設萬維讀者為首頁 廣告服務 聯繫我們 關於萬維
簡體 繁體 手機版
分類廣告
版主:白夫長
萬維讀者網 > 軍事天地 > 帖子
096戰略導彈核潛艇14米耐壓殼全解
送交者: 一劍破天 2025年08月26日14:57:27 於 [軍事天地] 發送悄悄話

2025年8月1日建軍節官方發布的《攻堅》短片包含了史無前例的大量094核潛艇的航行、裝彈與水下發射鏡頭。

圖片

加之幾個月前中國船舶集團渤海造船公司招標14米圓形裝配平台的傳言,這意味着096核潛艇的耐壓殼直徑可能接近14米,而該平台可能為096耐壓殼體的總段裝配與精調工裝。14米直徑耐壓殼目前全球沒有實用紀錄,哪怕是在去掉工程餘量後,只有13米左右,也足以從根本上改變國產戰略核潛艇的生態,具備和美國並肩站在第一梯隊的基礎條件。

圖片

而根據五角大樓2024年中國軍力報告,096型可能於2030年前後服役,搭載16枚或以上巨浪3導彈,其配備全電推進、無軸泵噴推進器、低噪音技術與先進感測系統等,性能指標全面超越前代潛艦。美國長期以來依賴核優勢與偵測技術對中國形成戰略壓力,但中國海基核力量的成熟與升級將打破美國以核壓制維持亞洲主導權的戰略邏輯。

圖片

據推測,096戰略核潛艇水下排水量約18000噸,首次應用直徑14米左右的耐壓殼,可能採用屈服強度1100MPa級、抗拉強度≥1350MPa、斷裂韌性大於180MPa·m½、延伸率≥14%的Ni-Cr-Mo-V鎳鉻鉬釩系稀土微合金化超高強度鋼,能夠滿足深潛大應變抗裂需求。工作潛深450米,極限潛深650米。蜂窩式排列的16具直徑2.2米垂直發射筒完全內嵌於耐壓殼內,兼容巨浪JL-2G/JL-3兩型潛射洲際彈道導彈,可在北極2米厚冰層下安全發射。完全取消龜背後濕表面積減少12%,同航速下功率需求下降8%,噪音降低≈15dB。

圖片

同時還可以降低潛艇重心約0.3m,提高穩定性。採用第四代一體化自循環核反應堆,中壓直流和全電無軸泵噴推進,浮筏和整體艙段兩級隔振,加之模塊化磁懸浮軸承,25節航速下艇體自噪聲可能低至95dB。外殼敷設第四代蜂窩-空腔-阻尼三層複合消聲瓦,在2–20kHz頻段吸聲係數高達0.92。

圖片

中國將以6–12艘096構建“深海堡壘”體系,至少保證北極-南海“兩線日常部署”以及太平洋縱深機動部署:北極冰層下靜默待機,南海深海溝450米深長期潛伏,或靜音突防進入太平洋黑洞。單艇16枚巨浪3可在1分鐘內完成齊射,最大射程1.4萬公里,搭載10枚核彈頭的最大射程1.2萬公里,可投射160枚核彈頭,毀傷全球任意120個目標。096型核潛艇毫無疑問實現了對094的代際跨越,其靜音性、生存力與打擊效率已躋身世界最前列。中國將首次獲得在全球任意海域、任意時刻對潛在對手實施可靠二次核反擊的能力。

圖片


我們知道,綜合考慮海洋聲學環境,噪聲控制水平耦合等因素,潛深對潛艇隱蔽性的提升呈現非線性增益。由於聲學掩蔽效應,潛深每增加100米,被動聲吶發現距離平均縮短8–12%。以3kHz頻段為例,在0–150米,聲速梯度大,聲波折射強,被動聲吶基陣對低速目標探測距離約30–40公里。而在600米,進入深海聲道軸,聲線向聲道內折射,同一基陣對同目標的發現距離降至20公里以內。到了900米,除了<100Hz極低頻外,絕大多數被動聲吶信噪比低於檢測閾值。


