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潜艇潜器原理与设计水下智能机器人技术国防科技重点实验室第一部分:潜艇原理潜艇原理主要授课内容：静力学：潜艇浮性潜艇稳性潜艇抗沉性动力学：潜艇快速性潜艇操纵性潜艇适航性HEUAUVLAB第一章潜艇概论1.1潜艇发展简史HEUAUVLAB一、缓慢发展的早期潜艇1）传说意大利艺术大师兼发明家达·芬奇最早进行了关于潜艇的设计。2）最早见于文字记载的潜艇研究者是意大利人伦纳德，他于公元1500年提出了“水下航行船体结构”的理论。HEUAUVLAB3）1620年荷兰人科尼斯特.德雷布尔举行了潜艇展览，人们确认他制造了人类历史上第一艘潜艇，因此，他被冠以“潜艇之父”的称号。“潜艇之父”科尼斯特.德雷布尔此后，虽然有许多人为潜艇的发展做出了贡献，但总体上潜艇的发展一直很缓慢。直到“海龟”号的攻击事件之后，潜艇的发展速度才逐渐加快。4）历史上潜艇第一次作为战斗舰艇对敌舰实施的攻击，由美国耶鲁大学的毕业生戴维特.布什内尔设计的“海龟”号的潜艇完成。“海龟”号HEUAUVLAB美独立战争时期二、现代潜艇的诞生与发展约翰·霍兰1.“现代潜艇的鼻祖”——“霍兰”号该潜艇于1897建造完成，其水上航行平稳，下潜迅速，机动灵活，综合性能良好，在潜艇发展史上获得了前所未有的成功。研制人：爱尔兰籍美国人约翰·霍兰。从十九世纪七十年代开始研制潜艇，被称为“现代潜艇之父”。HEUAUVLAB蒸汽、电力推进HEUAUVLAB一战中的潜艇经过长期发展，潜艇在海战中的作用终于被国际海军界所承认，到１９１４年夏天，各海军强国基本上都建立了自己的潜艇部队。其后不久，这些强国纷纷卷入了第一次世界大战，潜艇也有了一显身手的好机会。战前，各国潜艇数量也不是很多，德国有２８艘，法国有３８艘，俄国有２３艘，美国５０艘左右，英国最多，为７６艘。其中，以德国潜艇性能最为优秀，，尤其是Ｕ２３－Ｕ４１艇，它们的最大下潜深度为４８米，水下航速将近１０节，巡航速度４节，蓄电池可供潜艇在水下航行１小时左右，蓄电池能量耗尽后需浮出水面用柴油机充电。HEUAUVLAB二战中的潜艇第一次世界大战中，潜艇作为新生力量发挥了重要作用。战后，世界各国更加重视潜艇的发展。到第二次世界大战爆发时，各国共拥有九百余艘潜艇，其中美国１１１艘，苏联２１８艘，英国２１２艘，法国７７艘，意大利１１５艘，日本６２艘，德国５７艘。这些潜艇无论在吨位、航速、航程、潜深上，还是在武器装备、水声设备、电子设备以及动力装置上都有了长足的进步。在整个二战期间，各国共建造了１６００多艘潜艇。这些潜艇取得了击沉各种运输船５０００余艘、２０００余万吨、击沉击伤各型军舰３８１艘的辉煌战果。HEUAUVLAB二战中的潜艇“狼群”战术的创始人是德国海军元帅邓尼茨。邓尼茨在一战时就是潜艇指挥官，他经反复研究后得出结论，护航舰艇仅能对付单艇攻击，而无法对付协同一致的潜艇群发起的攻击。在进一步的探索中，邓尼茨认为最好的作战方法就是将潜艇部队组成一个宽阔的凹面，让敌方的船队进入。最先发现敌船的潜艇一边与敌保持接触一边后撤，并把敌船的位置通知指挥部，指挥部将命令阵内各艇从敌方船队的翼侧和后面象收口袋一样向敌船靠近，待夜幕降临之时，集中起来的潜艇会象＂狼群＂一样向目标发起攻击，使敌护航兵力顾此失彼，从而给运输船队以毁灭性打击，这就是著名的＂狼群＂战术。三战后潜艇发展第二次大战后，世界各强国更加重视发展潜艇。1954年底，人类第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号全部竣工。“鹦鹉螺”号潜艇1.基本参数艇长：90米；排水量：2800吨装备：自导鱼雷2.航行性能最大航速：25节最大潜深：150米。理论上，以最大航速在水下连续航行50天、航程3万海里而无需添加任何燃料。从１９５４年１月２１日下水到１９５７年４月更换第一个反应堆活性区为止，＂鹦鹉螺＂号总航程达６２５２６海里，仅消耗了几公斤铀。