潜水艇外壳设计

发布时间：2023-03-18 作者：定制工业设计网 0

大家好！今天让小编来大家介绍下关于潜水艇外壳设计的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

文章目录列表:

1、核潜艇的样子、结构、作用
2、如何从外观区别常规潜艇和核潜艇
3、制造核潜艇的材质是什么？
4、潜艇的基本构造是什么？

一、核潜艇的样子、结构、作用

潜艇为什么既能在水面航行，又能下潜到水下的一定深度并且能在水下保持长时间的潜航状态呢﹖要想解开这个谜，就应从了解潜艇的结构形式和潜艇所具有的结构强度开始。现代潜艇的艇体基本上是由耐压结构和轻型结构两部分组成。耐压结构包括耐压艇体、耐压指挥台以及耐压液舱等，是保证潜艇在安全深度之内能够从事水下运行的基本结构。轻型结构包括潜艇的指挥台围壳、上层建筑以及一些液舱等。轻型结构又进一步分为非耐压水密结构和非耐压非水密结构。
潜艇的耐压艇体结构通常有三种形式——单壳体结构、双壳体结构以及介于单双壳体之间的过渡型的鞍形压载水舱壳体结构或者称为个半壳体结构。从潜艇发展的历程来看，绝大多数的潜艇或者采用的是单壳体结构，或者采用的是双壳体结构，而采用个半壳体结构的潜艇较少。特别是在二战之后，采用个半壳体结构的潜艇几乎已经绝迹。
早期的单壳体结构的潜艇，其压载水舱全部布置在耐压艇体的内部。与其它两种结构的潜艇相比，单壳体结构潜艇的特点是尺寸小，湿表面面积较小，因此水下航行阻力也较小。但是，由于单壳体的潜艇在耐压艇体内部布置了压载水舱，而且是内肋骨结构，因此艇内的有效容积被减少了许多。另外，压载水舱布置在潜艇耐压艇体内部，难以确定究竟应该使压载水舱具有多大的承载能力，因而给潜艇结构设计造成了许多困难。
二战后，以美、英为首的西方国家都倾向于单壳体结构的潜艇设计，而这时期的单壳体结构潜艇已发生了很大变化，最大的变化是压载水舱不再布置在艇内，而是布置在艇外。美国海军于70年代建造的“洛杉矶”级攻击型核潜艇便是极为典型的现代单壳体结构潜艇。该艇所有的压载水舱都分别集中在潜艇耐压艇体外部的艏艉两端，并且与耐压艇体构成了完整的潜艇流线型外形，但是该级艇的储备浮力却相对较小。此外，美国的“海狼”级攻击型核潜艇、英国的“特拉法尔加”级攻击型核潜艇、法国的“宝石”级攻击型核潜艇、德国的209型以及瑞典的“哥得兰”级常规动力潜艇等，都是典型的现代单壳体结构的潜艇。最初采用在耐压艇体外部布置压载水舱的单壳体结构潜艇是二战期间德国的U－ⅩⅩⅢ型潜艇，当时由于该级潜艇上的蓄电池的容量需求非常大，为了增加蓄电池容量，只好把压载水舱从耐压艇体内移到艇外。
双壳体结构的潜艇设计是由法国的潜艇设计师马克西姆·劳伯夫最先于1896年提出的。当时称这种具有双壳体的潜艇为“可潜舰”。这种“可潜舰”在航行的大部分时间里都处于水面状态，只有敌人的目标出现时才潜入水下。在双壳体结构的潜艇上，耐压艇体的外面还有一层轻型的艇体，这层艇体通常被称作轻外壳或非耐压艇体。在轻外壳与耐压艇体之间的空间一般用作压载水舱或燃油舱，统称为舷间液舱。有的潜艇，例如前苏联的“奥斯卡”级巡航导弹核潜艇在两层壳体之间的舷间装载了24枚巡航导弹。两层壳体之间的距离主要取决于对潜艇结构和平衡方面的考虑，此外还应考虑当潜艇轻外壳被击中发生爆炸时，耐压艇体不致于遭到严重的破坏。苏联的潜艇设计师们更倾向于双壳体结构的潜艇，其主要原因是苏联的潜艇通常都在寒冷结冰的海域广东会行，单壳体结构的潜艇一旦与冰层相撞有可能发生艇体破损，而双壳体潜艇的两层艇体可以起保护作用，其所具有的储备浮力亦是一个重要的安全因素。另外，两层艇体在遭受反潜鱼雷或深水炸弹攻击时也能起到很好的保护作用。许多国外专家都认为，西方国家普遍使用的像MK 46型鱼雷那样的轻型鱼雷很难击穿苏联潜艇的两层艇体。
二战后苏联建造的各种型号的潜艇，例如Z级、W级、F级、R级和K级等常规潜艇以及N级、A级、V级、C级、Y级、D级、“奥斯卡”级和“台风”级等核潜艇都采用了典型的双壳体结构。
在潜艇发展的早期，人们常常把单壳体结构的潜艇称为潜艇。就是说，单壳体的潜艇只适于潜水作战。当时的单壳体潜艇的储备浮力仅为6％～10％，而具有双壳体的“可潜舰”的储备浮力却可以达到30％～40％。由于双壳体潜艇具有优良的艇体形状，并且具有较高的干舷、较大的横稳性和纵稳性，所以，双壳体结构的潜艇水面航速高，耐波性好。另外，双壳体的潜艇还可在耐压艇体外部装设尺寸更大的肋骨，以增加潜艇耐压艇体的强度。但是，双壳体的潜艇在下潜时需要较多的时间，不过，双壳体的这一缺点在一战之前尚未充分暴露。英国海军在一战期间一直使用双壳体结构的潜艇，但是战后立即完全放弃了这种结构的潜艇。二战期间的种种事实和经验表明，双壳体潜艇需要下潜时间较长，这一缺点在很大程度上降低了潜艇的战斗力。
双壳体潜艇的另外一些缺点是，由于结构复杂而使得潜艇的建造与维修比较困难。在靠近潜艇首尾两端的部位，空间十分狭窄，建造施工、检查以及涂装都难以进行。苏联人在对他们的潜艇进行维修时，常常是不得不把潜艇部分地拆除。
尽管单、双壳体结构的潜艇存在着各自的优缺点，但是在战后50多年的实践中，研制和建造这两种不同结构形式潜艇的国家都积累了许多成功的经验，并且使得这两种结构的潜艇都获得了广东会的发展和完善。但是最近几年来，在潜艇设计方面却出现了一个令人深感兴趣的现象。在潜艇设计上一向采用单壳体结构的德国，在90年代最新设计的212型潜艇上却一反常态采用了双壳体结构。而惯于采用双壳体结构潜艇设计的俄罗斯“红宝石”设计局，在其最新设计的“阿穆尔”级潜艇上，却放弃了传统的双壳体结构，而采用了以单壳体结构为主的单－双壳体混合结构。在潜艇设计方面出现的这种反常现象，已引起了世界各国的深切关注和反思。