圖片


特別是對於600米這一“黃金深度”,深海螺旋槳的空泡閾值提高,螺旋槳可在20節仍保持無空泡,噪聲級再降5–7dB。600米以深海水溫度梯度趨零,熱尾流被完全淹沒。主動聲吶盲區也會隨着深度擴展,所以魚雷主動聲吶的有效探測距離被壓縮70%以上,600米是多數反潛魚雷的“極限定深”。


圖片


同時磁異常深度每增加100米,磁探儀信號強度衰減 ≈6 %,600米深時典型航空磁異探測儀已經無法識別。而潛深進一步增加,潛艇轉向半徑則越大,機動性能則降低。低速“掉深”風險也顯著提高,潛艇一旦失事,自救窗口極小。


圖片


同時,潛艇無法使用藍綠激光/浮標通信,需依賴極低頻(ELF)單向指令,戰術實時性驟降。超過900米對隱蔽性提升收益<3%,但耐壓殼結構增重、成本、維修複雜度呈指數級上升。


圖片


70年來,中國潛艇耐壓殼終於完成了從直徑5.5米到14米,屈服強度從450MPa到1100 MPa、手工焊接到真空電子束焊接、潛深從200米躍升至600米工作深度的跨越。1955年4月14日,在以席姆初日尼柯夫為首的蘇聯專家36人的指導下,中國03潛艇首制艇在上海江南造船廠開工。03型潛艇採用的是兼顧水面和潛航的線形和雙殼結構。非耐壓殼體布置有10個主壓載水櫃和4個燃油櫃,通氣管、應急高壓氣瓶和應急電話浮標。為保證穩性,直徑僅5.5米的耐壓殼體是下大上小的組合圓筒。筒內分為5段各有上下層的耐壓分艙,共有首魚雷艙、前蓄電池艙、指揮艙、後蓄電池艙、主機艙、推進電機艙和尾魚雷艙。各艙段之間有球面耐壓壁隔離,球面壁上有水密門供人員通過。全部耐壓殼體都是由СХл-1或МС-1,450MPa高屈服強度鋼材手工焊接而成,極限潛深僅200米。由於潛艇耐壓殼體的非規則截面,使得建造工藝複雜,需要採用平台和月牙隔板支撐,在建造初期確實存在很大困難。


圖片


1956年1月10日,毛澤東在陳毅的陪同下來視察江南造船廠“03”潛艇的建造,這是毛澤東主席第一次視察潛艇,也是他一生中僅有一次視察潛艇。

圖片

1969年開始建造的、中國自行設計建造的第一代常規動力035型潛艇的雙層耐壓殼直徑為6.5米,最大潛深300米,標誌中國具備常規潛艇耐壓殼全流程製造能力。而1968年開工的第一代攻擊型091核潛艇,採用了8.2米的耐壓殼。


圖片


而中國戰略核潛艇的耐壓殼直徑偏小,導致龜背高度長期穩居全球首位。1981年4月30日建成下水的092彈道導彈核潛艇通過增大091的船殼來容納彈道導彈,耐壓殼直徑加大到9米,並首次使用整體耐壓指揮台圍殼作為導彈筒基座。 094彈道導彈核潛艇耐壓殼直徑增大為9.5米,不過巨浪-2導彈長13.2米,導致潛艇龜背高達3.7米。


圖片


096型14米直徑單層耐壓殼使得13.8米長的巨浪3導彈可完全內嵌,徹底取消“龜背”,在流體力學、聲學、載荷效率上帶來代際跨越。若實現600米級工作潛深,配合靜音與水聲超材料隱身,可在太平洋與北極兩大戰場獲得“戰術自由水層”,無需再向1000米的“工程極限”過度投資。


