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國産潛艇上的洞洞爲什麽那麽多？

國産常規潛艇處于水面狀態時，舷側衆多的孔洞顯得特別紮眼，這些學名叫“流水孔”的玩意既不美觀，又影響潛艇水下航行的性能。既然如此，國産潛艇上爲什麽還要保留那麽多“流水孔”呢？

          國産潛艇上的孔洞爲什麽那麽多，是個讓很多軍迷困擾的問題。部分軍迷將原因歸咎到國內設計水平較低,建造能力落後上。這當然是比較片面的認識，因爲真正的答案遠沒有那麽簡單。潛艇艇表開口的控制，涉及到采用不同殼體結構、不同的設計思想、不同的戰術要求等諸多複雜的因素。要搞清楚真正的原因，只有從多個方面，多個角度，進行全面深入的分析後，才能得出較爲正確的結論。

最新型的039A\B型元級AIP潛艇上的流水孔依然醒目，很多軍迷難以接受也非常不理解。

  一、采用雙殼體結構，是造成國産潛艇流水孔較多的主要原因。

   先來認識一下流水孔，因爲國産潛艇上那一排排紮眼的開口，就屬于流水孔範疇。流水孔是指開立在潛艇上層建築等非耐壓非水密結構上，用于潛艇上浮下潛時，供液體自由進出的開口。由于潛艇航行方式較爲獨特，其艇體結構與水面艦船相差較大，所以潛艇的上層建築概念與水面艦船的完全不同。潛艇的上層建築是指位于耐壓艇體上方，沿艇體長度伸展的導流透水甲板結構。潛艇上層建築容積的大小，直接影響著流水孔開口數量的多少。文字解釋比較抽象，爲了直觀明了用圖片進行注解，請看下圖。

雙殼體艇橫剖面略圖 

前蘇聯633型R級常規潛艇橫剖面圖

   上兩圖中陰影部分即爲雙殼體潛艇的上層建築區域，指揮室圍殼也屬于上層建築範疇。潛艇的上層建築用來容納柴油機的進、排氣管系、高壓空氣瓶組、可伸縮的導纜鉗、帶纜樁、系泊羊角、失事救生浮標、救生平臺等等多種設備。它還起著連接首尾端結構，保證潛艇外部縱向連續性的作用。其構成的上甲板結構，也是人員在艇外操作時的甲板通道。所以，上層建築是雙殼體潛艇非常重要的，不可或缺的組成部分。

雙殼體結構潛艇的上層建築較大，上是退役後的國産033型常規潛艇，看著拆的挺慘其實只是拆除了上層建築和圍殼部分。這艘艇也不是要報廢，而是重新整修，現在該艇作爲潛艇博物館在上海東方綠洲主題公園展出。下是在塢修的一艘033艇，也拆除了上層建築，露出內部衆多的管系和高壓氣瓶等裝置。雙殼艇的上層建築空間有多大，大家應該有點概念了吧。

   由于上層建築屬于非耐壓非水密結構，潛艇在水下時這部分空間處于自由浸水狀態。爲了保證潛艇在上浮下潛時，水能夠自由流暢的進出，上層建築上就必須開立一定數量的流水孔。上層建築內自由浸水面積大的潛艇，開立的流水孔數量就多。上層建築小的潛艇，流水孔開口數量就少。雙殼艇因爲主壓載水艙布置在舷間，艇體寬度增大，爲了滿足潛艇水下航行性能的需要，保證潛艇線型的流暢，現代雙殼體潛艇（國産潛艇采用雙殼體結構）的上層建築和外殼體往往形成光順曲線，成爲一體。上層建築的體積就較大，內部的自由浸水面積也大。爲了保證潛浮時上層建築內的剩水能夠及時的流出，上層建築上的流水孔開口數量也就較多。

上邊塗成陰影的爲單殼體潛艇的上層建築區域，與雙殼艇相比上層建築空間要小的多。而像下邊這艘單殼體結構的美國弗吉尼亞級攻擊核潛艇，除了一個圍殼外就沒有其他上層建築部分，其流水孔就更少，只有在艇首等部位有不起眼的開口。

