白鱼”等。通过这些探索，美国海军逐步意识到核潜艇的发展不应追求单项性能和功能，从此美国不再建造单一功能的作战核潜艇。

苏联第一代核潜艇N级于1958年正式交付，比美国的“鹦鹉螺”号核潜艇落后了至少4年。两国之间的差距不仅表现在时间上，N级核潜艇多次发生事故。由于苏联的工业基础较差，设备质量和可靠性不高，为达到可用性，核潜艇上双堆、双机、双轴、双桨的形式沿用了很长时间，采用双壳体、大储备浮力则成为其坚持至今的基本特征Ⅲ。。

2．3第二代核潜艇
20世纪60年代是人类文明史中的一个特殊年代，对核战争的恐惧激发出的创造力使得各种发明创新活动空前活跃。在这样的时代背景下，潜艇技术进入了快速发展时期。从“长尾鲨”级开始，核潜艇的反潜功能得到充分肯定，设计中不再只是注重快速性，浮筏减振和低转速、大直径、大侧斜螺旋桨等降噪技术得到应用，为装备新型声呐以大幅提高水下探测能力而将鱼雷发射管由首部移到中部，采用HY．80高强度钢使得潜艇下潜深度超过300 m，并通过实艇检验否定了对转桨，“长尾鲨”级潜艇确定了现代潜艇的基本形式”1。随后的改进型“鲟鱼”级核潜艇在数年里建造了37艘，通过边建造、边修改的做法，使得核潜艇在持续建造过程中不断得到改进和完善。“鲟鱼”级采用更为光顺的线型，增加了端板以提高航行性能，采用拖曳声呐以进一步增强探测能力，体现了当时美国在流体力学和水声学方面的技术水平，这些技术为随后各国潜艇设计者所借鉴"1。为了提高核潜艇的隐身性能，检验各种降噪措施的效果，美国还在“鲟鱼”级的基础上建造了“一角鲸”号和“利普斯科姆”号2艘试验核潜艇，分别重点对自然循环反应堆和电力推进进行了实艇验证，取得的经验教训为以后的发展奠定了基础旧1。值得一提的是，美国于20世纪60年代后期还建造了下潜深度达1 000m、具有“无限”水下续航力的NR-1号核动力深潜研究潜艇，并一直使用至今¨。”1。NR．1完成了大量的深海考察和作业，确定了美国在深海领域的绝对领先地位‘1引。

苏联第二代核潜艇的代表是V级潜艇及其改进型。认识到和美国潜艇在噪声方面的差距，苏联决定采用单轴、仿水滴型的形式，并对齿轮系统进行了改进。除了设计选取的海水温度点较低，以至于在高温地区机舱温度过高以外，V级的故障率仍然较高悼1。随后的改进型V-Ⅱ、V·Ⅲ采用了双级减振和对转螺旋桨技术，使苏联核潜艇的安静性有了较大提高，不再令西方国家轻视口’。在这一时期，苏联对提高核潜艇的航速和下潜深度特别感兴趣，不惜重金，批量建造了采用液态金属冷却反应堆和钛合金的A级高速、大潜深核潜艇。尽管该级潜艇创造了当时航速和深度的世界记录，却由于事故频生，不到第一次中修
就全部提前退役归】，这表明苏联潜艇技术整体上仍不够成熟，但体现了其赶超美国的决心。

2．4第三代核潜艇
20世纪70年代，美国核潜艇设计建造技术已相当成熟，武器装备系统工程的思想也逐步确立，这些都集中反映在建造数量高达62艘的“洛杉矶”级核潜艇上。当时的军事需求来自于苏联核潜艇的快速发展，尤其是发现苏联核潜艇的航速比想像得更快，美国海军意识到必须提高先敌发现并迅速抢占有利进攻位置的能力，因而核潜艇的快速性重新成为焦点。为达到30 kn的航速目标，“洛杉矶”级核潜艇加大了排水量以容纳大功率的S。G型压水堆，并采用拉长水滴线型、小指挥台围壳以及大舱制设计，提高了舱容、降低了航行阻力；采用七叶大侧斜螺旋桨和敷设消声瓦等降噪措施，其隐身性获得大幅提高；装备BQG一5型大孔径声呐、可垂直发射巡航导弹，“洛杉矶”级拥有前所未有的多种作战能力，因而成为美国核潜艇的标准型。经过持续近20年数十艘的建造“洛杉矶”级核潜艇不断改进，直到原有的潜力被发挥到极致，而海军要求改型的呼声一直被否决。这既体现了美国核潜艇技术和决策机制的成熟，也反映了“越战”之后美国士气低落，保守情绪占据了支配地位‘1引。

进入20世纪80年代后，里根当选总统，决心重振国防力量。经过长期论证研究，为了在相当长的时间内保持技术优势，美国决定建造面向21世纪的核潜艇——ssN-21，即冷战时期核潜艇的高峰之作——“海狼”级核潜艇。它的作战目标很明确，就是深海反潜，作战对象是噪声越来越低的苏联核潜艇。高成本、高性能是“海狼”级的突出特点：首次采用HY一100型高强度钢，下潜深度空前提高；采用新型大功率核动力装置，水下最高航速至少比“洛杉矶”级高出10％；采用泵喷推进等先进降噪措施，使噪声低于海洋背景噪声，低噪声战术航速超过20 kn；鱼雷发射管增加到8具，取消了首部巡航导弹垂直发射装置；采用模块化设计建造。它集当时各种先进潜艇技术之大成，是世界上最先进的潜艇，同时也是美国最昂贵的潜艇¨“。