二、如何从外观区别常规潜艇和核潜艇

常规潜艇和核潜艇有如下区别：

1、动力来源不同

常规潜艇是用柴油机作为动力源，边航行边带动发电机给电池充电；核潜艇是以核反应堆为动力来源设计的潜艇只有军用潜艇才采用这种动力来源。

2、航程不同

常规潜艇水下航行受蓄电池电量的限制，常须浮出水面或在水下一定深度，使用柴油机航行，并带动主电动机为蓄电池充电以补充电量；核潜艇水下续航能力能达到20万海里，自持力达60-90天。

3、潜艇作战方式不同

常规潜艇，由于水下通信问题还没有完全解决，因此潜艇只能按计划以按时间协同或按海区协同的方式配合水面舰艇作战；核潜艇以鱼雷、弹道导弹、巡航导弹为主要武器，用于攻击敌方的水面舰船和水下潜艇。

参考资料：百度广东会-常规潜艇

百度广东会-核潜艇

三、制造核潜艇的材质是什么？

制造航母和核潜艇用的钢叫特种钢也叫合金钢。
合金钢也叫特种钢。在碳素钢里适量地加入一种或几种合广东会素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀，以及其他许多优良性能。下面是一些特种钢的性能和用途：
1.钨钢、锰钢：硬度很大，制造金属加工工具、拖拉机履带和车轴等。
2.锰硅钢：韧性特别强，制造弹簧片、弹簧圈等。
3.钼钢：抗高温制造飞机的曲轴、特别硬的工具等。
4.钨铬钢：硬度大，韧性很强做机床刀具和模具等。
5.镍铬钢（不锈钢）：抗腐蚀性能强，不易氧化制造化工生产上的耐酸塔、医疗器械和日常用品等。新型特种模具钢
1. HM1热作模具钢
该钢种已纳入GB1299-85的国家标准模具钢号。它具有良好的抗热疲惫性能、抗回火稳定性能和良好的冶炼、锻造、热处理及机械加工工艺性能，是国内综合性能优良、符合我国资源条件的高强韧性热作模具新钢种。适用于高温、高负荷、急热急冷条件下的压力机锻模、轴承热锻凹模、成型滚锻模、高强度和高热强钢的精密锻造、铝和铜合金压铸模、热挤压摸具等。使用寿命可比3Cr2W8V提高1-4倍。在高温性能方面明显优于H13钢。
2．HM3热作模具钢
该钢种与HM1为同一系列产品，其高温强韧性能和热疲惫性能非常突出，非凡适合于冲击载荷较大，工作温差高的模具。如辊段成型模具，有色金属压铸模具、耐热不锈钢及高强度材料锻压成型模具，轴承环套圈热锻成型凹模等，使用寿命比原用H13、3Cr2W8V和5CrNiMo都有成倍提高。
3．RM2热作模具钢
RM2钢是一种多用途基体钢，既可用于热作模具，也可用于冷作模具。该钢种已纳入GB1299-85国家标准中，具有极高的高温强度、红硬性能、热稳定性能和高温耐磨性能。非凡适用于铜合金挤压模具，温锻模具和冲击载荷较小的热挤冲头模具。在切边模具、齿轮精锻模具、轴承环挤压冲头、不锈钢餐具滚轧模具的应用寿命都远高于原用H13、3Cr2W8V模具钢。
4．JDH3热作模具钢
该钢种是一种最新研制的模具材料，其性能特点是介于HM1、HM3和H13之间，即强度高于HM3，韧性高于HM1，热疲惫性能高于H13钢。主要适用于热锻模具、精锻模具、辊锻模具。
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前苏联曾有用钛合金尝试，即A级，性能优良但是价格昂贵，现在一般都用耐压钢板