圖片

圖片


蘇聯/俄羅斯基於北極環境、戰略任務、工業基礎,其潛艇長期採用雙層耐壓殼。我們知道,雙層耐壓殼實為耐壓殼+外層非耐壓整流殼的雙殼體,外層殼與耐壓殼間距0.8–2米,所以雙殼體並不比單殼體更耐壓,而是更具抗沉性。北極冰厚度2–4米,單殼體一旦磕碰即直接威脅耐壓殼。而雙殼體的外層輕殼和舷間壓載水艙可充當“緩衝墊”,儲備浮力可達30%,遠超單殼體美俄亥俄級核潛艇的12%。遭遇海中斷崖時,多出的浮力可提高2–3倍自救概率。遭受魚雷攻擊時,魚雷聚能射流到達內殼時威力衰減>80 %。加之蘇聯1970年代前尚不能批量軋制12米以上大直徑高屈服鋼板,耐壓內殼只能採用較小直徑,而非耐壓外殼用普通碳鋼即可進行低阻水滴型的複雜成型,降低材料和加工門檻。舷間水層還能隔振降噪,對早期機械噪聲大的蘇系反應堆尤為重要。


圖片


比如1960年代開始設計的前蘇聯“水下殲擊艇”阿爾法級核動力攻擊潛艇,總設計師魯薩諾夫提出取消雙殼體結構,改用單殼體以減小體積和噸位。不過即便48-OT3鈦合金屈服強度高達900MPa,高比強度比HY-100鋼艇體輕27%,且具備低磁性、重量輕、耐腐蝕、抗疲勞性等優點,蘇聯海軍方面還是對單殼體無法保證抗沉性做出了強烈的反對。而副設計師B·B·羅明因為擁護抗沉性設計而與魯薩諾夫決裂,並把阿爾法級潛艇改為雙殼體結構。


圖片


阿爾法級潛艇以鈦合金流線形雙殼體,首次把攻擊核潛艇推向極限潛深700米、極速42節的性能巔峰。不過毋庸置疑,鈦的單艇材料成本為同噸位鋼殼艇的4倍,且加工工藝複雜。鈦錠需真空電弧重熔3次,然後採用數控四輥卷板機成型,加工誤差需控制在0.3mm,早期的氬弧手工焊缺陷率高達20%,後來進化到真空電子束和等離子弧自動焊接,才保證焊縫係數達0.95。所以阿爾法級潛艇單艇造價是同期的維克托III級的2.5倍。即便普通鋼製雙層耐壓殼也會使得潛艇的排水量、造價、維修工時均比單殼體高出30–50%,雙殼體的優勢在現代材料與大直徑工藝面前逐步讓位。


圖片


蘇聯政府為了應對1966年美國啟動的包括三叉戟“水下遠程導彈系統”以及“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇在內的新一代海基戰略系統,於1971年6月下達了941型颱風級戰略核潛艇的研製命令。


圖片


為了裝載長度16米、直徑2.4米、重達90噸的P39世界最大的潛射洲際導彈,其採用了一種 “鈦合金多耐壓筒+整體雙殼” 的混合結構。左右平行各有一個耐壓筒,直徑7.2m,長度約 110m,承擔全部深水壓力,內部布置反應堆、輪機、居住艙。


圖片


中央耐壓筒直徑6m,位於兩主筒之間,容納作戰指揮中心、導航設備;艏部魚雷艙耐壓筒,與主筒水密分隔。非耐壓外殼整體包覆潛艇,最大寬度23.3m、高度11m。而20枚P39導彈則布置在兩個主耐壓筒中間,得以完全取消龜背。


圖片


颱風級戰略核潛艇是冷戰時期為兼顧北極冰區生存、超大固體導彈裝載與高生存力而誕生的極端工程解決方案,其代價就是水下排水量47000t,裝載導彈數量比對手“俄亥俄級”的24枚略少,但其排水量卻大2.4倍。

圖片

而作為如今俄羅斯海軍核戰略打擊主力,955型“北風之神”級核潛艇則採用“單-雙殼交替”混合殼體。反應堆艙、艏部為雙殼體,容納16枚R-30“布拉瓦”導彈的中部導彈艙段為單殼體13.5米大直徑耐壓筒,均採用1000MPa的AB-2高強鋼。“北風之神”通過混合殼體在24000t級艇體內實現了450米工作潛深、29節靜音航速、16枚彈道導彈的均衡設計。