苏联第三代及其以后的核潜艇技术保密严格。从公开报道的两国潜艇碰撞事件和美国军方的评价来看，经过长期锲而不舍和多方面的努力，两国潜艇技术差距减小，苏联潜艇终于可以与美国潜艇抗衡了¨31。80年代早期的“东芝事件”后，苏联的低噪声推进器制造能力有了大幅提升¨5‘16】。美国人认为，苏联的“阿库拉”Ⅱ型潜艇比“洛杉矶”级更安静，这是促成美国建造“海狼”级潜艇的原因之一[161。

2．5第四代核潜艇
冷战结束后，美国海军失去了往日的对手，同时失去了批量建造“海狼”级核潜艇的理由，转而寻求负担得起的新型“弗吉尼亚”级核潜艇。为了在保持综合作战性能的同时降低全寿期费用，“弗吉尼亚”级采用了全新的思路。首先是作战任务由冷战时期的大洋深海反潜转变成近岸浅海多任务作战，技术性能指标相应地作了调整，保留了“海狼”级的低噪声特征，而航速、潜深等指标则有不同程度的下降，从而减少了建造成本。采用计算机网络系统支持的模块化设计建造技术，电子设备采用成熟商用技术和发展外部搭载航行器等是“弗吉尼亚”级实现低费用、多任务的主要手段¨9。驯。为了以较低成本实现任务多
样性，美国还大力发展模块化设计建造技术，并且不断引入最新的计算机辅助设计工具，使得研制周期大大缩短。这些技术的应用反映了美国在电子信息科技领域的优势。

俄罗斯第四代核潜艇的发展似乎正深受经费匮乏的困扰，目前尚无可信资料可以支撑对报道中的“北德文斯克”级核潜艇进行分析，但从近期下水的“北风之神”级战略导弹核潜艇首艇“尤里·多尔戈鲁基”号中也可窥见一些端倪。

2．6未来核潜艇
当前，美国核潜艇代表世界核潜艇技术的领先平，但是美国仍不断追求更加先进的技术，以确保其技术优势。在美国“弗吉尼亚”级的后续核潜艇——未来攻击型核潜艇(FAs)的研究工作中，提出了许多新概念技术，发展重点也由传统的安静性和推进技术转向强调“联通性、传感器、武器、附带航行器、与海水的界面”等方面¨9|。美国海军和国防预先研究计划局于2004年共同发起提出为期4年、预计需9 700万美元的Tan90 Bravo计划。该计划致力于改进未来
潜艇平台的5项关键技术的演示验证。它们是：无轴推进；外部武器储存和发射；适应艇壳的声呐；艇壳、机械和电子(HM＆E)基本构造的简化以及自动指
控中心。美国希望通过解决这些关键技术，研制出一种新型潜艇，它的尺寸和费用大大低于目前在建的“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇，但两者能力却不相上下Ⅲ1。如果发展顺利，应用Tango Bravo技术的核潜艇可望于2010年左右具备采办条件心1。。

与之对比，俄罗斯在潜艇技术进一步发展方面鲜见明显的思路，更多的是潜艇事故报道和真实性备受怀疑的新型潜艇研制项目(如210潜艇)。由于经费紧缺、人才外流、历史负担沉重，俄罗斯潜艇技术现状如此也在情理之中。

3 讨论
在核潜艇的发展过程中，一些技术问题得到了较好的解决，如水滴型线型的水动力性能和甚低频对潜通信等已几乎成为公论，各国无一例外，而艇体结构
型式、航速、噪声、下潜深度和电力推进等，仍是经常讨论的问题。

3．1单壳体和双壳体
一般认为，美国等西方国家的核潜艇多采用单壳体，俄罗斯采用双壳体。文献[23]全面分析比较了单、双壳体对快速性、隐身性、安全性和建造等各方面
的影响。笔者认为，所谓“单壳体”和“双壳体”只是相对概念。事实上，纯粹的“单壳体”潜艇并不存在，当今世界上的潜艇，除了耐压壳体以外都或多或少地
设置了非耐压壳。例如，单壳体潜艇的压载水舱和上层建筑都是耐压壳体外的非耐压部分。采用单壳体还是双壳体取决于设计指导思想中对快速性和安全
性的偏好，而技术上的考量并非决定性的，更谈不上哪一个是发展方向。事实上，美、英、法等国均考虑过或正在考虑采用双壳体作为搭载外部航行器或外置式武器的解决手段怛1’2“。而苏联则在705型潜艇的开发期间，从提高快速性的角度，讨论过采用单壳体的方案旧1。西方国家倾向于采用小储备浮力，因为它们及其盟国有遍布全球的海外基地，潜艇一旦发生损伤，可以得到快速救援。而苏联／俄罗斯不具备这
一条件，并且其产品质量相对较差，该国对储备浮力的重视超过对快速性的追求是可以理解的。另外，德国212型和214型潜艇采用燃料电池AIP系统，将储氢容器布置在耐压艇体外，其外部理所当然地采用轻外壳包覆ⅢJ，也说明了单、双壳体的选择只是根据需要取舍，没有优劣的必然性。