而常规潜艇要是以同样速度航行同样距离，将会消耗大约８０００吨燃油。美国HEUAUVLAB意义：核潜艇的问世是二十世纪潜艇技术的最大一项突破．是继航空母舰出现之后，最伟大的成就之一。弹道导弹核潜艇的出现使其在国防防御战略中占有极重要的地位，成为一种有效的“核报复力量”，“第二次核打击力量”。美国、英国、法国、俄罗斯和中国都十分重视这种军事装备的发展。潜艇级别数量服役时间类型LosAngeles621976-1996AttackOhio181981-1997BallisticMissileSeawolf31997-2005AttackVirginia8+2004-PresentAttack美军部分核潜艇数据统计俄罗斯(前苏联)二战后，前苏联以核潜艇为主，但它并没有放弃常规潜艇，而是采取了＂两条腿走路＂的方针，其常规潜艇的发展级别和建造数量均居世界前列，是名副其实的潜艇大国。Ｚ级，大型鱼雷潜艇,排水量2100吨,艏6艉4共10具533mm鱼雷发射管；Ｗ级，中型鱼雷潜艇,排水量1050吨,艏4艉2共6具533mm鱼雷发射管；Ｑ级，小型闭式循环柴油机试验潜艇；Ｒ级，中型鱼雷潜艇,排水量1320吨,艏6艉2共8具鱼雷发射；Ｆ级，大型鱼雷潜艇,排水量1950吨,艏6艉4共10具鱼雷发射管；Ｇ级，大型弹道导弹潜艇,3枚水面发射弹道导弹,艏4艉2共6具鱼雷发射管；Ｊ级，大型飞航导弹潜艇，排水量3750吨；Ｔ级，弹道式反潜导弹潜艇；Ｋ级，大型鱼雷攻击潜艇，排水量2350吨，艏部6具533mm鱼雷发射管。俄罗斯（前苏联）常规潜艇系列HEUAUVLAB在俄罗斯常规潜艇家族中，最为著名的是举世瞩目的Ｋ级，也就是“基洛”级，俄罗斯自称为８７７型，其改型称为６３６型。该级艇由红宝石设计局在１９７４年开始设计，全长73.8米，宽9.9米，水下排水量２３５０吨，最大潜深３００米，工作深度２４０米，艇员５２人，自持力４５天。动力装置为２台柴电机组、１台推进电机，两组蓄电池，每组１２０块，可以提供最大航速２０节或最大续航距离４００海里的电能；推进器为六叶大侧斜低噪螺旋桨。“基洛”级的最大特点是噪音极低，它综合采用了各种降噪措施，尤其是它的外贴消声瓦效果非常显著，大大降低了潜艇噪音，成为世界上最安静的常规潜艇，被西方国家称之为＂海洋黑洞＂。俄罗斯二战后第四代大型常规潜艇：677型拉达级一、摒弃了传统的双壳体结构，采用了储备浮力较小的单壳体结构二、首次采用燃料电池AIP系统，使潜艇自持力达到45昼夜三，装备了新型的武器装备，作战性能有了较大提高四，安装了闪电”新型消声瓦覆盖层，大大提高了安静性，减小了噪声。俄罗斯(前苏联)HEUAUVLAB弹道导弹核潜艇：从H级到北风之神级飞航导弹核潜艇：从E-1级到O级攻击型核潜艇：从N级到雅森级627/645型N级，671型V级，705型A级，685型M级，945型S级，971型阿库拉级，885型亚森级（攻击）V级首开采用水滴型线型，单轴、单桨推进之先河，有效地提高了水下航速。加强了武备和观通导航设备的配置，作战能力有很大提高，不仅能打击水面目标，也具有较强的反潜能力。V级是一级性能较优的攻击型核潜艇A级潜艇使用液体金属钠作为反应堆冷却剂，因而获得了极高的航速。使用钛合金建造艇壳，极限潜深可达700米。Ａ级艇噪音太大，据说美国设在百慕大的监听站竟然能够收听到位于挪威海的Ａ级艇螺旋桨噪音。所以，Ａ级艇是一级前苏联单纯追求“高航速”、“大潜深”而牺牲了其它性能的核潜艇。日本：日本海上自卫队目前在役潜艇（2008年数据）总共为17艘，其中9艘“夕潮”级、7艘“春潮”级、1艘“亲潮”级。根据日本制定的“防卫计划大纲”，今后日本海上自卫队将常年维持一支由16艘潜艇组成的潜艇舰队。目前日本船厂正在加紧建造新的“亲潮”级潜艇，首艇已于1998年3月开始服役。根据每艘潜艇的服役期约为16年和每服役1艘新艇即退役1艘旧艇的原则，预计它们将用于逐步替换现役的“夕潮”级潜艇，逐步实现潜艇的更新换代。2010年，日本修改“防卫计划大纲”，其重点之一是将潜艇部队的数量增加到22艘。