一个独立的案例,美国海军将重返柴油电动潜艇
意见片与罗宁研究方法 - 替代标题柴油船明天永远
美国海军拥有近80艘潜艇,毫无疑问是地球上最强大的潜艇部队。自20世纪50年代后期以来,美国海军潜艇建造几乎专注于核动力设计。最后一艘柴油动力前线船于1990年退役。从那以后,有几种声音呼吁潜艇部队至少拥有一些柴油艇。这些声音虽然在瑞典人将一支非常安静的哥特兰级空中独立动力(AIP)潜艇借给美国进行2005 - 6年测试后声音越来越大,但大部分被淹没了。本文重新审视了尖端柴油潜艇的潜力,以提高美国海军的效力。
瑞典AIP装备柴油电动潜艇Gotland与美国海军航母在后台。与瑞典潜艇的演习成为头条新闻,重振了核与柴油的争论。
所提出的论点为柴油动力潜艇(潜艇始终是一个“船”不是一条船)通常专注于自己的成本低(相对于核艇)和隐身。美国众议院海上力量和部队预测小组委员会在3月份就三个备选的未来舰队建筑研究进行了辩论时提出了这个话题。在WAR IS BORING博客上有一篇很好的报道,它提出了增加柴油船的成本与能力的论点。它指出,日本海军的Soryu级船只占美国海军弗吉尼亚级SSN的20%左右。
反对柴电潜艇的论点来自很多地方。有理由担心,如果美国海军接受一些柴油船将会有用,他们会承认他们不需要这么多的核船。由此可见,潜艇舰队将被削减,更便宜,能力较差的柴油潜艇将被迫填补空洞,从而为我们现有的潜艇创造了一股低劣的力量。美国造船业提出了这一论点的一种变体,他们担心即使出口(例如台湾)柴油船的建造对他们建造更昂贵的核船的能力也是不可接受的风险。
可能在美国海军潜艇艇员中流行的一个更细微的论点是柴油船太慢了。核船速度更快,可以及时穿越太平洋或大西洋以达到行动。作为战略资产,在短时间内可能需要在全球任何一个角落使用潜艇,因此速度非常重要。我们将回归的公平点。
我对一般信息灵通的Twitter粉丝进行了调查,结果发现超过一半的人对“ 美国海军是否应该为特种部队和沿海作战提供新型柴电潜艇 ”这一问题说“是” ?”。我狡猾地在欧洲时间上午开始调查,看看欧洲对美国是否存在不同意见。没有,即使在我的美国追随者(其中许多是潜艇艇员)上线后,整个投票期间的情绪平衡仍然令人惊讶地保持稳定:
本文采用ronin研究的形式,这是无主的,因此可以自由地挑战关于这一主题的传统思想,并突出超出当前规划范围的新兴能力。为了本文的目的,我们将概念性的美国海军柴油潜艇称为SWS(浅水潜艇),小心翼翼地避开“濒海战斗潜艇”(LCS)。
未来美国海军柴油电动船
的核心能力本文提出的柴油潜艇的论点不是关于成本或隐身。这是关于美国军火库的能力缺失。
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自1984年柴油电动USS Grayback退役以来,美国海军一直没有专用的特种部队潜艇。Grayback作为SEAL运载工具(SDV)的主机潜艇,可以在两个整体机库中运载。她被六个可拆卸的干甲板避难所(DDS)系统所取代,该系统可安装在许多经过特殊改装的攻击潜艇上。目前,10艘弗吉尼亚和3艘洛杉矶级核动力攻击潜艇(SSN)每艘可以携带一个避难所,而4艘俄亥俄级导弹潜艇(SSGN)每艘可携带2艘。较大的DDS和设备的逐步更新意味着美国海军拥有世界领先的特种部队潜艇能力。目前正在计划增加DDS的尺寸以适应最新一代的SDV。
USS Grayback有两个整体机库。照片由RAN Clearance Diver's Association提供。