3．2航速、噪声、下潜深度与总体优化
一般认为，作为水下武器运载平台，潜艇的航速、噪声和下潜深度是衡量性能的主要指标。由于这3项指标都是可测量的物理量，是支撑潜艇完成各种战
术任务的基本能力，同时也是决定潜艇成本的主要因素，所以设计师和海军都给予高度重视，具体数据则严格保密。笔者认为三者都可以作为技术发展方向，取决于不同时期军事环境下总体多目标优化的偏好，在分析比较和论证时不必过分苛求数据的精确，重点在于把握发展的相对趋势。

3．2．1航速
美国潜艇航速的官方数据一般用大于某某kn的方式来表述。俄罗斯不提供官方数据，《简氏防务>一般直接给出航速值，但没有说明来源，需要分析甄
别后方可作为比较论证的依据。潜艇航速取决于阻力和推进功率。在潜艇的水下阻力计算方面，比较美国的公开文献旧¨和中国的设计指导性规范心8。291，可以发现两国所依据的理论基础和计算方法基本相同，都是把潜艇的阻力折算成一定面积的平板阻力。计算水下阻力系数中占主要部分的摩擦阻力系数时，采用的都是IrI’I．C一1957公式，主要差别在阻力综合修正系数(粗糙度补贴系数)上。在文献[27]中该系数的取值范围为O．000 3—0．001 2，推荐使用O．000 4；我国CB／Z 237—87中的取值范围与之相比，有显著差异。影响阻力综合修正系数的主要因素是艇体突出体、开口和粗糙度等，反映了设计思想中对快速性和安全性的取舍(流水孔、通气孔的设置和启闭方式)和建造质量。俄罗斯核潜艇采用双壳体型式，同样排水量下，湿表面积较大，并且开口较多，由于没有资料表明俄罗斯在降低形状阻力方面有何独特之处，因而有理由相信俄罗斯潜艇的阻力较大，提高航速的主要手段只能是加大功率。另外，降低螺旋桨的转速也是值得考虑的措施。

3．2．2噪声
潜艇以隐蔽突袭为特色，由于电磁波在海水介质中的穿透性极差，且核潜艇可以在整个任务期间都不浮出水面，声信号是迄今探测核潜艇的最主要途径，因此各国对核潜艇的安静性极为重视。图l和图2比较了美国、俄罗斯两国的核潜艇降噪历程Ⅲq“。可以看出，美国核潜艇的降噪是一个渐进过程；而俄
罗斯在70年代后期开始加快降噪的步伐，说明俄罗斯对潜艇降噪重要性的认识较晚，西方国家认为，这和著名的沃克间谍案不无关系旧21。两国潜艇减振降噪的手段也基本相同，都采用了浮筏、低噪声推进器和消声瓦等。相对面言，美国更重视电力推进的应用，也反映了西方世界在电气技术领域的领先。
值得指出的是，图l和图2并没有提供声级所对应的工况、频段、距离、深度和参考值等重要信息，因此并不能作为国内、外潜艇噪声指标的对比依据。

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3．2．3 下潜深度
和航速、噪声一样，各国官方对潜艇的具体下潜深度也是讳莫如深。从文献[27]和文献[33]的比较来看，美国和中国的潜艇结构设计计算方法基本相同。图3【2”给出了潜艇下潜深度和船体质量／排水量的关系，假设作战潜艇的船体质量不超过潜艇排水量的40％，则采用HY-80钢(屈服强度549 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在300 m左右，HY—100钢(屈服强度703 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在450 m左右。加大下潜深度的最关键因素是高强轻质材料，其技术发展远非一日之功。美国90年代建造的“海狼”级核潜艇采用HY-100钢作为耐压艇体材料，首艇建造时发现了严重的焊接质量问题，一度引起下马的呼声¨“，“海狼”级只建造了3艘，最终被下潜深度较浅的“弗吉尼亚”级所取代。苏联／俄罗斯曾经投入很大力量提高潜艇的下潜深度，关键手段也是采用新材料，但由于钛合金建造成本极高，目前已无可信的大潜深潜艇建造相关报道。可见，加大下潜深度的代价和风险都是很大的。

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3．2．4 总体优化
由上面的分析可以看出，各国潜艇与航速、噪声和下潜深度有关的设计、分析方法基本相似。可以理解为各国对潜艇设计所需的基本物理学原理均有比
较成熟的认识。因此，最终决定潜艇综合性能的关键因素在于总体优化设计和建造质量。潜艇的总体优化设计是个多目标优化的问题，同时也是一个多学科优化过程。在寻优能力相同的情况下，影响总体优化设计结果最主要的因素是指标权衡，即对不同指标的偏好。在总成本和工业基础的约束下，任何指标的提高都必须以牺牲其他指标为代价。潜艇的实际效用是各项指标的综合结果，从潜艇技术的发展历程来看，对任何指标的偏颇追求，只能导致将作战潜艇变成试验潜艇。美国历来重视以系统工程方法进行武器装备的研制，努力将复杂的总体优化平衡过程，变成可在计算机辅助下完成的程序化、规范的操作[37埘1。

