康涅狄格号核潜艇及壳体耐压钢
2021-12-23 14:37:13 作者:石头 来源:三分钟白话材料 分享至:

2021年10月2日美国海军“海狼”级攻击核潜艇之一“康涅狄格”号(SSN-22)在南海与水下不明物体发生碰撞事故后,五角大楼一直对事故原因闭口不提,引起外界广泛猜测与担忧。


据后续有关报道,从关岛基地的卫星照片上分析,潜艇似乎没有受到大规模损坏,潜艇周围也没有任何受损后的专用支持设施。在艇桥或艇首顶部和声纳穹顶上看不到任何迹象表明发生了重大撞击。根据卫星照片提供的有限信息,碰撞似乎更可能发生在潜艇水线以下,比如艇体底部。这艘潜艇究竟当时在干什么,撞中了什么仍然是一个谜,我们也无从得知,这里简要介绍一下“康涅狄格州”号核潜艇及壳体耐压钢的相关信息。


1 “康涅狄格州”号核潜艇


2 耐压壳体材料发展


01 “康涅狄格州”号核潜艇


上世纪80年代,随着苏联海军阿尔法级、塞拉级、阿库拉级等先进攻击核潜艇在大洋深处与美海军核潜艇一较高下,美海军认为,现役洛杉矶级攻击核潜艇已很难对苏联潜艇形成优势,因此需要一种性能全面领先苏联现役和在研型号的攻击核潜艇。这种核潜艇可在北冰洋下执行作战任务,将是美海军的重要水下力量。最初的建造计划是从1989至2000财年度总计建造29艘,最终由于首艇的建造费用高达30亿美元,以及苏联解体,建造计划被缩减至3艘,这三艘海狼级核潜艇的相关信息见表1。

表 1 三艘海狼级核潜艇的相关信息

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图1 USS Jimmy Carter (SSN-23)


海狼级潜艇水下排水量超过9000吨,其中3号艇水下排水量高达1.2万吨,是美海军排水量最大的潜艇。艇体采用新型钢建造,呈拉长水滴型,耐压性更好。作战潜深超过600米,接近苏联用钛合金打造的阿尔法级攻击核潜艇的下潜深度。指挥塔围壳得到进一步强化,确保可突破北极冰层。舰尾部采用6叶控制舵,水下机动性更好,且更利于布置拖曳声呐。

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图 2 Connecticut康涅狄格 (SSN-22)


“康涅狄格州”号(SSN-22)是海狼级核潜艇的第二艘,具体性能数据如表2:

表 2 “康涅狄格州”号性能数据

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“康涅狄格州”号的武备比“洛杉矶”级核潜艇增加了30%,装备有尖端的声纳探测器,可发射“战斧”式巡航导弹和MK48型鱼雷。该艇装有1座核反应堆和2台蒸汽轮机,水下航速可达25节以上。

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图 3 Connecticut康涅狄格 (SSN-22)


“康涅狄格州”号像“海狼”号一样,是世界上最快、最安静和武器装载最多的攻击型核潜艇之一,可执行诸如监视、情报搜集、特种战、水雷战、反潜战、对舰作战以及对岸实施纵深打击等使命。更为引人注目的是,它已将核潜艇传统的战斗使命优先的次序摆到了最后。

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图 4 Connecticut康涅狄格 (SSN-22)


与“洛杉矶”级核潜艇相比,“康涅狄格州”号采用了许多新技术,其技术优势主要有:一是情报的自动处理。“康涅狄格州”号潜艇上的高技术系统能自动把获取的各种数据综合,实时传输情报,为指挥官提供决策依据。如:潜艇采用的BSY-2武器系统,其显示屏不仅能显示目标的距离、航向、速度,同时可提供攻击方案,从而增强己方的反应能力。二是网络式通信系统。“康涅狄格州”号的通信系统采用网络式结构,信号在网上的传送不会因某一部分网络的损坏而受到限制,既使网络的三分之二受到破坏,潜艇照样具备跟踪、打击目标的能力。三是安静性好。当潜艇在进行目标跟踪及鱼雷攻击时,为了使自身的噪音不影响声纳工作,在保持潜艇稳定的前提下有一定的速度限制。“洛杉矶”级的速度限制为10~15节。而“康涅狄格州”号则无速度限制,因为它在高、低速行驶时,都能保持低噪音,而且它发射鱼雷时几乎不发出噪音,只有把手放在鱼雷发射管上时才会通过感官判断出鱼雷的发射。鱼雷舱装有至少50枚各型导弹、鱼雷、水雷,弹药装填由一台液压自动装弹机完成。四是优异的水下适航性。该艇以22节航速在水下160英尺深度航行时,可以照常进行满舵转向,不会出现倾覆。而其它潜艇在这种速度和深度进行满舵转向时,易造成倾覆,甚至操纵失灵。当己方被鱼雷或敌艇攻击时,“康涅狄格州”号的这一性能优势便会充分体现出来。