HEUAUVLAB尺寸：长77米,宽10米,吃水7.7米排水量：水下3000吨航速：20节武器：533毫米鱼雷发射管发射日本产89型鱼雷，捕鲸叉反舰导弹声呐：SQS-36攻击型主动声呐，拖弋线阵列声呐潜深：300米“亲潮”级采用长水滴型，有良好的流线型，采用NS110高强度钢耐压艇体，并有很好的静音性，是常规潜艇的一朵奇葩。首艇1998年服役。HEUAUVLAB结构方面该艇沿袭了日本潜艇惯用的水滴式艇身设计，但与春潮级和夕潮级的复壳式艇身结构不同，亲潮级改采最新的单壳、复壳并用复合结构，其艇身中央的耐压船壳棵露，并且艇身的构型也不若以往圆滑，艇身的排水口大幅减少。此外，亲潮级的耐压船壳采用相同的NSl10调质高张力钢板制造，推测亲潮级的最大安全潜深应该会超过600——700米。HEUAUVLAB隐身性能方面亲潮级潜艇艇身大量加装格状的水中消音瓦，这是日本潜艇首度采用这项先进技术，可大幅提升该潜艇的水中隐匿性。先进消音瓦的消音系数可达到0.9以上，能降低敌方主动声纳的探测能力50%至75%。此外，配合春潮级开始使用的减震合金制七叶推进桨，使得亲潮级的静音性极佳，象征著日本潜艇的隐匿性将跨上一个新的台阶。HEUAUVLAB日本潜艇建设特点我们不应该忘记日本拥有一支强大的潜艇部队，他们的实力是不容我们忽视的。HEUAUVLAB•更新换代率高•自制率高•科技自动化水平高•水下静音程度高•完好率高中国潜艇（1957—2005）常规潜艇030型（W级）常规动力攻击潜艇首艇115艇于1957年10月服役，共建21艘，目前已全部退役。033型（R级）常规动力攻击潜艇首艇于1965年9月服役，先后共建80多艘，是中国生产量最大的一型潜艇031型（G级）常规动力导弹潜艇首艇于1966年8月服役，只建造1艘，主要用于部队训练和导弹试验，1982年10月首次水下发射巨浪-1号潜地战略导弹试验成功。035型常规动力攻击潜艇中国自行设计建造的第一代常规动力攻击潜艇，国外称为明级。1974年4月服役，先后共建15艘。039型常规动力攻击潜艇中国自行设计建造的第二代常规动力攻击潜艇，国外称为宋级。首艇于1996年5月服役，可水下发射反舰导弹；常规潜艇中国核潜艇091型攻击型核潜艇是中国第一代攻击型核潜艇(SSN)，共五艘,舷号：401、402、403、404、405（依次称呼为长征1-5号）。092型核动力战略导弹潜艇(SSBN)中国自行设计建造的第一代核动力战略导弹潜艇，国外称为夏级。首艇1983年8月服役。1988年9月成功进行了水下发射巨浪-1号潜地战略导弹试验。HEUAUVLABHEUAUVLAB093型核潜艇的建造开始于上世纪90年代中期，其过程一直是在高度戒备之下绝密进行。据报道，第一艘093型核潜艇于2002年12月下水，2006年年底加入海军服役。第2艘是于2003年年底下水的。2007年7月下旬，位于北京的中国人民解放军博物馆举办了庆祝建军80周年的展览，093型核潜艇的模型和一些不甚清楚的图片在展出活动中亮相。此后，《现代舰船》杂志8月号刊登了这款核潜艇的首张清晰照片。西方情报界把093型核潜艇称为商级核潜艇。HEUAUVLAB1958年率领师生开始了新中国第一艘实验潜艇的设计，1959年实验潜艇成功地进行了水面、水下航行试验；1959年，作为总体设计顾问，参与了我国第一艘核潜艇的方案论证及设计工作，该艇1974年正式编入海军序列；20世纪90年代承担了我国第一台智能水下机器人的研制工作。邓三瑞先生四、未来潜艇的发展趋势1.动力方面一方面核动力装置将趋向小型化，从而使核潜艇尺度减小，造价降低，但功能不减。另一方面，AIP系统将得到发展，AIP系统意为不依赖艇外大气的推进系统，AIP系统根据其工作原理不同又可分为热气机、闭式循环柴油机、燃料电池、闭式循环汽轮机等。热气机AIP系统又称斯特林系统。AIP技术将发展成熟，输出功率将更大。HEUAUVLAB2.探测设备潜艇在水下主要依赖声纳进行探测，探测能力受到声纳的限制，而基于其它物理场或物理