弗吉尼亚级是大型潜艇,无法像大多数柴油电动船一样在浅水中作业。俄亥俄州的SSGN在560英尺(170米)处更大。新的弗吉尼亚Block-IV将有一个70英尺(21米)的插入件用于额外的垂直发射管,使它们的长度与SSBN相似。四个双DDS俄亥俄级SSGN将于2026年至2028年之间退役,仅留下单DDS Virginias。这将导致未来10年SDV(/ LDUUV)主机潜艇能力下降(尽管弗吉尼亚Block-IV可以在其垂直管中携带SDV / LDUUV)。
佛罗里达号航空母舰(SSGN 728)于2014年在地中海运行。四艘经过修改的俄亥俄级SSGN船是令人印象深刻的船只,可携带66枚海豹突击队,两枚SDV和126枚UGM-109E战斧巡航导弹。随着DDS的移除,战斧的负荷增加到154.但是它们的庞大规模也是近海特种作战的不利因素。
请注意,讨论USS吉米卡特的独特能力,可能包括也可能不包括此类任务,超出了本文的范围。
然而,DDS系统有几个隐藏的缺点。首先主机潜艇非常大,不能靠近近海。这可以通过更好的SDV射程得到部分补偿,这些射程可以从他们的目标进一步发射,无论如何,潜艇艇员不喜欢将他们的船只放在近海的地方,他们更容易受到伤害。其次,潜艇不能盘旋或坐在海底,因此特种部队的发射和恢复必须在开阔水域进行,这增加了复杂性,并在一定程度上增加了人员的风险。第三,由于前两艘,美国海军潜艇不太适合部署使用潜水推进装置(DPD)的潜水员,这些潜水员比SDV更小,更便宜,但也更慢,并且使用更多的努力。
DDS
DDS产生的另一个更微妙的问题是,使用它会降低潜艇击沉敌舰和潜艇的主要战时能力。DDS对主舰潜艇的处罚可以忽略不计,但是特种部队的任务会转移他们的注意力,并且可能会对攻击敌舰的船只施加限制,如果他们被发现这样做可能会炸毁SF任务的掩护。因此,特种部队担心主机潜艇可能无法在完整的冲突情况下使用。
因此,即使在最热门的射击战中,SWS也主要是特种部队的潜艇,即USSOCOM(美国特种作战司令部)。而且她会更接近目标,减少SDV长途旅行的消耗。
然而,她也同样适合ISR(情报监视和侦察),攻击拥抱海岸的敌舰以避免更大的SSN出海,并有助于用巡航导弹或未来潜射导弹摧毁陆地目标(游荡无人机等)。
重要的是,少数SWS(2-6)将是现有SSN和SSGN的一部分,而不是替代品。
SWS适合出口,例如出口到英国(没有钱),荷兰或台湾。
浅水潜艇(SWS)
从我们想要包括的各种元素的尺寸向后工作,SWS总长约230英尺(70米),高32英尺(10.6米)。耐压船体直径为8米,允许三层甲板具有宽敞的净空高度。排水量在4,000吨左右,位于柴电潜艇的顶端。与美国海军当前的弗吉尼亚级第三级核动力潜艇相比,SWS仅为长度的60%,船体直径的80%和排水量的一半左右。
仅限说明性设计
最显着的特征是SWS是一种无风设计。这是潜艇设计中反复出现的主题,包括美国和俄罗斯的研究,以前受到前几代船只的桅杆要求的限制。这将具有流体动力学优势,但SWS案例的主要原因是降低船的整体高度,使其能够在较浅的水中运行。它实际上比大多数具有风帆的双层柴油电动潜艇低。对于地面导航,可折叠项圈的安装类似于目前正在与USSOCOM一起服务的DCS(干战潜水器)。然而总的来说,公平的天气帆可以看作是一种奢侈品虽然它会被遗漏,但SWS将会更好。
由于使用电光桅杆而不是传统的潜望镜,可以拆除帆,这意味着桅杆不再必须在控制室内。结合对其他桅杆功能比前几代潜艇更紧凑的期望,所有桅杆都可以与船体一起埋葬。桅杆将采用类似于弗吉尼亚级的通用模块化桅杆系统(UMMS)的模块化程度。然而,紧凑性将取决于模块化。
原创艺术品。单击以获得高分辨率图像。请注意,图示的油漆方案的灵感来自NAVSOC目前使用的中海蓝色上表面,以及参与越南特种作战的美国海军潜艇使用的模式 - 新旧。