單殼體艇因爲主壓載水艙只布置在首尾端，沒有舷間結構，所以單殼艇的上層建築外型線不需要像雙殼艇那樣，爲了顧及水下航行需要，和艇體形成整體流線型，上層建築空間也就比雙殼艇要小的多。流水孔開口數量也就很少，個別極端的如美國人那樣，只有一個圍殼爲上層建築空間的潛艇，流水孔的開口數量就更稀少，只有在圍殼和艇艏部有少量的難以觀察到的流水孔。讓很多人覺得西方潛艇艇表開口很少，外形也顯得異常光滑。實際上這是東西方兩個潛艇設計流派，采用不同的殼體結構形式所造成的差異。我國潛艇的設計體系傳承自前蘇聯，在設計思想和建造工藝上基本一脈流傳,殼體結構上也和前蘇聯一樣，選用了雙殼體結構，上層建築上的流水孔就比較多。

 雙殼體艇燃油壓載水艙（可作超載燃油艙）的通氣閥、通海閥示意圖。下潛時位于底部的壓載水艙通海閥打開，水從通海閥進入水艙內，水艙內的空氣通過上部打開的通氣閥進入上層建築內，再由上層建築上的流水孔外溢到艇體外，如果流水孔數量過少，或者開口面積不夠，進入上層建築的空氣將難以及時外泄到艇體外，壓載水艙會形成一定的空氣墊，影響水艙進水速度，延緩潛艇下潛時間。

   對于雙殼體潛艇來說，流水孔開口較多是有不得已的緣由的。如果流水孔開口面積過小，雙殼艇在下潛過程中，壓載水艙通過通氣閥排出的空氣將難以迅速的由流水孔溢出艇外，這會影響潛艇的快潛品質。早期的潛艇因爲水面航行爲主，爲了避免航空反潛的威脅，就非常重視潛艇的快潛指標。在上層建築上不但有衆多的流水孔，甲板上也開立密密麻麻的通氣孔，以加速潛艇的下潛速度。現代潛艇雖然以水下航行爲主，通氣孔已經大爲減少，有的徹底取消，但是爲了保證潛艇臨戰時的下潛速度，合理的流水孔開口數量是必須的。

039型（宋）級常規潛艇，緊急上浮時上層建築內的水從流水孔噴湧而出的情景。 

雙殼體艇的上層建築空間大，所處位置又高于潛艇的重心和穩心，當潛艇上浮時，如果流水孔開口面積不合理，會造成嚴重的背水（上層建築內的水在潛艇上浮時候沒有及時流出艇體，而滯留在上層建築內）。雙殼艇的上層建築背水容積，可以達到艇體總噸位的5%-10%左右，這對雙殼艇上浮時本就脆弱的橫穩性會造成巨大的影響，對潛艇上浮經過穩性瓶頸區時的安全不利。如果海面海情大，潛艇橫穩出現問題，容易出現過大的橫傾，甚至發生整艇傾覆，對艇內人員和潛艇都會造成嚴重的威脅。

這艘F級雙殼體潛艇在緊急上浮後，上層建築內的水通過圍殼與艇體上的流水孔及時外泄到艇體外，如果流水孔開口面積不合理，大量背水無法流出艇體，滯留在上層建築內，雙殼體潛艇上浮過程中脆弱的橫穩將難以保持，一旦潛艇失穩造成傾覆會嚴重威脅潛艇的安全。

      另外還要考慮到當潛艇水下失事或出現嚴重故障時，潛艇會用緊急上浮法，以最快速度上浮至水面。此時潛艇的上浮速度和出水的角度都會非常大，流水孔開口面積不夠就會造成更嚴重的背水，幾百噸乃至上千噸（戰略核潛艇的上層建築容積可以占總噸位的15%，以92艇爲例如果水下滿排達到9000噸，上層建築背水容積將達1350噸）的剩水將徹底破壞事故潛艇的橫穩性。失事後的潛艇自救能力本就十分脆弱，一旦上浮後潛艇出現傾覆，事故潛艇殘余的生存力將徹底喪失，毀艇傷人的嚴重事故將無法避免。

