[科普中国]-水面战斗舰艇

水面战斗舰艇的演变

20世纪初，海上战争只是对付海面威胁，数万吨的战列舰、数千吨的巡洋舰是水面战斗的主力，舰上主要装备的是大口径火炮和鱼雷。第一次世界大战中，飞机开始投人海上战斗，随着产生航空母舰，潜艇亦初露锋芒。第二次世界大战中，航空母舰成为水面战斗的主力，潜艇已对水面舰艇构成严重威胁，有攻无防的庞然大物战列舰走向衰落。巡洋舰、驱逐舰、护卫舰从护卫战列舰发展成护卫航空母舰。要满足对空、对海、反潜、对陆攻击等多种任务要求。随着科学技术的发展和任务的变化，水面战斗舰艇由大舰巨炮向“平台、负载”全武器系统发展。

导弹上舰二战后导弹技术不断发展，60年代各国水面视艇开始装备导弹，导弹代替火炮成为舰上主要对海和防空武器。由于对空防御的需要,1955年美国“基林”级“基阿特”驱逐舰卜安装对空学弹发射架进行试验、试验成功后，将对空异弹安装在“孔茨”级导弹驱逐舰上，苏联在60年代初首装舰对舰导弹。在第3次中东战争中，埃及巡逻艇发则的“冥河”式舰对舰导弹击沉以色列“埃拉特”号驱逐舰，引起各国极大震动。其后5年，法国研制出性能更好的“飞鱼”导弹。导弹装舰对水面舰艇产生重大影响，过去海战依靠火炮，为了占据有利阵位，舰的航速十分重要。对海导弹装舰以后，由于射程远，先期发现敌人并进行精确打击，成为制胜的重要因素，高航速的重要性相对下降，舰的航速取决于编队航行的需要，追求过高航速已没有太大必要。导弹发射装置起初安装在上甲板并要求有较好射界，随着技术的发展，垂直发射系统能发射布置在主甲板下弹库内的导弹。

雷达上舰二战后期雷达出现，很快成为预警警戒、搜索跟踪、目标指示、导弹制导的主要手段。二战中英、美、德、日战舰均已装备雷达、在大西洋、太平洋海战中发挥重要作用。美国1940年开始建造的“弗莱彻”级驱逐舰，不单装有雷达，还设置作战情报中心。50年代，为防御苏联实施核攻击的轰炸机，美国将许多驱逐舰改装成雷达哨驱逐舰。装有庞大的对空预警雷达，使预警距离得到延伸。为了增大作用距离，警戒雷达(特别是三坐标雷达)天线的体积和乖量大，并需安装在舰的高处;跟踪雷达天线布置在上层建筑顶部或桅杆上，并需有较好视界。50年代服役的美国“弗莱彻”和“基林”级驱逐舰均设有巨大的三角形桅杆，以安装雷达天线。苏联70年代建造的“现代”级驱逐舰，在前桅杆顶部装有巨大的三坐标雷达天线。70年代初美国完成多功能相控阵雷达研制，安装在“宙斯盾”级巡洋舰和驱逐舰上，其四个阵面天线需布置在上层建筑四周。

反潜和声纳武器登场反潜是水面战斗舰艇的一项主要任务1916年，英国驱逐舰“卢培林”号首次使用娓部投放的深水炸弹击沉德国UC19号潜艇一二战时深水炸弹是水面舰艇对付潜艇的主要武器}60年代初美国在舰艇现代化改装计划中，对驱逐舰的反潜武器作了改进，开始装备自导鱼雷、“阿斯洛克”反潜导弹和无人驾驶反潜直升机。但到1969年，746架无人直升机已有416架坠毁，事故率达70%。无人直升机的失败，使美国在70年代回头又改用有人驾驶的舰载直升机。欧洲各国则在60年代为水面舰船上装备反潜直升机。70年代，各国建造的驱逐舰和护卫舰几乎都装有直升机，机上装有吊放声纳、反潜鱼雷等装备，控制海域广，使舰具有远程区域反潜能力。反潜导弹是中程反潜武器，也称火箭助飞鱼雷，弹布置在弹库内，可垂直发射。在空中飞行一段距离后，以降落伞使自导鱼雷减速人水攻击潜艇。具有声制导的自导鱼雷是近程反潜武器，安装在鱼雷发射管内发射。苏联将娓部投放的深水炸弹发展成火箭式深水炸弹用于反潜和拦截敌鱼雷，其发射装置布置在舰首部。

电子对抗出现为了对付敌导弹攻击，70年代起水面战斗舰艇开始装备电子对抗设备。雷达对抗是电子对抗的主要内容，主要是针对敌制导雷达二起初舰上(如美国DD963驱逐舰)只安装电于顶察攻备，役有十扰功能。其后，舰上装备有雷达侦察机、干扰机(有源干扰)和干扰火箭(无源干扰)，三者有机结合，并与舰上硬武器(多管炮、反导导弹)综合使用，达到反导目的。雷达侦察机天线安装在舰最高处，能侦收各频域的雷达信息。噪声干扰和欺骗干扰是有源干扰的主要方式，干扰天线布置在上层建筑两侧，具有强大的发射功率，对本舰的电磁兼容性产生较大影响。舰的无源干扰武器主要是发射箔条弹和红外曳光弹，发射装置布置在露天甲板两弦。通信对抗包括通信侦察、干扰和反干扰设备。由于舰上空间有限，在通信侦察和于扰天线(特别是干扰天线)布置，防止本舰通信设备受其干扰等方面，问题很多，水面战斗舰艇使用还不多。