圖片


法國現役凱旋級戰略核潛艇水下排水量14335噸,工作潛深400米,耐壓殼直徑12.5米,自然可以完整容納12米長的M-51潛射彈道導彈。


圖片


英國前衛級採用了仿俄亥俄級的單殼體,耐壓殼直徑也是12.5米,為了容納三叉戟導彈而採用低矮龜背。



圖片


美國核潛艇也並非一直以單殼體為主線。早期的鰹魚、長尾鯊、鱘魚級核潛艇均採用混合殼體,艏艉採用雙殼體,中段為單殼體。


圖片


1976年11月開始建成服役的洛杉磯級攻擊核潛艇是首型“純粹單殼體“潛艇,採用了全長110m,直徑10m的連續單耐壓筒。


圖片


海狼級攻擊核潛艇沒有垂直發射系統,因此採用了直徑12米的極致單殼體。其耐壓艇體為690MPa的HY-100型鋼材,厚度高達75mm。當時美國已開發HY-100這種型號的高強鋼有40年左右,對其冶煉方法、化學成分、軋制、熱處理、檢驗及驗收各方面的規範標準進行過數次的更新及完善,使其材料韌性和抗爆性、加工性能和焊接性都得以完美的呈現,可以說即使放到仍然不過時。即使美國當時已經研製成功了900MPa級的HY-130鋼,1250MPa級的HY-150鋼,最終海狼級潛艇的設計人員認為HY-100仍是當時最合適的材料。


圖片


而弗吉尼亞級作為後冷戰時代海狼級潛艇的低成本取代方案,在艇背採用局部雙殼艙段以布置4具垂直發射系統。


圖片


而關於彈道導彈核潛艇,美軍目前僅有一型,就是首艇在1981年服役的“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇。該級艇共建造18艘,不過根據1992年6月美俄達成的《第二階段削減戰略武器條約》,自2002年開始,美國海軍戰略導彈潛艇的數量被限制為14艘。


圖片


因此頭四艘潛艇被改裝成用來發射UGM-109“戰斧”巡航導彈的巡航導彈核潛艇。用於容納“三叉戟”潛射彈道導彈的24個核導彈發射管被拆除。取而代之的是22個普通導彈發射管,每個發射管可容納7枚“戰斧”對地攻擊巡航導彈,總共可發射154枚導彈。而在這現役14艘彈道導彈核潛艇中,最老的SSBN-730“亨利傑克遜”號是1984年服役的,已經服役了41年,即使艇齡最短的“路易斯安那”號,也是在1997年服役的,已經服役了28年時間,整個艇隊所有潛艇服役中位數高達33年。


圖片


俄亥俄級彈道導彈核潛艇水下排水量18750噸,水下自然循環靜音速度高達20節,艦體艏艉部是非耐壓殼體,中部為直徑12.8米的耐壓殼,長寬比為13.3∶1,耐壓殼體從艦艏到艦艉依次分為指揮艙、導彈艙、反應堆艙和主輔機艙四個大艙。但為了容納長13.4m的24枚三叉戟D5導彈,還是必須採用低矮龜背。


圖片


正在紐波特紐斯造船廠建造中的哥倫比亞級彈道導彈核潛艇水下排水量20810噸,採用了直徑13.1米的耐壓殼。在美俄《新削減戰略武器條約》限制下,通用垂直發射筒和俄羅斯”北風之神“核潛艇一樣減少為16個。按照美軍的計劃,“哥倫比亞”級不僅可以服務於美軍的海基戰略核威懾和核打擊任務,還可以兼顧執行海基中程常規打擊,即使用共架發射模式,一個發射井可以攜帶3枚美國海軍正在研製的CPS海基高超音速中程導彈,總體性能上下兼顧。


