从另类走向流行的X舵.doc

从另类走向流行的X舵采用X舵的德国的212A型AIP混合动力潜艇X舵是指四个尾舵呈X型正交布置，舵轴中心线与艇纵中对称面呈一定夹角的分离式尾舵。与常见的十字舵相比，X舵造型独特，公开的资料又少，大家对其了解不多，所以总给人一种神秘感。加之X舵早期仅在荷兰、瑞典的几型常规潜艇上使用，使用范围小装备的潜艇也少，与随处可见的十字舵相比也就显得较为另类。但近年来X舵在新型潜艇中的流行速度却非常快，如澳大利亚的科林斯级、以色列的海豚级、瑞典于1996年服役的哥特兰级、德国在2003年建成的212A型、日本2005年投入现役的苍龙，乃至法国正在建造的梭子鱼级核潜艇，都无一例外的采用了X舵。X舵被这六型潜艇采用，说明这种独特的潜艇尾操纵面，在世界范围内的流行趋势已越来越火。那么到底是什么样的特性，让X舵完成了从另类到流行的华丽转变？又是什么样的性能优势，让更多的潜艇建造国接受了这种独特的尾操纵面呢？船台上偏转一定舵角的212A型的X尾舵，从舵板偏转角度看212A的X舵为全动舵设计。 本文将从X舵的操纵性、安全性、静音性等角度出发，通过与十字舵的对比，详细阐释X舵的性能特点及其优缺利弊，并揭开X舵流行的主要原因。一、X舵在操纵性上的优势：舵效高，机动性好。上图为一定航速、固定舵角下，十字舵潜艇与X舵潜艇舵效比较，X舵潜艇的机动性能优势是突出的。X舵的四个舵面布置在潜艇尾部的对角线上，舵面可取得最大展长，舵操纵面的操纵能力和效率高。加上X舵每个舵的摆动都能在水平面和垂直面产生操纵力，所以X舵的舵效要比十字舵高出近42%左右。以水平回转为例，X舵要比十字舵回转半径小14%左右，回转周期减小6%,回转速率增加6%。这意味着在航速相同、舵角相同的情况下，装备X舵的潜艇纵倾角和深度变化率要更大，在各种航速下的垂直面和水平面机动性上也均比十字舵优秀。 下潜中的海象级潜艇，尾部X舵舵板偏转到下潜状态 对于一艘潜艇而言，拥有良好的水下机动性，有着非常重要的意义。因为在潜艇攻击过程中，良好的机动性可以帮助潜艇快速占领射击阵位，达到先敌攻击的战术要求，大大提高潜艇的攻击成功率。而在潜艇面临敌方反潜威胁中，更小的水平回转半径，更大的变深性能，都能帮助潜艇提高规避率，增强潜艇的生存能力。特别是在面对敌鱼雷攻击中，X舵潜艇可以利用较小的回转半径结合更大的变深速率，做出水平和垂直面结合的大机动动作，帮助潜艇快速脱离鱼雷声纳跟踪锥角，摆脱敌鱼雷的跟踪追击。所以，X舵与传统的十字舵相比，在攻击能力、规避能力上的优势也非常突出。而同样的潜艇，在装备X舵后在水下战术性能上显然会比装备十字舵更优异。从212A型潜艇正后方拍摄图片，可以清晰的观察到该型艇的X尾舵细节，上方露出了处于收放状态的绿色拖曳线列阵声纳。二、X舵在静音性上的优势。1、低速下操舵频率低，操舵噪音小。 根据以往经验表明，装备十字舵等舵效低的潜艇，在低速下为保持艇位需要频繁的操纵尾舵，由于舵装置具有连续工作的特点，采用电磁换向阀的舵装置噪声就会有明显的提高。同时，舵机液压装置和液压阀件开关所产生的液压噪声，舵机机械联接装置和机械部件产生的振动噪声，也会在低速时从降低的螺旋桨噪音中脱颖而出，形成较为明显的噪音源。X舵因为舵效高操纵性好，易于保持或者改变潜艇在各种航速下的运动状态，所以降低了操舵频率，减小了潜艇低速下的操舵噪音，对于改善潜艇低速下的静音水平有较大帮助。 