俄羅斯和我國潛艇結構都以雙殼體艇爲主，VIII攻擊核潛艇的流水孔在水下時有擋板可以密閉，但是處于水面狀態的時，其舷側的大開口流水孔還是非常紮眼。

   所以，流水孔雖小對雙殼體潛艇卻是至關重要的。爲了保證雙殼體艇潛浮時的安全性，以及臨戰時必要的潛浮速度，艇表開立一定數量的流水孔也是必須的。總而言之，擁有大容積上層建築的雙殼體潛艇，流水孔開口數量較多是殼體結構特性所決定的，是原生性的問題，從根本上說它也是個無法避免的問題。

　　二、潛艇建造工業起步晚、自主設計能力薄弱、設計思想滯後是國産潛艇艇表開口較多的重要因素之一。

外側的035型艇（內側爲039首艇320號）雖然是80年代初設計完成並開始建造的，但是設計框架還是自前蘇聯50年代設計的033型艇上改進而來，流水孔開口形式還是采用了立式開口流水孔。 

我國是在引進前蘇聯613型（W級）和633型（R級）常規潛艇，並國産化後才建立起潛艇建造體系的。與發達國家造了一百多年的潛艇工業體系相比，起步晚自主設計能力較爲薄弱。60年代的國民經濟困難，和長達十年的社會動亂，更打斷了國內潛艇建造工業的正常發展，導致設計思想的嚴重滯後。以第一代自主設計的035型常規潛艇爲例，雖然是80年代才設計完成的，卻是自033型艇的基礎上改進而來。而033型是前蘇聯50年代初設計的産物，體現的還是二戰前後的一些設計思想，比如以水面航行爲主，重視水面航行性能，重視快潛指標等。所以033艇的上層建築和甲板上開立了衆多的流水孔與通氣孔。035型艇以033型爲母型，自然也沒能跳出033型的框架。流水孔樣式雖然有所改動，通氣孔數量也有一定的減少，但是開口形式還是和33艇一樣，采用了舷側與上甲板橫排的衆多立式開口，開口數量也依然較多，與母型33艇的區別並不是很大，蘇俄舊式潛艇的烙印依然明顯。

039型常規潛艇雖然是2000年後開始批量建造的，但是其設計時間早在上世紀80年代中期就開始，首艇在94年下水後暴露的問題較多，一直到2000年前後才完成技術定型。可見國內較爲薄弱的自主設計能力對國産潛艇型號發展的影響。

   這種現實差距自然也會影響到後續的039系列潛艇的設計研發，在艇表開口的細節處理上，我國與發達國家的差距就非常大。這一點對比國産的039系列常規潛艇，與德法的212A、214、鈾魚等先進型號就非常明顯。美德等發達國家在降低艇表粗糙度，圍殼上大開口空腔的密閉處理，艇體流水孔開口上的嚴格控制，乃至一些折倒式翻轉機構上的蓋板配置，都有著嚴格的要求，施工工藝也非常優秀。國內這方面尚處于初級階段，不管是設計理念還是工藝水平，與這些國家的差距都非常顯著。當然存在這種差距是正常的，我國自035型開始自主設計潛艇，到現在不過三代三型而已，而德、法、美、俄、英等發達國家建造潛艇的曆史都已達百年，百年間積累起來的設計經驗不是新中國短短的幾十年所能趕超的。這些發達國家經過長期努力完善起來的建造體系和先進的工藝水平，也不可是我們一口氣就能趕上的。可喜的是通過039與039A/B型潛艇的建造，國産常規潛艇無論是總體性能還是在艇表開口的處理，差距都在顯著的縮小。相信經過一到二個五年計劃的追趕，國産潛艇在艇表開口上的處理，達到國際先進水平是完全可能的。