3．3 电力驱动
美国海军如今发展的电力驱动概念由电力推进发展而来，但已不仅是传统的电力推进，而是向全艇乃至全舰队、全海军电力驱动的方向发展¨4。。与其
他动力传输形式相比，电力驱动最为显著的优点是噪声低、功率密度高、控制高度灵活、可靠而且无泄漏污染问题。因此，采用电力驱动取代传统的液压和气动等传动形式可以简化系统，提高自动化水平，并且使新概念武器系统，如电磁炮、脉冲武器、电磁发射等的装备应用成为可能。虽然电力驱动需要中间环节，在全速时，其效率比机械驱动低，但是美国海军通过全船系统工程研究，确定采用交流电力驱动可以降低全艇质量和造价，而基于直流区域配电系统的电力驱动的全艇质量和全寿期费用更低，并且生命力更强‘37埘1。

美国海军预计于2010年前后在“弗吉尼亚”级核潜艇上采用电力推进¨引。Tan90 Bmvo计划中无轴推进和潜艇基本构造简化等都是以电力驱动技术为支撑。例如，无轴推进即是电力推进的一种实例；采用电动执行设备取代液压操舵可大大简化系统。美国超导公司(American superconductor)在美国海军研究局(ONR)的资助下，已成功研制了5 Mw超导推进电机。正在研制的36．5 Mw高温超导电机的转速低达120 rpm，而质量小于75 t，尺寸为3．4 m×4．6 m×4．1 m，已于2007年完成验收试验㈣1，标志着美国海军的电力推进技术即将取得历史性的跨越。超导技术在潜艇上的应用，无疑将给潜艇技术发展带来深刻的变化。

公开发表的众多科技文献、决策机构文件、管理机构文件、科技咨询委员会文件和工业部门的技术发展文件等口7’”】，从各个方面相互印证，有力地支撑着以电力驱动作为发展方向的思想。

4 结语
伴随国际局势的变化，核潜艇技术发展从最初的探索到日趋成熟，从对先进性能的追求到冷静现实的决策，各国将根据自身需要在国力许可的范围内逐步提高潜艇的技术水平。预计未来一段时期内，核潜艇将在需求牵引的作用下，更加注重各项指标的总体均衡，向着低成本、多功能的方向发展。







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说明：
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2、文章里面的乱码基本上都是参考文献，原文是[2]、[5]等形式
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第30卷第2期
2008年4月
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美、俄核潜艇技术发展述评
陈虹，冷文军
(中国船舶重工集团公司第七一九研究所，湖北武汉430064)


1 概述
纵观历史，以二战为界，引领世界潜艇技术发展的主角先后是德国和美国，与在不同时代世界科学技术中心的位置恰好相符。可以认为，这是潜艇技术水平反映国家科技、工业综合实力的一个印证。

二战中，德国潜艇技术和战绩均给世人留下深刻印象。战后，德国潜艇成为美国、苏联两国潜艇进一步发展的基础¨。21。由于国情不同，两国的发展有明显差异，美国很快确定了核动力潜艇的发展方向，并一直保持领先地位；苏联则在彷徨中奋力追赶，但终以国力不济而告负旧1。其中的经验教训值得深思。

二战后至今的潜艇技术发展可分成冷战中和冷战后2个阶段。由于国际环境的不同，在这2个阶段，潜艇技术发展思路有显著差别。1945～1990年为冷战时期，潜艇技术发展为2个超级大国冷战思维导致的军备竞赛所支配，不遗余力地提高性能是这个时期的特色。1990年后，随着苏联解体，冷战结束，美国的军事威胁由核战争转换成各种形式的局部战争和恐怖主义行动，潜艇技术发展不再单纯追求性能的提高，而更加注重经济可承受性和任务多样性；而继承了苏联潜艇遗产的俄罗斯则举步维艰。本文重点以美国攻击型核潜艇的发展为主线以期揭示潜艇技术发展的脉络，主要基于以下考虑：1)苏联一直处于追赶地位(其潜艇技术水平相对美国较低，但自有特色，并非盲从)；2)战略导弹核潜艇的设计主导思想是以艇配弹，不具有典型性；、3)美国攻击型核潜艇公开资料较多，可信度也较高。

2 发展历程简述
核潜艇从诞生到现在已发展了半个世纪。与其他军事装备一样，驱动核潜艇技术发展的主要力量来自2个方面：需求牵引和技术推动。作战使命需求决定了核潜艇的主要技术性能指标要求，而更新更高的技术则支撑着核潜艇更多更好地完成其使命任务。作为需求牵引的一个典型例证，在冷战时期，美国攻击型核潜艇的主要作战目标是苏联的核潜艇，而苏联则需同时应对水下和水上威胁，因此，苏联发展了巡航导弹核潜艇。核动力本身则是技术推进的一个典
型例证，它不仅实现了“真正的潜艇”，更导致了国防战略思想的变革——战略导弹核潜艇的二次核报复能力是使人类免于核战争灭顶之灾的主要因素。因此，核潜艇的发展一直和国际、国内形势密切相关，对核潜艇技术发展的讨论离不开对当时国际环境的认识。

