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无论在设计意图上有着怎样隐晦的考量,基本型的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰被定位为一艘大型舰队反潜舰,这意味着静音性能是其诸项指标中很重要的一条,甚至是头等大事。在“斯普鲁恩斯”级驱逐舰进行绘图板作业的阶段,苏联第二代攻击型核潜艇的静音技术取得了长足的进步。这其中除了主要用于反潜的第二代671型攻击型核潜艇外,还发展了为美国航空母舰战斗群量身定制的670型巡航导弹攻击型核潜艇。670型巡航导弹攻击型核潜艇没有671型那样耀眼的高航速指标,水下最高航速不过区区24节(也有资料称26节),但也正因为如此,670型不像671型那样采用双堆单桨设计,而是最为简单的单堆单桨设计,这就在很大程度上减少了一个主要的噪声来源。毕竟核潜艇的噪声因素主要有两个:一个是压水堆特有的主冷却泵,另一个则是主蒸汽涡轮的减速器。所以,少了一个反应堆,也就少了一套相应的主冷却泵和减速器设备。

而且传统要布置在反应堆舱的回路冷却泵,在670型这种单堆艇上则是布置在了与反应堆舱相邻的一个舱室内,这不但使得潜艇在断电或某一舱室有较大事故时也能冷却反应堆,用于冷却能源设备的舷外海水管路,也因为不再像传统那样需要经过舷间空间的跨管大大简化,从而进一步减少了噪声源。还需要提及的是,670型在非耐压艇体、上层建筑、指挥台围壳以及耐压艇体的外表面都敷有反声呐的橡皮涂敷层,同时所有机械及其基座都装有隔声减振器,舱室隔壁和甲板铺板也都有减振敷层。并且在首艇于1967年11月交付苏联海军开始服役不久,就将5叶螺旋桨改为各有4叶的双重反转低噪声螺旋桨(直径分别为3.92米和3.82米),一前一后在桨轴上串起来。这诸多静音措施多管齐下的结果,使670型获得了比671型更好的静音性能,被认为达到了不高于130分贝的水平,这在20世纪60年代后期是相当出色的。也对美国海军设计其新一代舰队反潜舰的静音性能提出了更高的要求。

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰之所以在燃气轮机上舰的问题上成为一个“吃螃蟹者”,很大程度上就是出于静音性能的考量。与蒸气轮机、柴油机相比,舰用燃气轮机的一大优点就是噪声低频分量很低。这是由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而蒸气轮机、柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点。不过,“斯普鲁恩斯”级驱逐舰对静音性能的强调不仅仅体现在燃气轮机动力的简单应用上,而是体现在全舰整体设计的方方面面。大体来说该型驱逐舰采取的降低噪声的技术与措施为四个方面。一是主、辅燃气轮机降噪。燃气轮机有过气、排气和外壳三个方面的噪声源。LM2500主燃气轮机的降低噪声的系统由以下四部分组成:进气消音器、排气消音器、主机隔声封闭罩壳和冷却空气消声器。

这些消声器的设计能满足语言干扰度(65dB),这个标准对于进气口是指进气管道的表面。排气消声器要求设置在离排气口 9.15m(30英尺)的甲板平面上。另外“斯普鲁恩斯”级驱逐舰发电机组的3台501-K17型辅燃气轮机的降低噪声的系统由进气消声器、排气消声器和带有消声器的空气冷却密封罩壳三部分组成。主、辅燃气轮机的隔音密封箱装体罩壳的隔层和内壁具有吸声的效果。主、辅燃气轮机的消声系统的有效使用期为20年。二是机舱降噪综合措施。包括机舱设气幕降噪系统;燃气轮机、齿轮传动装置、通风机、泵等设备的减振降噪底座等等。气幕降噪系统设于前主机舱后端水线以下的一个横截面上,利用燃气轮机的抽气系统的低压空气喷射出一道气幕,主要作用是屏蔽螺旋桨的水动力噪声对首声呐的干扰。

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰是最早使用这一技术的舰艇。此外,“斯普鲁恩斯”级驱逐舰主推进燃气轮机的机座采用高阻尼公共机座,即齿轮箱与主机安装在固定于舰体结构的同一大机座上。主机和齿轮箱安装于大机座时采用弹性底座,如支承主机的弹性底座有32块,每块达到美海军6E-2000系列弹性底座标准。这种弹性底座既可吸收振动,又能减小结构噪声。这样传至舰体的结构噪声就小得多了。通风机、泵等辅机也采用了这种减振降噪的弹性机座。三是“斯普鲁恩斯”级驱逐舰辅助系统及设备的设计制造中严格注意噪声的控制。以燃油系统的设计为例,向各种泵的设计制造商提出了严格的结构与空气噪声标准要求;泵采用弹性底座,以降低泵传至舰体的结构噪声;油管与泵的连接使用挠性软管,减小由泵传至油管与舰体的结构噪声。

对阀和管系的设计也提出了噪声控制的要求,如管系的固定要求采用消声吊架,以控制结构噪声的传播。对其他辅助系统的辅机、管系、阀等的设计、制造与安装也都采取了这样的措施。注重变距桨及其轴系降噪是“斯普鲁恩斯”级驱逐舰静音设计中的又一个看点。变距桨设计中注重对空泡噪声的控制。如变距桨转速的选择中,若以效率考虑,全功率时螺旋桨的转速应为180r/min,但是考虑到空泡的因素,最终转速选为168r/min,以有利于避免空泡噪声。变距桨毅径的选择也是从有利于避免空泡考虑的。毂径小有利于变距浆的效率,但从有利于避免空泡,则要求毂径大些。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰变距桨的毅径比选为0.30,这是合理地考虑了变距浆的效率和空泡性能后选取的。

为了避免螺旋桨的空泡噪声,“斯普鲁恩斯”级驱逐舰变距桨设有通气系统,通气孔分布桨叶周边。利用燃气轮机压气机抽气系统的低压空气,低压空气首先进入油分配箱,然后进入主轴心下面的一个管,并引至各桨叶的通气孔。为了最大限度地提高螺旋桨的空泡初始速度,“斯普鲁恩斯”级驱逐舰在设计中尽量减小推进轴系的倾斜度。为了降低变距桨液压系统产生的结构噪声和流体动力噪声,“斯普鲁恩斯”级驱逐舰变距桨的液压系统设有隔声装置。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的降噪措施还包括对管道及管道口采取了隔声措施。对影响甲板及舱室噪声的管道及管道回采取了隔声措施,用以控制管道的空气流体动力噪声;以及限制甲板及舱室设备的噪声级。

全燃气轮机的动力配置和精雕细刻的各种降噪措施,让人意识到“斯普鲁恩斯”级驱逐舰是定位高端的舰队力量。但考虑到酝酿“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的时代背景,正是美国海军最为衰落的20世纪60年代末70年代初,造舰经费(核潜艇除外)捉襟见肘,而“斯普鲁恩斯”级驱逐舰本身在技术上又不得不带有试验和过渡的性质,并肩负着维持美国海军基干舰队规模的重任,所以成本控制是贯穿“斯普鲁恩斯”级驱逐舰研制始终的。再考虑到“斯普鲁恩斯”级驱逐舰在设计伊始就要为日后的改进拓展留出冗度,这意味着舰体本身并不能成为成本控制的目标,所以唯一的突破口只能在舰载系统和军械装备上想办法……

“斯普鲁恩斯”驱逐舰的技术特点—燃气轮机动力路线先行者(五)

来源《舰载武器》杂志,未完待续……