　　 三、在不同的戰術任務航速與建造成本要求下，國産核潛艇與常規潛艇在流水孔開口形式上的差異。

核潛艇水下續航力長，戰術航速高，快速性要求較爲嚴厲，所以國內核潛艇自設計初就決定使用阻力系數低的縱縫流水孔。

考慮到柴電動力潛艇水下戰術航速低，續航力短對快速性要求較爲寬裕，大批量建造也需降低建造成本提高經濟性。039基型（宋）級常規潛艇就采用了工藝簡單、建造成本低、但阻力系數較高，外觀較爲紮眼的帶擋板縱縫流水孔。

 039（宋、元）常規潛艇使用帶擋板縱縫流水孔，而沒有采用我國核潛艇上使用的阻力系數更低的縱縫流水孔，也有著具體戰術任務要求與經濟性層面的考慮。傳統的縱縫流水孔（如我國091、093攻擊核潛艇上使用的縱縫流水孔）要在艇首至艇尾的外殼體薄板上，進行連續幾十米的開口，開口處的強度保障就比較麻煩。同時，大長度縱縫流水孔在核潛艇水下高速航行時，容易出現流體激勵薄殼體板和空腔部位，形成低頻噪音的現象，造成嚴重的流體噪音。爲了避免出現這類情況，在縱縫流水孔內需要有衆多的內擋板或者支骨加強開口處的強度，抑制薄殼體板在高速水流沖擊下壓力脈動導致的殼體板諧振現象。

上圖爲091型攻擊核潛艇405號，縱縫流水孔中的內擋板和支骨清晰可見，下圖爲403號艇。

  這就造成大長度的縱縫流水孔建造工序多，工藝要求高，建造成本高，經濟性差的特點。但考慮到核動力潛艇戰術任務航速高，對快速性要求較爲嚴厲，使用阻力系數低的傳統縱縫流水孔是必須的，所以國産核潛艇選擇了傳統縱縫流水孔。而且對于裝備數量較少，作戰性能要求較高的核潛艇，也不能用經濟性和成本角度去考慮這類問題。

實際上039上采用的帶擋板流水孔也是縱縫流水孔的一種，只是因爲縱縫中起到加強流水孔開口處薄殼體板強度作用的擋板的存在，讓這類流水孔看著和035型上采用的立式開口流水孔比較相似。但帶擋板縱縫流水孔的阻力系數要比老式潛艇上散亂的立式開口流水孔要好。

   常規潛艇則不同，由于柴電動力系統的限制，常規艇水下持續航行時間短航速慢，戰術航速要求低，快速性要求也較爲寬裕。使用工藝複雜且成本高的縱縫流水孔效費比不好。更何況使用縱縫流水孔降低的摩擦阻力，也不足以讓039的航速得到顯著提升。從簡化工藝、降低成本的實用角度出發，039選擇工藝簡單的帶擋板縱縫流水孔是合理的。

   039（宋）上使用的擋板縱縫流水孔，雖然有阻力系數高的問題（由于擋板的存在打斷了流體的均勻性，加劇了流水孔內外流體的交換強度，增加了艇體邊界層的厚度，提高了潛艇的粘壓阻力，對潛艇的快速性不利。）但對于水下戰術航速要求不高的常規潛艇影響並不大。而擋板流水孔通過在縱縫開口中，增加豎立擋板的方式，用簡單的工藝較低的建造成本，就解決了雙殼艇薄殼體板上連續開口的工藝問題，成本低經濟性好，對于大量建造的常規潛艇是適用的。畢竟039型設計時期還是上世紀的80年代中期，當時國內的經濟環境比較困難，國防費用相當拮據，裝備研發過程中成本控制也是設計中需要兼顧的。

039AB元級第三艘在艏艉部開始采用新型的擋板縱縫流水孔，縱縫中檔板前側角度更大檔距更小，可以有效抑制流水孔內外流體的交換強度，改善擋板流水孔造成的艇體邊界層加厚，粘壓阻力系數增加，艇體總阻力增高的問題，對元級艇的水下快速性有利。