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图 5 海狼号核潜艇内部布局示意


在对“康涅狄格州”号艇的命名上颇有戏剧色彩。上世纪末期,因受美国国内经济大气候影响,康涅狄格州的经济一直不景气,失业人数居高不下,成为美国经济发展滞后的少数几个州之一。但是,当位于康涅狄格州格罗顿的通用动力造船公司承包了“海狼”级3艘核潜艇的建造工作后,康州的经济开始腾飞。仅这一项工程就为康州带来了数亿美元的收益,为数十万失业者提供了就业机会。全州上下对“海狼”级核潜艇心存感激,力争给“海狼”刻下本州的烙印。为此,康州市长约翰·G·罗兰德早在一年多前就开始游说国会参、众两院及国防部和海军部。在他的不懈努力下,以康州名字命名的“康涅狄格州”号核潜艇最终诞生了。

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图 6 潜艇球形声纳基阵


02 耐压壳体材料的发展


“康涅狄格州”号核潜艇采用典型的单壳体结构,耐压艇体为HY-100型钢材。厚度高达3英寸,75mm,HY-100钢比用于洛杉矶级舰船的HY-80钢强度高20%。上面提到过康涅狄格号于1992年开工,当时美国已开发HY-100这种型号的高强钢有40年左右,对其冶炼方法、化学成分、轧制、热处理、检验及验收各方面的规范标准进行过数次的更新及完善,使其材料韧性和抗爆性、加工性能和焊接性都得以完美的呈现,可以说即使放到现在这些要求及过程控制方法仍然不过时,仍是生产高性能钢所必须遵循的。下面说简要介绍一下HY-100几十年的发展过程。


美国在1940年以前一直使用碳钢建造潜艇。1950年设计用STS钢建造“大青花鱼”号潜艇。1951年,在该艇建造期间将STS钢的牌号改为HY-80,并首次发布了MIL-S-16216军用规范。1956年正式使用HY-80钢建造“飞鱼”号潜艇。1961年使用HY-100建造“长尾鲨”号核潜艇,从1951年首次发布MIL-S-16216到1987年的第10次修订版16216K,修订过程如表3所示。经过近四十年的不断研究、发展和改进、HY-80/100钢在各方面已日趋完善成热,产品质量已逐步提高,成为美国潜艇耐压壳体的主要材料,并应用于大型水面舰艇。

表3 HY-80/100军标修订过程

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在规范MIL-S-16216制订的初期,HY-80/100钢还远不够成熟,在实艇应用中的问题较多,因此规范几乎年年修订,十分频繁。从1951年到1963年的12年中就修订了七次。1963年以后,从16216G版到16216K版,三次修订共历时24年,修订周期长而稳定。在技术内容上,G版后的规范已由从前的发展阶段进入深化、提高阶段,表明经多年研究发展的HY-80/100钢已逐步成熟。在MLL-S-16216规范的整个演变过程中,G、H、J、K四个版本具有一定的代表性,表4列出了G、H、J、K四个版本中主要进化的技术条目。从表4我们能窥察出一些如何从源头到过程再到结果的全过程控制来得到适合潜艇用的高强高韧及良好加工性的高强钢的技术要点。

表 4 MIL-S-16216规范进化过程

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近年美国颁布且已实施的T9074-BD-GIB-010/0300《美国舰船用钢标准》作为一个系统的大规范涵盖了所有舰船钢品种,原来具有单独MIL军标的各种船体钢具体要求则作为大规范的12个附录列在其后。下面几个表为从T9074-BD-GIB-010/0300截取的对HY-80/100化学成分及力学性能要求。

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参考文献

1 吉嘉龙,马建坡.美国潜艇用钢HY-80/100军用规范的演变与发展. 材料开发与应用, 1992, 7(1)

2 张毅斌. 美国舰船用HY 80/100钢板规范的演变. 中国材料科技与设备, 2014(1)

3 T9074-BD-GIB-010/0300《美国舰船用钢标准》

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