因此,控制室和操作室可以很好地向前移动到耐压壳体的前部,从而消除了交通。船长的潜望镜支架将被完全移除,而使用的是监视器。将为低功率情况提供后备微型电光潜望镜显示器。现代化的平板显示器,小型计算机和更高的自动化程度将减少控制室站的体积。这将有助于减小整个控制室的尺寸,但也可以转化为更多的空间。主要用于协调情报和特种部队任务的行动室将立即在控制室后面,船长舱,病房等位于上层甲板后面。
船的总高度为32英尺(10.6米),允许垂直发射容器。这些都基于VPM(弗吉尼亚有效载荷模块),只做了很小的修改。这使船在顶部有一个8英尺(2.6米)深的套管,为通道,桅杆头等提供了空间。
虽然船体在技术上是单壳结构(船体内部有加固框架),但套管向下延伸到沿着船体下部延伸的船体,外观类似于双壳船。这旨在减少主动声纳横截面,同时还允许侧装声纳阵列和较大直径拖曳声纳阵列管的整流入。除垂直有效载荷模块(VPM)外,套管的中央部分区域将包含类似于第二次世界大战舰队船上的鞍式坦克的压载舱。与前部和后部的主压载舱一起,这些将有助于提高储备浮力水平,以补偿相对较大的机库。
飞机棚
流线型,在外壳下是两个不可或缺的机库。美国海军潜艇配备DDS的经验证明了拥有双机库的优势,因此这被认为是SWS的默认值。它们面向船尾,就像当前的DDS一样,因此它们可以用于船只正在进行中(不像船头中的飞机库那样朝向巨型鱼雷发射管)。机库也在潜艇的顶部,所以它们上方的水深最小。这可以减少潜水员操作的深度,从而降低风险。
虽然机库不同,但机库的尺寸和配置相似,可以最大限度地减少现在进入服务的现有扩展DDS的交叉培训。随着时间的推移,一个进步将是增加启动和恢复的自动化。
就像目前的DDS一样,在潜艇和机库之间有一个转移干线和一个用于潜水员压缩/退役的高压舱。这是潜艇的船体内部,更容易监控潜水员内部。在甲板上面潜水员潜水和湿储存空间可以整合在机库之间。
当前的DDS布局。在SWS上,单个转运干线为两个机库提供服务,双曲线舱为圆柱形,位于潜艇的船体内。来源USSOCOM。
机库将主要包含最新一代的SDV,浅水作战潜水器(SWCS)。在30英尺长的时候,它们还可以容纳最小型的干式潜艇(DCS)和大型无人水下航行器(LDUUV)。或者机库可以用于发射充气艇或用于当前DDS的大规模潜水员锁定。或者用于启动ASOC皮划艇进行上游渗透。
SWSC(浅水作战潜水器)主要文章Dry Combat Submersible(Button 5.60)主要文章Proteus DMUV主条目
与具有DDS的SSN不同,SWS可以靠近近海,这对特种部队来说是一个很大的帮助,特别是对于可能更喜欢较小DPD或表面板的代理插入。
推进
目前的趋势是空中独立电力(AIP),只有少数几个国家,特别是澳大利亚,避开柴油电动船。AIP允许潜水艇长时间(几天或几周)以低速巡航而不会吸食柴油机。然而,AIP不对电池充电(除了特殊情况,这是一种常见的误解)并且它非常慢。
尽管美国还没有建立AIP能力,但美国公司有能力生产燃料电池,而西班牙海军确实计划部署一些美国配备燃料电池的AIP潜艇(诚然存在延误)。因此美国海军可以将燃料电池技术用于AIP潜艇。
然而,SWS不会是AIP潜艇。相反,她会利用锂离子技术的改进来简单地从电池中获得更多。这是日本人采用的一种方法,燃料电池在小型潜水器上越来越普遍。除了更好的性能外,它们更紧凑,单个电池的小尺寸允许它们被模制成不同的形状,使整个封装在潜艇环境中更加紧凑。
然而,对锂离子电池的关注是热量。电池火灾对潜艇来说是持续存在的危险,锂离子电池可能带来的风险更高,这使得它们在潜艇内的使用难以接受。答案是将它们放在压力壳外面。SWS在下船体的两侧各有两个电池盒。这会增加阻力,但会降低电池烹饪的风险。这实际上类似于使用燃料电池AIP,其中压缩气体理想地被运送到耐压壳体外,例如在以色列海豚-II潜艇上。