荷兰海象级潜艇的左侧X舵顶端还作为拖曳线列阵拖带装置使用 工作人员正在为海象级潜艇进行拖曳线列声纳的拖带安置工作。2、操舵时对桨盘面入流干涉少。X舵与螺旋桨盘面的距离可以比十字舵大些，可以降低操舵后流场对螺旋桨的干扰，改善螺旋桨盘面入流的均匀性。这有利于提高螺旋桨的推进效率，降低螺旋桨的工作噪音，对于提高潜艇航速和改善潜艇静音性能有益。3、舵板声散射效果好，尾附体反射强度低。 X舵的舵板一般以45度角布置，在面临敌主动声纳探测时，X舵的舵板可以提高入射声波散射率，削弱潜艇尾舵这一强反射区域的声反射强度，改善整艇的隐蔽性。目前各国为了克服安静型潜艇的威胁，越来越重视主动声纳的装备和发展。安静型潜艇在采用了X舵后，对于应对将来反潜平台装备技术更先进的主动声纳这一有力挑战，也有着非常深远的意义。 212A的X舵三、X舵在安全性上的优势。1、横向不超宽、垂向不超基线。十字舵要提高舵效就必须增大舵板面积，这使得水平舵超出艇体的最大宽度，下方向舵则超出潜艇基线。当潜艇离靠码头、多艇并靠或者在潜艇座沉海底、坐墩船坞时容易让尾舵受损。而X舵在保证舵效的前提下，可以做到横向尺度不超宽、垂向尺度不突出基线，显著提高了潜艇在进行相关操作时的安全性。也降低了潜艇在进港停泊和进坞维修时的后勤压力，提高了潜艇在浅水海域进行坐沉海底等动作时的机动性。停泊码头的212A2、横倾角小，无突倾角，操纵安全性高。 X舵的稳定横倾角小，几乎没有突倾角，在大速度回转时可以通过差动舵进一步控制整艇的横倾。所以X舵的稳定横倾角明显小于十字舵，可以实现无纵倾定深回转。这对于X舵潜艇在水下航行时，特别是高速回转时保证潜艇的横倾平衡十分有利。也很大程度得提高了潜艇高速机动下的安全性。另外，X舵潜艇纵倾角的过渡时间比十字舵短，振荡幅值也比十字舵小，这对帮助潜艇舵信人员提高操舵正确率，改善潜艇操纵安全性都有较大好处。鉴于X舵优良的性能，自苍龙级开始日本后续的AIP潜艇很有可能都将放弃十字舵，而用X型尾操纵面代替。3、卡舵时安全冗余高，发生卡舵后安全性能好。潜艇尾舵发生卡舵现象，是造成潜艇水下失事的重要原因之一。十字舵潜艇在高速航行时，一旦发生卡舵现象，特别是尾水平舵出现卡舵，容易使潜艇在短时内超深（超出极限深度），或者让潜艇在高速上浮中与水面物体撞击，从而造成严重的安全事故。而X舵的四个尾操纵面都可以独立转动，并都有操纵潜艇垂直、水平面机动的能力，这就提高了X舵潜艇发生卡舵时的安全冗余。比如当X舵发生单舵卡时，还有三个舵可以控制潜艇的航向，对潜艇的安全性影响不大。当发生概率极低的双舵卡时，舵信人员可通过操纵反向舵面产生与卡舵舵面相反的力和力矩，实现潜艇的直线定深航行，避免潜艇出现高速超深的现象，保证潜艇在安全深度和安全范围内可控航行。只有当X舵的三个舵面同时发生卡舵，X舵才会彻底失效，但这样的失效概率只有十字舵失效率的三次幂，在实际情况中基本不会发生，几乎可以忽略不计。所以，与十字舵相比X舵的安全冗余高，发生卡舵时的失效概率低，在安全性上的优势非常突出。 日本2900型潜艇的X舵四、X舵在其他方面的优势。1、阻力系数低 在国内的相关研究中发现，无论是在RNG - k、S - k还是SST - k瑞流模型下，X舵的总阻力系数都要比十字舵低。作为潜艇主要的附体，阻力系数的下降能改善整艇的水下快速性，所以在吨位相同线型和动力水平接近的条件下，潜艇使用X舵比使用十字舵更能改善潜艇的快速性。 