   039A/B型元級雖然采用了AIP動力，但是其水下最高航速的可持續性與柴電動力潛艇變化不大。AIP混合動力的水下長航時間是慢速指標，一般不會超過4-6節。元級繼續采用擋板縱縫流水孔還是可以理解的。實際上元級上的流水孔與宋級相比，也有了明顯的改進。在元級第三艘上，可以發現艏艉部分流水孔的擋板檔距很小，擋板向前外側的角度很大。這種新設計的擋板形式,能抑制較高航速下流水孔內外流體的交換強度，改善流水孔區域流場的均勻性，減小擋板流水孔的阻力系數，降低艇體的粘壓阻力，提高元級的水下快速性。 

  綜合來看，國産常規潛艇堅持使用看著紮眼的擋板縱縫流水孔，是從經濟性角度出發，在夠用原則下兼顧常規潛艇水下戰術航速特點而做出的決定。 

　　四、未來國産潛艇流水孔開口形式的改革方向。

移出廠房的美國弗吉尼亞級攻擊核潛艇艇表開口少，艇體光順度非常優秀。對于單殼體潛艇來說，控制艇表開口有著較爲明顯的優勢。 

隨著潛艇設計水平的提高，艇體線型已日趨完善，國際上提高潛艇水下快速性和降低流體噪音的措施已從優化艇體線型，向提高艇表光順度方向發展。最大程度的減少艇表開口，改善艇體光順度，是目前發達國家設計現代潛艇的宗旨。在這種大趨勢下，國産潛艇也必須與時俱進，對艇表開口較多，光順度較差這一弊端進行有力的改革。

船臺上露出上層建築的214型潛艇，可見其上層建築空間較小。214這類小儲備浮力的混合殼體結構潛艇，上層建築等自由浸水空間小，可以有效控制艇表開口。

   其中，改變殼體結構形式將是最根本、最徹底的改革措施。我國潛艇殼體結構一直遵循著前蘇聯流派倡導的雙殼體大儲備浮力設計思想，主壓載水艙容積大，上層建築內自由浸水面積也大，要在不影響潛艇潛浮性能的基礎上控制艇表開口將非常困難。只有放棄不實用的大儲備浮力、雙殼體結構，改而使用小儲浮的單殼體結構，或者以單殼體爲主的混合殼體結構，方能從根本上改變國産潛艇艇表開口較多的問題。

2000年後隨著國內關于流水孔開口形式學術研究的增加，國産潛艇上的流水孔開口形式也在進行改進，403艇就改裝了柵式大開口與細小縱縫相結合的流水孔。

   當然要改變國內一直沿用了幾十年的殼體結構形式，無論是從設計思想、設計標准、配套體系都需要一個過程，短時間內完成的可能性不大。國內雖然在做一些前沿性的准備工作，但是要完成這個轉變尚需時日，依靠現有條件進行其他方法的改進就尤爲重要。鑒于目前計算機技術的快速發展，利用現代高速大容量計算機的計算能力，就流水孔繞流形式與流場問題進行研究已經成爲可能，這將爲將來來選擇阻力更小噪音更少的優良孔型，並裝艇實用提供有利的條件。國內在2000年前就流水孔開口形式的研究較少，隨著2000年後這類專業學術研究增多，就有力的支持了一些新的孔型，如403、405艇上的柵式開口，元級上使用的新型擋板流水孔的裝備使用。可見加大對流水孔開口形式的專題研究，是能對國産潛艇流水孔開口形式的改進做出較大的貢獻的。我國應該加大這方面的科研投入，迅速提高國內相關研究機構關于流水孔孔型的研究水平，爲國産潛艇流水孔開口形式的改革做好充分的支持。