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第二次世界大战后，世界各军事强国为了满足舰船装备的发展需求，研制开发了系列高强度舰船用钢。如美国，战后发展了355MPa(36kgf/mm2)级HTS钢、550MPa(56kgf/mm2)级HY80钢、690MPa(70kgf/mm2)级HY100钢、890MPa(91kgf/mm2)级HY130钢，并用于实船建造；俄罗斯开发了屈服强度从390-1175MPa(40-120kgf/mm2)级的АБ系列舰船钢；法国最新建造的“凯旋”级核潜艇耐压壳体用钢屈服强度已达到980MPa，研制技术难度大。采用NiCrMoV合金设计及先进的VHD炉外真空精炼等技术措施，解决了本课题的三个技术难点。980钢配套的焊接材料，通过合理的合金设计，超纯冶炼和超低氢工艺措施，很好地解决了与母材等强匹配。在非常严格，苛刻和不同季节的条件下，实现了对980钢在产品制造和施工工艺上的适应性考核，结果表明980钢具有良好的造船工艺适应性。980钢严格地按照科研程序走完了研制全过程，填补了我国785Mp***耐压壳体用钢的空白，使该材料达到了国际先进水平。
中国的潜艇用钢有590Mpa的921钢与785 Mpa 的980超级钢，前者是HY80级别的，后者是HY100级别的。921估计是039用钢，而90年代研制的航母与潜艇耐压壳体980钢估计将使用在09III上。HY80钢的潜深能达到400米，HY100钢能达到600米。
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应该和普通核潜艇的材质一样把
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含钼的特种钢。
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特种钢材
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耐压钢就适合了，前苏联很多级别的核动力潜艇都使用了大量钛合金，性能优良但成本极为昂贵。目前多数使用特级耐压钢就足够了。
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现代潜艇外壳往往敷设有一层称为消音瓦的厚阻尼吸音橡胶，这种敷设层既能吸收敌方主动声纳的探测回波，又可隔绝本艇早已向外传播.据测算敷设消音瓦一般能使潜艇噪音减少15分贝左右，降低敌声纳作用距离50%至70%.另外，改进动力传动系统装置，采用慢速单轴大螺旋桨，减少艇身与帆罩围壳开孔数量，设计尽可能光滑的潜艇外型等技术，均可有效降低潜艇的噪音.美国潜艇静音效果长期处于领先地位，其中洛杉矶级攻击核潜艇的噪音量约120分贝，俄亥俄级导弹核潜艇在100分贝左右，最新型的海狼级攻击核潜艇据说已达95分贝的水平.潜艇噪音如降到90分贝的量级，就低于海洋背景的噪音，将很难被敌方声纳探测倒.1960年代，苏联核潜艇的噪音量平均在160分贝左右，倒1970年代下降到150分贝.苏联自胜利(Victor)3型核潜艇开始强化噪音治广东会程，率先在艇壳外敷设消音瓦，使噪音降到130分贝左右.1980年代，苏联潜艇降低噪音技术又有突破性进展，不仅掌握了英，美等国的减震筏左技术，同时也制造出低噪音的大叶慢速螺旋桨，使潜艇噪音大幅降低，其中，阿库拉级核潜艇噪音降到115分贝的水平，比洛杉矶级核潜艇还要安静，大大缩短了与美国潜艇的差距.
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美国造航母、潜艇用的 HY-80、HY-100、HY-130钢材都是美国在50年代开始应用于舰艇制造的高强度低合金钢，现在已经普遍被HSLA-80和HSLA-100系列高强度钢所替代。此类高强度钢由于含有铜元素，因此有别于于传统的船体用钢。

