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美国“弗吉尼亚”级核潜艇发展及改进

2021-08-19 15:27     来源:高端装备产业研究中心     核潜艇美国


导读 “弗吉尼亚级”核潜艇是美国正在建造的新型攻击核潜艇,用来替代正在陆续退役的“洛杉矶级”。其建造工作分批进行,每一批都有所改进和升级,目前,已经披露了七个批次的建造计划。整个建造过程可能会持续到2040年以后。

性能数据及研制计划

“弗吉尼亚级”攻击核潜艇(英文:Virginia-class submarine),是美国海军隶下的一型核动力攻击潜艇(Nuclear-powered fast attack submarines),从发展研制的技术特征和用途来看,它属于第四代攻击核潜艇,首艇于2004年正式服役。其基本型参数如下。

图表:“弗吉尼亚级”攻击核潜艇基本型号性能

数据来源:资料整理


“弗吉尼亚级”的艇体结构和设备并非一成不变,其生产制造分为七个批次,每个批次都有所改进,如下表所示。截止2020年,前三个批次已经交付,目前正在进行第四批次的改进和建造。

图表:“弗吉尼亚级”核潜艇的主要改进

资料来源:调研整理

第二批次

美国正在积极拓展光纤矢量声呐在海军装备中的应用,有资料披露,美国海军在第二批次的“弗吉尼亚”级(SSN-778,新罕布什尔号,2008年服役)上开始采用轻型宽孔径阵(The Light Weight Wide Aperture Array,LWWAA)的舷侧阵声呐。LWWAA使用FOAS(光纤声传感器)代替了传统的陶瓷压电水听器,采用激光探测方法拾取声场一点处的声压、质点振速等矢量信息,灵敏度得到了很大提升。同时,LWWAA还采用了共形阵设计,其外形与潜艇外表面几乎融为一体。

 


LWWAA声呐

“弗吉尼亚级”首次采用了计算机辅助功能模块化设计,声呐系统、作战指挥系统以及武器装备等重要设备均可按照不同功能的分舱模块分别独立建造,这实现了各部分系统功能的即插即用。第二批次的“弗吉尼亚级”增加了舱段的集成性,减少了艇体舱段,由第一批的10个减少到4个。

第二批次的“弗吉尼亚级”还加装了LMRS(Long-Term Mine Reconnaissance System)水雷侦察系统(“洛杉矶级”也装备了该系统),该系统有两具533毫米的UUV,可在100米的浅水区以4节速度完成探雷工作,最大作业深度305米,距母艇75海里处日均探测面积达35平方海里。


LMRS

LMRS的后续改进版性能更为先进,用最新的AUV代替UUV,可在距母艇120海里处完成日探测50平方海里的任务,深度提高到400米,声呐系统则引入合成孔径技术以提供更高分辨率的成像能力。

第三批次

“弗吉尼亚”级BlockⅠ、Ⅱ艇艏采用和“洛杉矶”级类似的12个独立巡航导弹发射筒。Block Ⅲ型进行了较大程度的改进,全艇20%结构进行了重新设计,并对艇艏进行了重点改造。该艇将把艇艏的12个独立垂直发射装置换成整体垂直发射装置——两个直径221cm的大型有效载荷发射筒(VPT),它与“俄亥俄级”的巡航导弹核潜艇垂发类似,只是装弹数量为6枚,而非“俄亥俄级”的7枚。第一艘使用该设计的“弗吉尼亚”级核潜艇是“北达科他”号,于2009年开工,2014年服役。


“弗吉尼亚”级BlockⅢ艇艏设计

与原有的12 格相互独立的垂直发射装置相比,这种整体垂直发射装置的优点是可以增强发射装置的通用性。原有的垂直发射装置对武器的型号和尺寸限制比较大,改为整体垂发后,这种状况大幅改善,只要对垂直发射装置的适配器进行适当改进,潜艇就可以装载美军几乎所有尺寸的对陆攻击巡航导弹和反舰导弹,甚至还可将整体垂发系统取出,换装成其他设备,增强潜艇的多功能性。

“弗吉尼亚”级初期使用球形艇艏阵,从BlockⅢ型换用U形的大孔径阵列声呐(LAB)替换潜艇前端传统的BQQ-10球形声呐,该型声呐换能器省去上千个SUBSAFE标准的透焊开口,设计寿命与潜艇一样,长达33年,发射换能器寿命大约17年。