在讨论技术发展时，一般会采用“分代”的概念，把技术特征作为分代的主要依据。由于对技术特征的了解和划分标准不同，对核潜艇技术的分代有各种不同见解。本文从设计指导思想的角度来划分，把设计建造年代和设计指导思想相近的核潜艇归为一代。原因是：第一，核潜艇是一个国家的科技尖端产品，技术细节和实际性能的保密性高，直接从技术特征人手进行分析，缺乏有力的数据支撑，准确性较差。而设计思想必然要反映时代需求，比较容易根据当时的国际形势和公开发表的可信文献分析得到。第二，设计指导思想必定对产品的技术特征有重要影响，可以认为设计思想不同，产品技术特征有较大不同。第三，设计指导思想一般会在同时期相关技术的发展中体现，可以从密级较低的相关技术发展报道中探寻当时关心的技术思路。例如，可以认为“大青花鱼”号常规动力试验潜艇反映了当时对快速性的关注；“利普斯科姆”号反映了当时对低噪声的关注。根据这种划分方法得出一些与前人不同的结果，最为典型的是把美国“海狼”级和“洛杉矶”级划为一代，因为它们都基于冷战时期的深海对抗思想。

2．1探索阶段的核潜艇
二战后到20世纪50年代早期，美国在世界上率先开展了核潜艇的研制工作，成功建造出“鹦鹉螺”号和“海狼”号核潜艇，给潜艇技术带来了革命性的影响。尽管这2艘潜艇主要是为了解决可行性问题，根据2种不同的反应堆需要来设计潜艇，采用了常规潜艇的线型，但仍表现出令世人震惊的优异性能，创造了许多当时的世界记录。经过论证，这2艘艇分别采用压水反应堆和金属反应堆。通过实践，美国从众多的潜艇核反应堆概念(气冷堆、金属冷却堆和快堆等)中确定以压水堆作为发展方向。随后，美国进行了“鳐鱼”级核潜艇的批量试制。由于当时核动力带来的水下高速优点尚未充分发挥，设计的主导思想仅
满足于常规潜艇的航速水平及核动力的无限续航力。

2．2第一代核潜艇
20世纪50年代后期，核动力的安全可靠性有了足够的经验保障。尽管造价较高，核潜艇的综合性能无可争议地远远超过常规潜艇。即使采用AIP技术，非核动力潜艇的性能仍然落后，经过综合论证比较，美国决定不再发展常规动力潜艇。从此，核潜艇成为美国作战潜艇的惟一形式，美国英语“潜艇”一词如不加说明，就单指核潜艇。此时，经过一系列模型试验和实艇检验，单轴、水滴线型的优越性得到确认，采用该线型的“跳鱼”级成为真正的高速核潜艇口。。“跳鱼”级所采用的围壳舵形式也为今后树立了新的模式。这一时期，对如何发挥核动力的作用仍在探索之中，许多概念被提出并进行了研究，如核动力水下航母、核动力水下油船等；并建造了几艘专门功能的核潜艇，如雷达哨核潜艇“海神”、巡航导弹核潜艇“比目鱼”和电力推进反潜核潜艇“白鱼”等。通过这些探索，美国海军逐步意识到核潜艇的发展不应追求单项性能和功能，从此美国不再建造单一功能的作战核潜艇。

苏联第一代核潜艇N级于1958年正式交付，比美国的“鹦鹉螺”号核潜艇落后了至少4年。两国之间的差距不仅表现在时间上，N级核潜艇多次发生事故。由于苏联的工业基础较差，设备质量和可靠性不高，为达到可用性，核潜艇上双堆、双机、双轴、双桨的形式沿用了很长时间，采用双壳体、大储备浮力则成为其坚持至今的基本特征Ⅲ。。

2．3第二代核潜艇
20世纪60年代是人类文明史中的一个特殊年代，对核战争的恐惧激发出的创造力使得各种发明创新活动空前活跃。在这样的时代背景下，潜艇技术进入了快速发展时期。从“长尾鲨”级开始，核潜艇的反潜功能得到充分肯定，设计中不再只是注重快速性，浮筏减振和低转速、大直径、大侧斜螺旋桨等降噪技术得到应用，为装备新型声呐以大幅提高水下探测能力而将鱼雷发射管由首部移到中部，采用HY．80高强度钢使得潜艇下潜深度超过300 m，并通过实艇检验否定了对转桨，“长尾鲨”级潜艇确定了现代潜艇的基本形式”1。随后的改进型“鲟鱼”级核潜艇在数年里建造了37艘，通过边建造、边修改的做法，使得核潜艇在持续建造过程中不断得到改进和完善。“鲟鱼”级采用更为光顺的线型，增加了端板以提高航行性能，采用拖曳声呐以进一步增强探测能力，体现了当时美国在流体力学和水声学方面的技术水平，这些技术为随后各国潜艇设计者所借鉴"1。为了提高核潜艇的隐身性能，检验各种降噪措施的效果，美国还在“鲟鱼”级的基础上建造了“一角鲸”号和“利普斯科姆”号2艘试验核潜艇，分别重点对自然循环反应堆和电力推进进行了实艇验证，取得的经验教训为以后的发展奠定了基础旧1。值得一提的是，美国于20世纪60年代后期还建造了下潜深度达1 000m、具有“无限”水下续航力的NR-1号核动力深潜研究潜艇，并一直使用至今¨。”1。NR．1完成了大量的深海考察和作业，确定了美国在深海领域的绝对领先地位‘1引。