荷兰海象常规潜艇2、标准化、系统化能力强 X舵的四套舵装置和舵板都相同，在设计时一套设备图纸即可满足要求，建造时相同的四套舵板和装置也为降低建造时间，降低建造成本提供了条件。而十字舵上下垂直舵板往往不对称，在尺度和结构上也会存在差异，所以在设计和建造的标准化、系统化上X舵的优势明显。 拆卸了舵板的正进行整修的荷兰海象级潜艇当然，X舵的性能虽然非常优异，但也存在一些不可忽视的缺陷。在总结了X舵的优点后，我们也有必要再来了解一下X舵的一些弊端，以加深对这种独特的潜艇尾操纵面的认识。 五、X舵的缺陷 X舵控制潜艇机动动作的原理图X舵的每个舵板都有各有一套传动装置，整个舵系统的复杂程度很高。四个舵板必须在集中控制操纵系统的管理下才能正常工作，对操纵系统的计算机化、自动化提出了很高的要求。而一旦X舵的操纵系统失灵，改为备份手操后，舵信人员需要同时手控四个尾舵（或者锁住其中的两个舵）和一个首舵，并在高度调谐下才能完成操舵工作。且不说艇上找不出这么多舵信人员来，这样高的手操难度在现实情况中也是行不通的，所以X舵对操纵系统的可靠性要求非常苛刻。美国1959年在AGSS-569大青花鱼号上首度试验了X舵后，对其综合性能和操纵性的评价很好，但是后期并没有在国内的潜艇上推广应用，就是出于对X舵系统可靠性的顾虑。因为在上世纪五六十年代，计算机化的自动操纵系统刚开始起步，在可靠性和安全性上都有很多不足，美国海军固然对X舵的性能非常欣赏，但也不得不考虑X舵手操备份难的重大弊端。所以，X舵虽然是美国人创造的，但美国人在权衡利弊后还是舍弃了这种独特的尾操纵面。也正是X舵对操纵系统自动化的高要求和严苛条件，让大部分潜艇建造国放弃了这种优秀的尾操纵面。从这个层面讲X舵对自动化操纵系统依赖性高，手操备份可行性低的弊端，是造成这种充满个性的尾舵，在很长时间内只能局限在小范围内流行的主要原因。 X舵的鼻祖装在美国AGSS569大青花鱼号上试验用的X型尾操纵面六、从另类到流行的背后1、早期仅局限于瑞典、荷兰两国的原因。 X舵因为一些重要缺陷，被大部分潜艇建造国舍弃，但却在部分欧洲国家大量使用。如瑞典就在A12、A14海怪、A17西约特兰、A19哥特兰等级潜艇上都坚持使用了X舵。荷兰在海象级上采用了X舵以后，也准备在后续的海鳝级新型潜艇（后停止）上继续采用。这两个国家没有附和当时的流行趋势，而独独挑选了被美国人放弃的X尾舵，确实有点离经叛道。但从这两个国家的工业水平和作战需求分析一下，我们就能理解瑞典和荷兰做出的选择。首先，瑞典和荷兰虽然国家小，但是在工业自动化上的实力很强，潜艇操纵系统自动化的起步早水平高。X舵对自动化操纵系统依赖度高，可靠性要求苛刻的问题，这两个国家完全有能力解决。其次，瑞典和荷兰的潜艇部队，都需要在波罗的海等沿海多岛屿的浅海海域活动。X舵潜艇的机动性好，在座沉海底等动作中尾附体也不容易损坏，有利于浅海地区较小深度内的作战机动。X舵潜艇还能避免十字舵潜艇在小深度海域卡舵后，造成潜艇撞击海底等较为严重的安全事故，非常符合这两个国家海军的作战需求。几方面因素综合，X舵在这两个国家受到欢迎也就在情理之中了。 改装了X型操纵面的AGSS569大青花鱼号2、新时期下X舵走向流行的必然因素 随着现代科技的发展，潜艇操纵系统的计算机化、自动化在几十年间得到了长足的发展。潜艇自动操纵系统的普及率已经很高，操纵系统的可靠性、安全性也已比较完善。这都为X舵的推广运用提供了良好的基础。