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如何看懂現代潛艇的聲吶顯示器?
送交者: 一劍破天 2021年05月14日17:43:18 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  問:現代聲吶還是只能靠人的耳朵來分辨潛艇嗎?有沒有自動化設備

  答:

  當然不是,二戰時期都已經有相對自動化的聲吶設備了。這裡需要注意的是,聲吶和水聽器是有差別的。只能靠人耳來聽的是水聽器而不是聲吶。

  水聽器是聲吶的一個組成部分。最初只是一個能聽聲音的收音器。操作員只能轉動水聽器聽聲音大小來大致判斷聲音方向,至於距離也主要是靠聲音的大小通過經驗來判斷。換句話說,早期水聽器自身不具備分辨敵軍位置的能力,一切都要靠人的經驗。

  二戰時期,一些國家為了解決水聽器聽音不準的問題,研發出了一些模擬人耳的水聽器陣列。簡而言之就是在一根橫置的金屬棒兩端裝上兩個水聽器,然後分別連接到操作員的耳機左聲道和右聲道。這令操作員可以通過聲音到達兩耳的時間差和兩耳聲音大小的差別來更加精確的判斷聲音來源的方向。

  而聲吶則是這種水聽器與發聲裝置的組合。由於聲吶的使用者是知道聲音是什麼時候發出的,自然可以通過接收到回聲的時間來探測目標的距離。至此,聲吶已經可以較為精確的探測出目標的方向和距離。所以二戰時期的美英驅逐艦已經開始使用類似雷達的示波顯示器來方便操作員的操作。此時的主動聲吶多採用A型顯示器,屏幕中央的線會隨聲音大小呈現出不同的振幅,橫軸則代表時間。

  為了讓被動聲吶也能享受到這樣的便利,冷戰時期,各國開始使用大量水聽器組成聲吶陣列。聲吶陣列可以利用陣元之間接收到信號的時間差來精確的判斷聲音方向。

  在顯示器設置上,現代聲吶通常有幾種顯示模式,我們最易於理解的是平面位置顯示(PPI)。這種顯示模式類似於我們最熟悉的平面雷達顯示器,以本艦為中心,在不同的方位和距離上顯示目標信息。

  另一種常用的顯示模式是方位-距離顯示,很多雷達也採用了類似的顯示邏輯。這種顯示器的橫軸為方位,一般從180°到0°再到180°,縱軸則代表目標到本艦的距離。不過同上面的顯示器一樣,這類顯示器還是多用於聲吶的主動模式而非被動模式。

  方位-時間顯示,是最廣泛使用的被動聲吶顯示模式之一(因為哪怕到了現在被動聲吶的測距能力還是很拉胯,甚至可以說完全沒有)。這種顯示器的橫軸為方位,縱軸為時間,探測到的目標通常會像一根根法棍掛在顯示器上,雜波較大的時候,甚至很像瀑布。這種顯示器只能顯示目標方位而無法顯示目標距離,距離通常要用潛艇自身的運動以及相對於目標的方向角的變化來推算。除此之外還有頻率-時間顯示器、振幅距離顯示器、方位-距離-多普勒顯示器等等,這裡就不一一展開了。

  現代潛艇的目標辨識也採用了經驗與科技相結合的方式。一方面,聲吶操作員可以通過耳機聽聲大致判斷目標類型。另一方面,聲吶設備也會記錄下聲音來源在各個頻率上的聲音強度,形成聲紋,方便聲吶操作員與數據庫中的敵艦聲紋特徵進行比對。

  問:老毛子裝備的圖95轟炸機因為發動機功率巨大能被潛艇探測到。那麼印度裝備的在圖95基礎上改進而來的圖142反潛機是否存在還未探測到潛艇的情況下被潛艇反探測的情況?印度還有其他國家產的反潛機嗎?

  答:

  現代聲吶的設計目的是探測噪聲接近海洋背景噪聲的現代化潛艇的,相比於這些潛艇,再安靜的飛機都說不上安靜。根據一些美軍退役海軍士兵的說法(他們也是在潛艇兵那邊道聽途說的),他們的潛艇甚至能在某些情況下聽到如P-3CP-8A這些相對而言更加安靜的反潛機的聲音的。以吵著稱的圖-95/142就更不用說了。反之,不管用何種被動手段進行探測,現代潛艇都是很難探測到的,因此圖-142率先被潛艇發現是非常有可能的。不過潛艇畢竟沒有防空能力,聽見了也只能逃跑。

  至於印度的圖-142,早在20073月份就已經全部退役了,接替它們的是美制的P-8I反潛機。反潛作戰的能力和噪音水平都好於圖-142

  問:發動機加力的原理是什麼?為什麼是噴水?

  答:

  噴氣發動機加力有兩種原理,即噴水加力和後燃加力。我們今天聽到的加力一般都是後燃加力(英國也叫再加熱,reheat)。這種加力的原理要從噴氣發動機的原理說起,噴氣發動機的基礎結構一般有壓氣機、燃燒室、渦輪三個主要部分組成。壓氣機壓縮的空氣進入燃燒室後與燃料混合併點燃,產生高溫氣體向後噴射,並根據牛頓定律產生推力。但這樣的設計是不能自持的,所以必須要在噴氣處增加一個渦輪,利用廢棄驅動渦輪轉動,再用渦輪驅動壓氣機等部件運動。

  原則上,發動機的進氣量最好與燃料完全燃燒所需要的空氣量相等,這可以使發動機的推力達到最大。但這卻會導致一個很大的問題——燃料充分燃燒後的噴氣溫度太高,會影響渦輪葉片的使用壽命。而這個問題又沒有很好的方式來解決,那就只能讓進氣量大於燃料完全燃燒所需的量,用較低溫度的進氣“稀釋”燃料廢氣的高溫。這意味着廢氣在經過渦輪後,廢氣中還有大量未燃燒的氧氣。而既然已經過了渦輪這一關,後面就不太需要考慮部件的耐熱問題了(發動機收斂片可以主動散熱),那就可以再加上一級燃燒室,噴入一定量的燃料,令其與廢氣混合,並被餘溫點燃。這可以增加廢氣的質量,讓發動機獲得更高的推力。

  噴水加力則廣泛適用於各種各樣的內燃發動機,比如活塞發動機。其原理在於水能夠對發動機進氣進行冷卻,氣體的密度與溫度是相關的,溫度越高密度越低,溫度越低密度越大。所以被水冷卻後,發動機進氣密度會上升,也就是會吸入更多的空氣,這樣一來只要增大燃料的供應量,就可以增加發動機的功率/推力了。除了上期《校場答疑》中提到的B-52等飛機,其實二戰時期就有大量活塞戰鬥機在使用這一加力手段了,比如美國的F-4U海盜、F-6F地獄貓、F-8F熊貓等。

  問:將來無人坦克或無人作戰平台成熟後,是否可以作為空降兵的主要利器,從而解決有人武器平台在空投時因人車分離而造成的不必要損失?

  答:

  人工智能控制的無人戰車確實可以解決有人戰車人車分離空投時的一些弊病,但目前這種思路的主要問題還是人工並不智能。比如這次閱兵中俄羅斯展出的天王星-9無人戰車。

  這款戰車本來是作為人工智能戰車設計製造的,但在敘利亞戰場的實際使用中,因為人工智能技術並不成熟,智能當成大號遙控車來用,操作範圍只有也母車附近3公里左右。如果是類似水平的無人戰車的話,對於傘兵的作用就很小了。


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