苏联第二代核潜艇的代表是V级潜艇及其改进型。认识到和美国潜艇在噪声方面的差距，苏联决定采用单轴、仿水滴型的形式，并对齿轮系统进行了改进。除了设计选取的海水温度点较低，以至于在高温地区机舱温度过高以外，V级的故障率仍然较高悼1。随后的改进型V-Ⅱ、V·Ⅲ采用了双级减振和对转螺旋桨技术，使苏联核潜艇的安静性有了较大提高，不再令西方国家轻视口’。在这一时期，苏联对提高核潜艇的航速和下潜深度特别感兴趣，不惜重金，批量建造了采用液态金属冷却反应堆和钛合金的A级高速、大潜深核潜艇。尽管该级潜艇创造了当时航速和深度的世界记录，却由于事故频生，不到第一次中修
就全部提前退役归】，这表明苏联潜艇技术整体上仍不够成熟，但体现了其赶超美国的决心。

2．4第三代核潜艇
20世纪70年代，美国核潜艇设计建造技术已相当成熟，武器装备系统工程的思想也逐步确立，这些都集中反映在建造数量高达62艘的“洛杉矶”级核潜艇上。当时的军事需求来自于苏联核潜艇的快速发展，尤其是发现苏联核潜艇的航速比想像得更快，美国海军意识到必须提高先敌发现并迅速抢占有利进攻位置的能力，因而核潜艇的快速性重新成为焦点。为达到30 kn的航速目标，“洛杉矶”级核潜艇加大了排水量以容纳大功率的S。G型压水堆，并采用拉长水滴线型、小指挥台围壳以及大舱制设计，提高了舱容、降低了航行阻力；采用七叶大侧斜螺旋桨和敷设消声瓦等降噪措施，其隐身性获得大幅提高；装备BQG一5型大孔径声呐、可垂直发射巡航导弹，“洛杉矶”级拥有前所未有的多种作战能力，因而成为美国核潜艇的标准型。经过持续近20年数十艘的建造“洛杉矶”级核潜艇不断改进，直到原有的潜力被发挥到极致，而海军要求改型的呼声一直被否决。这既体现了美国核潜艇技术和决策机制的成熟，也反映了“越战”之后美国士气低落，保守情绪占据了支配地位‘1引。

进入20世纪80年代后，里根当选总统，决心重振国防力量。经过长期论证研究，为了在相当长的时间内保持技术优势，美国决定建造面向21世纪的核潜艇——ssN-21，即冷战时期核潜艇的高峰之作——“海狼”级核潜艇。它的作战目标很明确，就是深海反潜，作战对象是噪声越来越低的苏联核潜艇。高成本、高性能是“海狼”级的突出特点：首次采用HY一100型高强度钢，下潜深度空前提高；采用新型大功率核动力装置，水下最高航速至少比“洛杉矶”级高出10％；采用泵喷推进等先进降噪措施，使噪声低于海洋背景噪声，低噪声战术航速超过20 kn；鱼雷发射管增加到8具，取消了首部巡航导弹垂直发射装置；采用模块化设计建造。它集当时各种先进潜艇技术之大成，是世界上最先进的潜艇，同时也是美国最昂贵的潜艇¨“。

苏联第三代及其以后的核潜艇技术保密严格。从公开报道的两国潜艇碰撞事件和美国军方的评价来看，经过长期锲而不舍和多方面的努力，两国潜艇技术差距减小，苏联潜艇终于可以与美国潜艇抗衡了¨31。80年代早期的“东芝事件”后，苏联的低噪声推进器制造能力有了大幅提升¨5‘16】。美国人认为，苏联的“阿库拉”Ⅱ型潜艇比“洛杉矶”级更安静，这是促成美国建造“海狼”级潜艇的原因之一[161。

2．5第四代核潜艇
冷战结束后，美国海军失去了往日的对手，同时失去了批量建造“海狼”级核潜艇的理由，转而寻求负担得起的新型“弗吉尼亚”级核潜艇。为了在保持综合作战性能的同时降低全寿期费用，“弗吉尼亚”级采用了全新的思路。首先是作战任务由冷战时期的大洋深海反潜转变成近岸浅海多任务作战，技术性能指标相应地作了调整，保留了“海狼”级的低噪声特征，而航速、潜深等指标则有不同程度的下降，从而减少了建造成本。采用计算机网络系统支持的模块化设计建造技术，电子设备采用成熟商用技术和发展外部搭载航行器等是“弗吉尼亚”级实现低费用、多任务的主要手段¨9。驯。为了以较低成本实现任务多
样性，美国还大力发展模块化设计建造技术，并且不断引入最新的计算机辅助设计工具，使得研制周期大大缩短。这些技术的应用反映了美国在电子信息科技领域的优势。

俄罗斯第四代核潜艇的发展似乎正深受经费匮乏的困扰，目前尚无可信资料可以支撑对报道中的“北德文斯克”级核潜艇进行分析，但从近期下水的“北风之神”级战略导弹核潜艇首艇“尤里·多尔戈鲁基”号中也可窥见一些端倪。