加上目前X舵与十字舵等效舵角转换装置的运用，X舵操纵系统失灵后转为备份人操工作，可以等效于十字舵手动操纵，X舵原有的手动操纵难的问题也已解决。这样，X舵固有的两大弊端都已经被彻底革除，而X舵优秀的综合性能却日渐显现出来，X舵从另类走向流行也就成了必然。当前，在传统的X舵使用国家外，又有了德国、日本、法国三个老牌潜艇建造国的加入。法国还开创了在6000吨级大型核潜艇上使用X舵的先例，将X舵的使用范围推广到了大型核动力潜艇范畴内。于是，在当今潜艇操纵系统高度自动化的背景下，X舵最终跳出了欧洲几个国家的小圈子，一跃成为世界大舞台上的时髦货，从当初特立独行的另类角色，彻底变成了世界流行的闪亮明星。法国新建的梭子鱼级攻击核潜艇采用X尾舵，预示X尾操纵面开始向吨位大速度快的核潜艇领域迈进。七、未来X舵的发展趋势 可以发现国际上自上世纪90年代至今新研发的潜艇，采用X舵的比例很高，美国和英国等固守传统十字舵的国家也都在进行X舵装艇项目的可行性研究。根据美国公布的一些前沿性艇体方案看，美国核动力潜艇在远期发展计划中，采用X型操纵面的可能性很大。因此，X舵是一种代表潜艇尾舵未来发展方向的先进尾操纵面型式，体现着未来潜艇尾舵型式的发展趋势。鉴于这种情况，为缩小我国潜艇与国际先进水平的差距，并改善和提高我国常规潜艇的机动性、安全性、静音性能，扩大我国潜艇部队在周边大陆架浅水区域的作战能力。我国也必须跟上国际研发的步伐，加大对X操纵面的研发力度，为将来新型潜艇特别是新型AIP混合动力潜艇，早日装备性能优异的X舵打下坚实有力的基础。更多精彩，请关注网易军事频道。博文版权为网易与博主所有，转载请先获得网易与博主的同意，转载时请注明原著者和原文地址，谢谢。本文参考了以下文献：1、船海工程潜艇X型尾操纵面的操纵特性，作者：海军工程大学与船舶动力学院王亚奇；海军工程大学电子工程学院李亚楠。2、中国造船潜艇X舵发展概况及其操纵控制特性分析，作者：海军工程大学兵器新技术应用研究所胡坤、王树宗；海军潜艇学院徐亦凡。3、江苏科技大学学报具有不同尾翼形式潜艇的阻力数值模拟与分析，作者：江苏科技大学 船舶与海洋工程学院 杨培青 管义锋4、船舶物资与市场潜艇X舵小议作者：中船重工707所九江分部 王淑瑛5、潜艇操纵隐身技术探讨作者：中船重工707所九江分部 黄健鹰评论X舵的唯一缺点是一旦自动操作系统失效无法手动操作（至少美国当时研究时是这样）。所以在远洋（尤其核潜艇）上不得不慎用。随着科技进步X舵肯定会替代先进国家潜艇的十字舵。回复 2010-08-26 11:49 凌 回复 独孤风本世纪初，X舵十字舵等效装置的研发就已经比较成熟了，你还是没有仔细看博文。回复 2009-12-10 22:06taniee好似有仿企鹅的推动装置更有前途，操纵舵都省了回复 2010-08-26 10:14独孤风 回复 taniee你说的是推力矢量吧？动力舵回复 2010-04-09 07:33容儿回复 2009-12-25 19:56爱情追忆这潜艇真够笨拙的哈 ！看起来 胖胖的 ！不如小女子 身材好看哈 ！回复 2009-12-25 20:26 小马 回复 爱情追忆呵呵，如果和你的身材一样就不叫潜艇了，叫充气娃娃。回复 2009-12-25 21:34爱情追忆 回复 小马呵呵 撒是充气娃娃啊 ？回复 2009-12-25 21:39爱情追忆 回复 小马这么不说了 充气娃娃是干什么的 ？