俄羅斯的核潛艇上往往采用具有密閉擋板的大開口流水孔。該圖爲971阿庫拉級攻擊核潛艇，流水孔在紅色箭頭處爲關閉狀態，藍色箭頭處爲開啓狀態。 

 鑒于俄羅斯有處理雙殼體艇艇表開口的豐富經驗，我國可以通過相關渠道，多借鑒和學習俄羅斯在雙殼體潛艇上，處理大量流水孔開口的經驗。例如，俄羅斯潛艇在60年代初就使用了阻力系數低，工藝簡單的柵式大開口流水孔（柵式流水孔的阻力系數比我國039型裝備的帶擋縱縫流水孔的阻力系數要低四倍）而我國近些年才開始在403艇上試裝實驗，可見俄羅斯在流水孔開口形式上的研究是起步較早的。前蘇聯在60年代就開始爲核潛艇上的大開口流水孔設置密閉蓋板，以改善核潛艇水下航行時艇表開口帶來的一系列問題，收到了良好的效果。這方面的經驗尤其值得我國借鑒，在密閉機構傳動設備的布置，密閉口蓋的閉合形式上如果能從俄羅斯獲得較多的技術支持，對提高我國潛艇流水孔開口形式的改進都會十分有利。

俄羅斯部分877基洛級常規潛艇在首部的流水孔有密閉擋板，艇中後部則采用柵式流水孔。紅色箭頭處爲開啓的流水孔狀態，藍色爲密閉擋板關閉後的流水孔狀態，後部爲柵式流水孔。

  一旦我國獲得俄羅斯那樣成熟的流水孔處理技術，我國在國産攻擊核潛艇上，可以像俄羅斯那樣使用具備密閉裝置的大開口流水孔，在常規潛艇上則可以嘗試使用柵式流水孔。或者像部分877基洛級潛艇，在艇體前部流速快的正壓梯度區內使用帶開閉裝置的流水孔，在艇體後部流速低的負壓梯度區內使用工藝簡單造價低的柵式開口，既兼顧了潛艇的水下航行需求，又考慮了一定的建造成本保證了經濟性。諸如此類措施，都將對國産潛艇艇表開口較多的弊端形成有力的改革，爲國産潛艇水下快速性的提高與流體噪音的降低，作出有力的支持。

西方潛艇優良的艇表工藝處理是我國潛艇工業將來學習與趕超的方向。

　　五、結語

   隨著我國經濟的騰飛，國防裝備費用投入力度的日益加強，在潛艇流水孔的處理上，必須扭轉以往夠用就行，經濟性爲重心的設計思路，轉變到性能第一，精益求精的方向上去。最大限度的利用現有條件，以自主研發爲主，引進先進技術爲輔，多途徑多方法，來有效改善國産潛艇的光順度，爲國産潛艇作戰性能的進一步提升做出有力的貢獻。小小的流水孔看著簡單,背後蘊藏的專業知識卻非常寬泛。國産潛艇上洞洞多的原因，是多方面因素作用下的結果。新世紀來臨後，國際潛艇技術發展迅速，一直苦苦追趕的國産潛艇沒有任何退路，也沒有任何時間可以懈怠。只有繼續秉持小步快跑，多型號多改進的發展原則，加大裝備費用的投入力度，不斷的提高設計能力，提高建造水平，方能實現國産潛艇趕超國際先進水平這一偉大使命。 

　　參考：

1、船舶力學《帶流水孔潛體流場數值模擬》中國船舶科學研究中心，張楠、沈泓萃、姚惠之、高秋新、顧民。

2、船舶工程《潛艇出水穩性研究》武漢第二船舶研究所，鄭熹。

3、船舶力學《潛艇流水孔阻力數值計算與回歸分析研究》中國船舶科學研究中心，張楠、沈泓萃、姚惠之。

4、《潛艇上層建築大容積條件下的潛浮性能》，尤子平。

5、中國造船《潛艇應急上浮穩性研究》，鄧志純、陳材侃。

6、《三維孔穴流動性的數值計算研究》中國船舶科學研究中心，張楠、沈泓萃、姚惠之、高秋薪。

7、《船舶名詞術語》第十二冊，潛艇、核動力、艦船防化分冊，國防工業出版社。

8、《潛艇基礎知識》衆勰，國防工業出版社。

http://www.zgjunshi.com/Article/Class38/Class49/Class134/200909/20090926105822.html