2．6未来核潜艇
当前，美国核潜艇代表世界核潜艇技术的领先平，但是美国仍不断追求更加先进的技术，以确保其技术优势。在美国“弗吉尼亚”级的后续核潜艇——未来攻击型核潜艇(FAs)的研究工作中，提出了许多新概念技术，发展重点也由传统的安静性和推进技术转向强调“联通性、传感器、武器、附带航行器、与海水的界面”等方面¨9|。美国海军和国防预先研究计划局于2004年共同发起提出为期4年、预计需9 700万美元的Tan90 Bravo计划。该计划致力于改进未来
潜艇平台的5项关键技术的演示验证。它们是：无轴推进；外部武器储存和发射；适应艇壳的声呐；艇壳、机械和电子(HM＆E)基本构造的简化以及自动指
控中心。美国希望通过解决这些关键技术，研制出一种新型潜艇，它的尺寸和费用大大低于目前在建的“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇，但两者能力却不相上下Ⅲ1。如果发展顺利，应用Tango Bravo技术的核潜艇可望于2010年左右具备采办条件心1。。

与之对比，俄罗斯在潜艇技术进一步发展方面鲜见明显的思路，更多的是潜艇事故报道和真实性备受怀疑的新型潜艇研制项目(如210潜艇)。由于经费紧缺、人才外流、历史负担沉重，俄罗斯潜艇技术现状如此也在情理之中。

3 讨论
在核潜艇的发展过程中，一些技术问题得到了较好的解决，如水滴型线型的水动力性能和甚低频对潜通信等已几乎成为公论，各国无一例外，而艇体结构
型式、航速、噪声、下潜深度和电力推进等，仍是经常讨论的问题。

3．1单壳体和双壳体
一般认为，美国等西方国家的核潜艇多采用单壳体，俄罗斯采用双壳体。文献[23]全面分析比较了单、双壳体对快速性、隐身性、安全性和建造等各方面
的影响。笔者认为，所谓“单壳体”和“双壳体”只是相对概念。事实上，纯粹的“单壳体”潜艇并不存在，当今世界上的潜艇，除了耐压壳体以外都或多或少地
设置了非耐压壳。例如，单壳体潜艇的压载水舱和上层建筑都是耐压壳体外的非耐压部分。采用单壳体还是双壳体取决于设计指导思想中对快速性和安全
性的偏好，而技术上的考量并非决定性的，更谈不上哪一个是发展方向。事实上，美、英、法等国均考虑过或正在考虑采用双壳体作为搭载外部航行器或外置式武器的解决手段怛1’2“。而苏联则在705型潜艇的开发期间，从提高快速性的角度，讨论过采用单壳体的方案旧1。西方国家倾向于采用小储备浮力，因为它们及其盟国有遍布全球的海外基地，潜艇一旦发生损伤，可以得到快速救援。而苏联／俄罗斯不具备这
一条件，并且其产品质量相对较差，该国对储备浮力的重视超过对快速性的追求是可以理解的。另外，德国212型和214型潜艇采用燃料电池AIP系统，将储氢容器布置在耐压艇体外，其外部理所当然地采用轻外壳包覆ⅢJ，也说明了单、双壳体的选择只是根据需要取舍，没有优劣的必然性。

3．2航速、噪声、下潜深度与总体优化
一般认为，作为水下武器运载平台，潜艇的航速、噪声和下潜深度是衡量性能的主要指标。由于这3项指标都是可测量的物理量，是支撑潜艇完成各种战
术任务的基本能力，同时也是决定潜艇成本的主要因素，所以设计师和海军都给予高度重视，具体数据则严格保密。笔者认为三者都可以作为技术发展方向，取决于不同时期军事环境下总体多目标优化的偏好，在分析比较和论证时不必过分苛求数据的精确，重点在于把握发展的相对趋势。

3．2．1航速
美国潜艇航速的官方数据一般用大于某某kn的方式来表述。俄罗斯不提供官方数据，《简氏防务>一般直接给出航速值，但没有说明来源，需要分析甄
别后方可作为比较论证的依据。潜艇航速取决于阻力和推进功率。在潜艇的水下阻力计算方面，比较美国的公开文献旧¨和中国的设计指导性规范心8。291，可以发现两国所依据的理论基础和计算方法基本相同，都是把潜艇的阻力折算成一定面积的平板阻力。计算水下阻力系数中占主要部分的摩擦阻力系数时，采用的都是IrI’I．C一1957公式，主要差别在阻力综合修正系数(粗糙度补贴系数)上。在文献[27]中该系数的取值范围为O．000 3—0．001 2，推荐使用O．000 4；我国CB／Z 237—87中的取值范围与之相比，有显著差异。影响阻力综合修正系数的主要因素是艇体突出体、开口和粗糙度等，反映了设计思想中对快速性和安全性的取舍(流水孔、通气孔的设置和启闭方式)和建造质量。俄罗斯核潜艇采用双壳体型式，同样排水量下，湿表面积较大，并且开口较多，由于没有资料表明俄罗斯在降低形状阻力方面有何独特之处，因而有理由相信俄罗斯潜艇的阻力较大，提高航速的主要手段只能是加大功率。另外，降低螺旋桨的转速也是值得考虑的措施。