回复 2009-12-25 21:57 小马 回复 爱情追忆一种高级玩具回复 2010-01-21 22:4333 回复 小马这楼貌似有点歪。回复 2010-04-08 12:38汤姆-克鲁斯 回复 爱情追忆充气娃娃嘛，对女人是没用的，对男人非常有帮助回复 2009-12-13 16:43lidarf02如何应对别国先进的航母和潜艇，应另辟思路那么应该如何做呢？我倒有一个构想，那就是：发展水下飞机武器系统！回复 2010-04-04 12:54SS 回复 lidarf02您横扫千军玩多了回复 2010-02-09 00:40钛合金法国核潜艇的设计有跟风的嫌疑。不是说跟风技术，而是说跟风美国重视攻击型核潜艇在浅海中应用的思想。由此看来，美国未来推出X舵版的弗吉尼亚是很有可能的事情。回复 2010-02-07 21:50你来征服我长见识了回复 2010-01-09 22:18DoomsDay很专业 ，受教了回复 2009-12-13 17:16憨牛大开眼界，不知我们的潜艇有这种结构吗？回复 2009-12-14 18:22 小马 回复 憨牛目前没有回复 2009-12-11 14:080支持新事物回复 2009-12-11 13:590看起来更像颗导弹回复 2009-12-11 09:42fire-day很不错的潜艇，楼主辛苦了。-专业生产精密连接器:SD/XD/MS/M2/TF+M2/TF+SIM/2/3/4/5/6/10合一卡座，TF TO SD/TF TO MINI SD/MINI SD TO SD卡套，USB3.0公母座，单双层已量产，品质稳定，价格优惠，TELMS:,skype:fire-day,阿里ID:SKP2008,QQ：75205887;董事长与华硕建立之良好关系，USB33.0双层已量产售华硕.有打扰之处还望谅解，谢谢！回复 2009-12-11 04:45lys55050 不错的文章回复 2009-12-10 20:11我的心声请帮我好吗？我的丈夫胡2004年在68006部队失终，至今无因讯，该部队至今回避不给答复。为这事家里以经气死了二人，一为是98岁高龄的奶奶，一为是五十岁的哥癌症。现家中父亲病重在床，母亲早在91年就病故。家里还有一位上大二的孩子。该部队一拖再拖，连军委的令该部队都不放在眼里。我该咋办。我是一位下岗多年的随军家属啊，我不求别的只求组织的回答，我的丈在何处。我该如和做，兰洲军区的领导啊？我无数次前回复 2009-12-10 22:59 小马 回复 我的心声博主很同情，可是博主人微言轻，对于你的情况也很无助。我想你应该通过有关渠道，去申诉，是正义的就一的会得到伸张。回复 2009-12-03 20:18诗情王子X舵暴露水面的面积更小，还有利于隐身，我想潜艇的操纵最好也像飞机的电传一样，有电脑控制。不至于操作出错回复 2009-11-17 21:10光翼奇怪，为啥德国212级别的X舵尾部还有用钢丝互相连接？为了联动？还是起到保护拖拉声纳时候不至于卡到螺旋桨？回复 2009-11-08 23:21DasUboot小马哥最近我们对这方面的研究多吗？离实际应用还有多远？ 回复 2009-11-09 17:16 小马 回复 DasUboot就目前的情况看投入似乎不大，当然我能触及的范围有限，几个所到底有没有在低调的搞这个东西，我也不是很清楚。但是仅从这几年透露的学术研究成果看，X舵