“弗吉尼亚”级核潜艇艇艏声呐的变化

第四批次

第四批次“弗吉尼亚级”最大的改进是将加装大型垂直阵列(Large Vertical Array,LVA)舷侧声呐,它一个高频和中频声呐系统,垂直安装在潜艇的后部两侧,可提供近360度的声呐覆盖范围并减少艇尾的盲区。使声呐数据可以和艇艏声呐及拖曳声呐进行数字融合,从而增加系统的方向性,是对LWWAA的补充。


“俄亥俄级”田纳西号大修期间加装的LVA垂直舷侧阵

2017年,通用电船公司就已经获得了一份价值6千万美元的成本加激励合同,用于大型垂直阵列(LVA)固定装置、LVA首件和供应品订单。据悉,美军已经在“俄亥俄级”核潜艇上测试了LVA。

第五批次

2011年10月,在美国海军举行的一次研讨会上,美军工程师提出将为“弗吉尼亚”级设计4个新的“有效载荷模块”(VPM),导弹发射筒直径87英寸,能够填装现役的巡航导弹,甚至能携带水下无人潜航器。


VPM示意图

2013年,美国海军确定了“弗吉尼亚负载模块”的设计概念,决定将“弗吉尼亚”级核潜艇延长84英尺,能容纳4个全新设计的导弹发射装置。每个“有效负载模块”可以填装7枚导弹,加上现有的2个可携带12枚导弹的圆柱式发射管(VPT),使每艘潜艇携带的巡航导弹的总数量达到40枚。


VPM示意图

新增舱段将安装4个大直径垂直发射管,每个发射管的直径为12英尺(约3.66米),重约47000磅(约21吨)。除此之外,还将增加一个低姿态的上部整流罩。整个“弗吉尼亚负载模块”将并入现有的“弗吉尼亚”级核潜艇的其它模块。加装“弗吉尼亚负载模块”后,新型“弗吉尼亚级”核潜艇的长度由115米变为140.5米,排水量增加到9000多吨,可携带40枚巡航导弹或者其他武器装备。


“弗吉尼亚”级加装VPM前后的对比

2018年,美国海军采购了2套“弗吉尼亚负载模块”的载荷管,在2019年又采购了28具大直径发射管,用于第五批次“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇的建造。按照计划,美国海军将采购10艘第五批次的“弗吉尼亚级”攻击型核潜艇。

自2020年起,美海军将有4艘“俄亥俄级”巡航导弹核潜艇(SSGN 726-729)陆续退役。该级潜艇可携带154枚“战斧”巡航导弹,其陆续退役将导致美海军失去大量水下火力,而发展增设“弗吉尼亚载荷模块”(VPM)的“弗吉尼亚级”核潜艇,可有效解决该问题。

后续批次

根据“弗吉尼亚级”的发展计划,其后续批次艇上将采用汽轮机-推进电机动力模式,美国这些年也一直在发展大功率艇用推进电机,如果这个目标得以实现,后续批次“弗吉尼亚级”的整体静音水平将获得很大幅度的提高。取消了减速齿轮这一重要噪音源后,“弗吉尼亚级”的静音水平会比“海狼级”更优秀。2020年,有报道称,美海军弗吉尼亚级攻击型核潜艇将装备按照“常规快速打击”(CPS)计划制造的非核弹头型高超音速导弹。


已经进行过测试的C-HGB滑翔体

CPS计划由美国海军负责,目的是设计一种导弹,该导弹包括一个普通的超音速滑翔机体(C-HGB)和一个34.5英寸的两级助推器,其中导弹将被部署在具有有效载荷模块的“弗吉尼亚”级核潜艇上。CPS导弹原型弹(又称“双锥滑翔机”)于2011年、2017年和2020进行的飞行测试被认为是成功的,下次测试预计将在2022年进行。

美国防部在2021财年的预算草案中提供了大约10亿美元的相应资金,用于启动应在2028财年完成装备CPS导弹的“弗吉尼亚”级核潜艇的准备工作。

总结

“弗吉尼亚级”已经开始第四批次的建造,前三个批次在艇体结构、声呐系统、武器载荷等方面进行了改进,性能不断优化,以适应美军不断演进的水下作战理念。未来,“弗吉尼亚级”还会装备高超音速飞行器,并采用全电推进。这些新技术不但能持续提升“弗吉尼亚级”的作战性能,还能为美国下一代攻击核潜艇SSN(X)提供技术储备。


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