3．2．2噪声
潜艇以隐蔽突袭为特色，由于电磁波在海水介质中的穿透性极差，且核潜艇可以在整个任务期间都不浮出水面，声信号是迄今探测核潜艇的最主要途径，因此各国对核潜艇的安静性极为重视。图l和图2比较了美国、俄罗斯两国的核潜艇降噪历程Ⅲq“。可以看出，美国核潜艇的降噪是一个渐进过程；而俄
罗斯在70年代后期开始加快降噪的步伐，说明俄罗斯对潜艇降噪重要性的认识较晚，西方国家认为，这和著名的沃克间谍案不无关系旧21。两国潜艇减振降噪的手段也基本相同，都采用了浮筏、低噪声推进器和消声瓦等。相对面言，美国更重视电力推进的应用，也反映了西方世界在电气技术领域的领先。
值得指出的是，图l和图2并没有提供声级所对应的工况、频段、距离、深度和参考值等重要信息，因此并不能作为国内、外潜艇噪声指标的对比依据。

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3．2．3 下潜深度
和航速、噪声一样，各国官方对潜艇的具体下潜深度也是讳莫如深。从文献[27]和文献[33]的比较来看，美国和中国的潜艇结构设计计算方法基本相同。图3【2”给出了潜艇下潜深度和船体质量／排水量的关系，假设作战潜艇的船体质量不超过潜艇排水量的40％，则采用HY-80钢(屈服强度549 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在300 m左右，HY—100钢(屈服强度703 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在450 m左右。加大下潜深度的最关键因素是高强轻质材料，其技术发展远非一日之功。美国90年代建造的“海狼”级核潜艇采用HY-100钢作为耐压艇体材料，首艇建造时发现了严重的焊接质量问题，一度引起下马的呼声¨“，“海狼”级只建造了3艘，最终被下潜深度较浅的“弗吉尼亚”级所取代。苏联／俄罗斯曾经投入很大力量提高潜艇的下潜深度，关键手段也是采用新材料，但由于钛合金建造成本极高，目前已无可信的大潜深潜艇建造相关报道。可见，加大下潜深度的代价和风险都是很大的。

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3．2．4 总体优化
由上面的分析可以看出，各国潜艇与航速、噪声和下潜深度有关的设计、分析方法基本相似。可以理解为各国对潜艇设计所需的基本物理学原理均有比
较成熟的认识。因此，最终决定潜艇综合性能的关键因素在于总体优化设计和建造质量。潜艇的总体优化设计是个多目标优化的问题，同时也是一个多学科优化过程。在寻优能力相同的情况下，影响总体优化设计结果最主要的因素是指标权衡，即对不同指标的偏好。在总成本和工业基础的约束下，任何指标的提高都必须以牺牲其他指标为代价。潜艇的实际效用是各项指标的综合结果，从潜艇技术的发展历程来看，对任何指标的偏颇追求，只能导致将作战潜艇变成试验潜艇。美国历来重视以系统工程方法进行武器装备的研制，努力将复杂的总体优化平衡过程，变成可在计算机辅助下完成的程序化、规范的操作[37埘1。

3．3 电力驱动
美国海军如今发展的电力驱动概念由电力推进发展而来，但已不仅是传统的电力推进，而是向全艇乃至全舰队、全海军电力驱动的方向发展¨4。。与其
他动力传输形式相比，电力驱动最为显著的优点是噪声低、功率密度高、控制高度灵活、可靠而且无泄漏污染问题。因此，采用电力驱动取代传统的液压和气动等传动形式可以简化系统，提高自动化水平，并且使新概念武器系统，如电磁炮、脉冲武器、电磁发射等的装备应用成为可能。虽然电力驱动需要中间环节，在全速时，其效率比机械驱动低，但是美国海军通过全船系统工程研究，确定采用交流电力驱动可以降低全艇质量和造价，而基于直流区域配电系统的电力驱动的全艇质量和全寿期费用更低，并且生命力更强‘37埘1。

美国海军预计于2010年前后在“弗吉尼亚”级核潜艇上采用电力推进¨引。Tan90 Bmvo计划中无轴推进和潜艇基本构造简化等都是以电力驱动技术为支撑。例如，无轴推进即是电力推进的一种实例；采用电动执行设备取代液压操舵可大大简化系统。美国超导公司(American superconductor)在美国海军研究局(ONR)的资助下，已成功研制了5 Mw超导推进电机。正在研制的36．5 Mw高温超导电机的转速低达120 rpm，而质量小于75 t，尺寸为3．4 m×4．6 m×4．1 m，已于2007年完成验收试验㈣1，标志着美国海军的电力推进技术即将取得历史性的跨越。超导技术在潜艇上的应用，无疑将给潜艇技术发展带来深刻的变化。

公开发表的众多科技文献、决策机构文件、管理机构文件、科技咨询委员会文件和工业部门的技术发展文件等口7’”】，从各个方面相互印证，有力地支撑着以电力驱动作为发展方向的思想。

4 结语
伴随国际局势的变化，核潜艇技术发展从最初的探索到日趋成熟，从对先进性能的追求到冷静现实的决策，各国将根据自身需要在国力许可的范围内逐步提高潜艇的技术水平。预计未来一段时期内，核潜艇将在需求牵引的作用下，更加注重各项指标的总体均衡，向着低成本、多功能的方向发展。