电池盒实际上是一系列较小的部分,它们可以单独接近中性浮力,允许潜水员更换它们而无需将船带入干船坞。吊舱任一端的整流罩将容纳弹出的可操纵推进器,允许潜艇以非常低的速度悬停或操纵。
武器装备
两个垂直有效载荷模块(VPM),几乎与弗吉尼亚级Block-III(称为弗吉尼亚有效载荷模块)和改进的俄亥俄级SSGN相同,可以携带14枚UGM-109E战斧巡航导弹(2 x 7)。UGM-84L Harpoon Block-II反舰导弹,无人水下航行器(UUV)和其他导弹有效载荷可以代替它们运载。或者,VPM可以配置为垂直SDV或LDUUV机库,尽管与整体水平机库相比,这不被认为是有利的。
可以说,VPM的SDV / UUV机库潜力消除了对专用机库的需求。缺点是它随后成为一种选择,而特种部队经常会失败。专用机库确保即使在打击能力也是高优先级的情况下,总有潜水艇准备好携带特种部队。
SWS将有两个基于弗吉尼亚有效载荷模块(VPM)的7轮垂直发射管。
有一种观点认为,鱼雷室已经过时,SWS可以完全依赖其VPM,或者武器可靠性的所有改进都将允许免维护的密封外管。然而,传统的具有标准脉冲鱼雷发射管的鱼雷室仍然具有令人信服的灵活性。
宽敞的鱼雷室可容纳28 Mk48鱼雷或导弹(加上四个管子)。这几乎与更大的弗吉尼亚级别相同,略低于类似尺寸的日本Sōryū级别。实际上,SWS将使用更少的武器进行部署,并且一些(但不是全部)鱼雷可以换成导弹(战斧,Harpoon等)。然而,当与两个VPM结合使用时,这会对这种尺寸的潜艇造成巨大冲击。
由于更紧凑的马蹄阵声纳,四个鱼雷发射管可以直接面向前方配置,与现有的美国海军潜艇相比,它具有更加清洁的机架配置。这允许鱼雷从任何左舷或右舷(左或右)机架移动到任何鱼雷发射管。鱼雷可以移动到机架上排的顶部,允许任何变化的武器改组。换句话说,如果机架上任何位置的武器可以无阻碍地移动到任何鱼雷管,尽管在大多数情况下需要进行一些改组。机架可选择自动化,船员仍然用于监督过程。
SWS鱼雷室配置有34个鱼雷式武器。
SWS可以利用未来的小武器。目前,潜艇主要携带21“(533毫米)重型鱼雷,配备Mk48-Mod7 CBASS(通用宽带高级声纳系统)ADCAP(高级能力)。这些非常有效但占用了大量空间。以美国海军的普通超轻型鱼雷(CVLWT)为代表的新型小型武器为SWS的能力增加了额外的维度,并为其他系统(如UUV,额外靠泊或特种部队设备存储)释放了鱼雷室的空间。
CVLWT直径仅为6.75英寸(171毫米),长9英尺(2.7米),重量仅为Mark 46轻型鱼雷的30%。可能的SWS可以携带6到8个CVLWT来代替单个重型鱼雷。CVLWT大小的武器不会是普通21英寸(533毫米)鱼雷的1:1替代品,但可能更适合某些近海目标,如巡逻艇和小型商船,这可能无法保证重型鱼雷。并且,凭借其规模,大大增加了携带的武器数量。还有一种观点认为,这类武器可以提供一种低于致命的能力,目标船只可以被禁用。较小的尺寸还可以在鱼雷室中实现更好的空间优化。
子尺寸武器,这里显示的是Proteus双模式水下航行器(DMUV)。舷内三重发射武器是普通轻型鱼雷(CVLWT)
波音公司最近获得了专利(HERE)专利,用于迷你鱼雷(scout.com)的反潜战弹头。他们的目的是允许从无人驾驶飞行器(UAV)发射ASW鱼雷。这个概念没有使用聚能射孔弹,而是有一个接触和连接组件,将鱼雷连接到船上,因此易燃的“热枪”可以在船体上切出一个洞。这还没有原型,可能不太适合一些双壳和非磁性消音瓦的潜艇。然而,它指出了不久的将来,次级鱼雷将比当前几代人更加致命。