圖片


從艇體來看,“哥倫比亞”級的艇體尺寸相比它的前型“俄亥俄”級還要龐大一些。二者長度據說都是171米,但是“哥倫比亞”級的耐壓殼直徑擴大了33厘米。毫無疑問,這是美國海軍在原先研發和建造“俄亥俄”級時,就有了成熟運用的大直徑耐壓殼體彎板製造技術,現在直接用在“哥倫比亞”級上。


圖片


而且“哥倫比亞”級還首次採用了導彈艙-耐壓殼一體化工藝,發射模塊使用了四個一組與耐壓殼一體化預建造的模式,可以降低建造成本,提高建造效率。


圖片


作為保障潛艇安全與性能的核心部件,潛艇耐壓殼需要在水下溫度-2.2~28.8℃,水面溫度-34~49℃的環境中航行和戰鬥。潛艇上浮下潛使殼體承受周期性的交變載荷,還可能受到敵方反潛武器的攻擊。


圖片


因此,要求耐壓殼體材料具有比強度大(屈服與密度比)、高韌性、良好的焊接性、抗低周疲勞性、抗爆性、冷熱加工性等綜合性能。其不僅要承受深海巨大的水壓,還需具備高精度的尺寸與形狀,以確保潛艇的整體結構強度與水動力性能。


圖片


一般來說潛艇耐壓殼體用鋼都要使用電弧爐進行初步冶煉。氣體放電形成電弧時能量很集中,弧區溫度在3000℃以上,比其他煉鋼爐工藝靈活性大,能有效地除去硫、磷等雜質,爐溫容易控制設備占地面積小,適於優質合金鋼的熔煉。


圖片


然後通過真空感應+電渣重熔雙聯工藝進行二次冶煉。真空感應熔煉(vacuum induction melting)是在真空條件下,利用電磁感應,在金屬導體內產生渦流加熱爐料來進行熔煉的方法。可提供對化學成分最大程度的控制,防止熔液與大氣中氫、氧、氮的接觸。電磁攪拌不但能使熔液均勻,並且能持續將反應物帶到熔體和真空界面,從而使後續精煉反應順利進行。氣體含量和非金屬夾雜物的揮發和析出,能大大改善多數高溫合金的力學性能。


圖片


而電渣重熔(Electro-Slag Remelting)是利用電流通過液態熔渣時產生的電阻熱作為熱源,將金屬電極熔化,熔化的金屬匯集成熔滴,滴落時穿過渣層進入金屬熔池,然後於水冷結晶器中結晶凝固成鋼錠。其將高溫熔煉、化學精煉和冷凝結晶結合起來,形成純度高、表面光滑、結晶均勻密、金相組織和化學成分均勻的優質鋼錠。


圖片


大型鋼錠通過精整、均熱後要進入到“初軋機”開坯,也就是將鋼錠初軋成適合軋板機的板坯,板坯在經過定尺、切割後才能進入軋板機軋製成各種厚度、長度、寬度的鋼板。我們知道,潛艇的耐壓殼都採用軋制,而不是鍛造的。鍛造使用的鍛錘瞬間壓力超過萬噸,這是厚度只有幾十毫米的潛艇耐壓殼承受不住的,其次潛艇耐壓殼面積較大,使用鍛造反覆捶打會造成各區域受力面積不均勻,根本不能保證艇殼板材的加工精度。


圖片


而軋制是將金屬胚料塞進兩個間距已經設置好的旋轉軋輥的縫隙之中,然後滾輪壓製出來的胚料就被壓縮變薄,長度面積增加。通過控軋控冷技術,顯著提高鋼材的強度、韌性、疲勞性能和焊接性能,特別適合潛艇耐壓殼這樣外形簡單,受壓均勻的材料加工。


圖片


然後再通過8000噸四輥數控卷板機將100mm厚板卷圓,橢圓度必須小於0.1mm。


圖片


不過耐壓殼的構成可不僅是一層鋼板,一般由高強度鋼質殼板、端部艙壁、肋骨和橫艙壁等構成。殼板和端部艙壁是保證潛艇強度和水密的主要構件;肋骨呈環形,橫向地布置在耐壓艇體內部或外部;橫艙壁是殼板的支撐結構,並起分隔艙室的作用。