四、潜艇的基本构造是什么？

潜艇主要有艇体、操纵系统、动力装置、武器系统、导航系统、探测系统、通信设备、水声对抗设备、救生设备和居住生活设施等。
艇体构造：
双壳潜艇艇体分内壳和外壳，内壳是钢制的耐压艇体，保证潜艇在水下活动时，能承受与深度相对应的静水压力；外壳是钢制的非耐压艇体，不承受海水压力。内壳与外壳之间是主压载水舱和燃油舱等。单壳潜艇只有耐压艇体，主压载水舱布置在耐压艇体内。一个半壳潜艇，在耐压艇体两侧设有部分不耐压的外壳作为潜艇的主压载水舱。
潜艇艇体多呈流线型（先进的潜艇一般设计成水滴形或者雪茄形），以减少水下运动时的阻力，保证潜艇有良好的操纵性。
耐压艇体内通常分为艏、舯、艉三大段，分隔成3～8个密封舱室，舱室内设置有操纵指挥部位及武器、设备、装置、各种系统和艇员生活设施等，以保证艇员正常工作、生活广东会施战斗。现代潜艇在艏段安装有大型球形声纳基阵和鱼雷舱，在鱼雷舱内一般安装有4-8具533-650mm鱼雷发射管。舯段有耐压的指挥室和非耐压的水上指挥舰桥。在指挥室及其围壳内，布置有可在潜望深度工作的潜望镜、通气管及无线电通信、雷达、雷达侦察告警接收机、无线电定向仪等天线的升降装置。艉段主要安装有动力装置和传动装置。在艇身两侧一般还安装有声纳基阵。

以上就是小编对于潜水艇外壳设计问题和相关问题的解答了，潜水艇外壳设计的问题希望对你有用！