船员准备工作
相对较大的船体直径,高天花板(使管道可以大部分铺设在地板空间中)以及将电池移动到外部吊舱中的组合为船员和乘客留下了大量的空间。美国海军潜艇传统上拥有大型机组人员以确保战备状态,但现代自动化的进步最终将使潜艇人员缩小,以便更接近世界各地的常规柴油潜艇。由于携带了额外的武器系统,机组人员会略大一些。但是,由于大约66名海豹突击队员和相关人员,整体人员规模将相当大。
船员停泊将符合最新标准,内置混合性别船员设施。将有运动区域(对海豹突击队尤其重要)和娱乐系统将被内置(部分补偿必须严格的互联网访问规则)。
性能
柴油电动SWS总是比SSN慢,最大速度约为弗吉尼亚级的65%。此外,完全水下速度下的续航时间相对较短,因为它会耗尽电池,不像核船的耐久性远低于速度因素(因为它几乎没有燃料)。这带来的主要限制是操作范围和到达操作区域所需的时间。SWS必须以SSN典型运输速度的约50%或更低的速度巡航并定期喷射,以允许柴油机为电池充电。在此期间,由于声学,雷达,化学和红外信号的增加,她很容易被发现。
即使使用最新的锂离子电池,也难以克服吸食问题。拥有空中独立动力(AIP)的潜艇不必长时间打鼾,但是在使用AIP时它们必须以极低的速度运行,因此它是巡逻的解决方案,而不是过境。此外,他们可能不得不短时间打鼾以补充呼吸空气。
英国公司BMT Defense提出了一种采用燃气轮机进行地面旅行的更激进的方法。他们的SSGT设计将劳斯莱斯燃气轮机结合到帆中,允许它以20节的速度巡航> 6,000海里。另外,法国公司DCNS使用类似的原则提出了SMX-25设计。这更像是潜水战舰而不是普通潜艇。
BMT SSGT离开,而DCNS SMX-25右
涡轮辅助潜艇并不比普通喷射潜艇更隐蔽,但任何一种设计都得到了进一步的发展。
这个问题的答案在于操作而不是技术细节。如果船只向前展开,可以大大抵消,以尽量减少巡逻所需的过境。例如,两个可以在地中海地区开展业务,在MENA(中东和北非)开展业务,两个在东亚地区开展业务,针对中国和朝鲜,另外两个在欧洲,以满足波罗的海的需求。
另一个愿意妥协的是操作深度。美国海军的SSN是相对较深的潜水,需要特殊的钢材,甚至更精心的施工。主要用于近岸作业的SWS将采用相对便宜的钢材制造,其运行深度与其他国家的其他柴电潜艇类似。
成本
较小且构造规格较低,SWS比SSN便宜。它比典型的柴电潜艇大得多,因此最终的价格可能是SSN的约33%(Soryu等级约为20%)。换句话说,一支由6辆SWS组成的车队将使美国纳税人的回归与2艘弗吉尼亚级潜艇相同。
许多组件将从Virginia Class借用,以降低开发成本。例如,侧翼声纳将使用来自轻型宽孔径阵列(LWWAA)的光纤声学传感器(FOAS)模块。弗吉尼亚级船体两侧有三个8模块阵列(共48个模块),而较小的SWS只有10-12个模块。弗吉尼亚级的另一种再利用是垂直发射管(弗吉尼亚有效载荷模块)。
诺斯罗普格鲁曼公司的8-FOAS模块轻量级宽孔径阵列(LWWAA)。SWS将使用更少的模块,这些模块将嵌入外壳中以最小化阻力。
核心人员水平将远低于现有的美国海军潜艇,工程将需要较少的专业培训,大大降低了运营成本。
非结构性外壳面板将是GRP(玻璃增强塑料),这也将减少顶部重量和更换成本。主螺旋桨将是环形螺杆,而不是最新的美国海军SSN上使用的更昂贵的推进器(泵喷射器)。理想情况下,螺杆的叶片可以单独更换,理想情况下可以由潜水员更换,这样船就不必被带入干船坞以更换螺旋桨。
使用的钢材将更便宜,直径更小的船体需要比SSN更少的专业空间。此外,该船将具有一些出口潜力,以帮助抵消成本。