圖片


此外,魚雷艙一般都是在耐壓殼以內的,而魚雷發射管本身也是耐壓殼的一部分。


圖片


而潛射導彈的發射筒都是直接穿透耐壓殼的,也就是主體在耐壓殼以內。但由於大多數潛射導彈的發射筒長度都超出耐壓殼的直徑,因此超出的這一段,也是耐壓殼的一部分,兩者焊接密封在一起。外觀表現就是有龜背。在耐壓殼內部的發射筒的這一段,一般不需要做的特別堅固,強度遠遠低於耐壓殼,因為發射時的深度都不會超過100米。


圖片


可見耐壓殼還涉及複雜的曲面切割和大量的焊接工作。在切割帶有複雜曲面的耐壓殼體板材時,普通切割設備難以精準遵循設計曲線,導致切割後的部件尺寸偏差大,無法滿足緊密裝配的要求。而且,由於材料的高強度特性,普通加工方式效率極低。


圖片


大型高性能線切割機床設備則為這些難題提供了完美解決方案。其通過電極絲與工件間的脈衝放電瞬間釋放高溫,熔化或汽化被加工材料,同時配合高精度的工作檯移動系統,實現了對複雜形狀的精準切割,尺寸精度可達≤±0.003mm,能夠滿足嚴苛的裝配標準。同時,表面粗糙度能控制在≤0.7-1.4μm,有效提升了殼體表面質量,增強了其抗疲勞性能。


圖片


耐壓殼的焊接比航母甲板焊接要求更高,可以採用真空電子束環縫焊,焊縫強度甚至需要超過母材,達到為母材強度的110 %。


圖片


磁控擺動TIG則利用外加磁場對焊接過程中的電弧行為、熔滴過渡、熔池流動及凝固過程進行干涉和控制,從而實現諸如晶粒細化、增加熔深、消除未熔合等積極的焊接效果。


圖片


接着,焊接的殼體的殘餘應力可以通過磁脈衝消減,脈衝磁場會在材料內部產生洛倫茲力,這種力會作用於材料內部的帶電粒子,從而產生機械應力。同時,磁致伸縮效應會導致材料在磁場作用下發生微小的形狀變化,也會對殘餘應力產生影響。脈衝電流通過材料時會產生焦耳熱,使材料局部溫度升高。這種熱效應可以促進材料內部的原子擴散和位錯運動,從而有利於殘餘應力的釋放。殼體殘餘應力<100MPa,疲勞壽命提高3倍。

圖片

然後基於 “4+1” 分段原則,把艏、艉、導彈艙、反應堆艙四大筒段、以及全艇環向加強肋進行總裝,14m的裝配平台推測將用於艙段對接,必須實現對接錯位<0.5mm。

圖片

中國096型戰略核潛艇標誌着大國海基核力量博弈進入全新紀元。從1956年毛澤東視察江南造船廠時5.5米直徑的03型潛艇手工焊接耐壓殼,到如今14米級一體化真空電子束焊接耐壓殼體。這項突破絕非簡單的尺寸放大,14米直徑耐壓殼配合1100MPa級稀土微合金鋼、450-600米工作潛深與全電無軸泵噴技術,構成了一個顛覆性的系統工程:它使中國首次獲得在太平洋聲學黑洞與北極冰層下自由機動的"戰略暗區",16枚巨浪3導彈的深海齊射能力重塑了二次核反擊的東方威懾。未來6-12艘096將組成"深海長城",西太平洋將見證一個歷史性轉折:自冷戰以來首次出現兩個核大國具備完全對等的海基核威懾能力,而這片蔚藍疆域的權力天平,正在靜默中發生不可逆的傾斜。

圖片


0%(0)
0%(0)
標 題 (必選項):
內 容 (選填項):
實用資訊
回國機票$360起 | 商務艙省$200 | 全球最佳航空公司出爐:海航獲五星
海外華人福利!在線看陳建斌《三叉戟》熱血歸回 豪情築夢 高清免費看 無地區限制