武器从单个装备向系统发展20世纪内舰载武器经历了由单个武器到系统的发展过程，20世纪初舰炮是用望远镜人工瞄准射击。1923年英国“埃利奥特”公司制成首台机械式模拟计算机装舰，协助火炮射击运动目标。二战后期雷达、声纳得到运用，由雷达、指挥仪和火炮组成火炮系统，由声纳、指挥仪和鱼雷发射装置组成反潜系统进行射击，命中率大幅度提高。二战后，随着导弹出现，海战向多目标、多批次、多方向，空、海、潜立体战方向发展。另一方面，数字式电子计算机出现后，迅速代替了机电式模拟计算机。于是舰上火炮、反潜、导弹等武器系统与雷达、声纳、导航、通信、电子对抗等系统，通过作战情报指挥系统有机结合成作战系统，指挥员可在作战指挥室进行集中指挥和控制。最早装舰的作战指挥系统是1961年美国的海军战术数据系统(NTDS )。随着电子和计算机技术的进步，作战系统对各电子、武器系统设备的综合控制进一步加强，最有代表性的是美国70年代建造的“宙斯盾”作战系统，其多功能相控阵雷达除了完成搜索任务外，还承担了武器系统的跟踪制导任务。垂直发射装置可以综合发射舰舰、舰空、反潜导弹。舰上各雷达、声纳传感器和舰外数据链传来的目标信息可以综合作相关处理。

动力装置的变化20世纪初，水面舰艇动力采用往复式蒸汽机，其后采用柴油机和蒸汽轮机。二战后，随着航空燃气动力的发展，水面舰艇开始使用燃气轮机。1962年苏联建造的“卡辛”级驱逐舰是世界上第一艘以燃气轮机为动力的舰艇，4个巨大的具有一定倾角的烟囱散开4台燃气轮机产生的热量。70年代各国建造的驱护舰，为了适应舰多工况和经济性的需要，出现柴燃、燃燃等联合动力装置。蒸汽轮机由于启动备航时间长、机动性差等缺点，20世纪后期新建造舰艇采用的已较少，大多采用CODOG(柴燃交替)、COGOG(全燃交替)、COGAG(全燃联合)等形式。

舰型的演变巡洋舰、驱逐舰、‘护卫舰过去以排水量大小来划分，二战后，随着技术发展，三者的界限愈来愈不易划清。60年代导弹武器出现并装舰后，世界各国重点发展的水面舰艇是驱逐舰和护卫舰，巡洋舰以上的大舰已很少建造。排水量较小的护卫舰，由于受到适航性和续航力的限制，适合在近海作战，欧洲各国建造较多，驱逐舰则以其适中的排水量，既可在全球任意海区任意海情航行，又可执行各种任务，因此世界各国均重点研制发展。如美国以“宙斯盾”级驱逐舰作为水面舰艇的骨干。由于赋予驱逐舰的任务繁多，80年代美国建造的“伯克”级、“基德”级、“斯普鲁恩斯”级驱逐舰及前苏联建造的“现代”级、“勇敢”级驱逐舰，其排水量均在8000吨左右。驱逐舰、护卫舰主船体的船型变化不大。在船体结构方面，二战中，纵向结构形式的驱逐舰在多次严重损伤中都幸存下来，于是，驱护舰均开始采用纵向结构形式建造，虽然这样价格较贵些，为适应远洋航行和作战需要，本世纪后期注意适航性提高，注意在大风浪中能保持航速，而不过分追求最大航速;注意在风浪中仍能有效使用武器。本世纪内，小水线面双体船型等尚处于研究试验阶段。

隐身技术的采用由于20世纪后期电子技术、导弹技术的快速发展，水面舰艇重视舰的生存能力和隐蔽性。为了达到雷达隐身，在舰体外形上，舰艇减小上层建筑，甲板上力求干净，船体采用外飘、内倾、圆角等措施以减小雷达反射波强度。法国的“拉斐特”级护卫舰，由于采取了各种隐形措施，据报道3600吨级的该舰，其隐形特性相当于500吨级的巡逻艇。在红外隐身方面，燃气轮机采用红外抑制装置，在减小水下辐射噪声方面，主机采用双层隔振、采用卸载荷和大侧斜螺旋桨等。为了提高生存能力，舰加强防沉、防火、防核武器、防化学武器、防生物武器能力，加强损管措施。1

分类水面战斗舰艇按其排水量大小分为大、中、小型：大型水面战斗舰有航空母舰、战列舰、巡洋舰；中型水面战斗舰艇有驱逐舰、护卫舰等；小型水面战斗舰有护卫艇、鱼雷艇、导弹艇、猎潜艇等。在水面战斗舰艇中标准排水量在500吨以上的，通常称为舰；500吨以下的，通常称为艇。

水面战斗舰艇,按其航行原理的不同,区分为排水型、滑行型、水翼型和气垫型。2

水面战斗舰艇设计技术思路系统工程思想现代化舰艇技术复杂、科技含量高，在舰艇设计中，舰艇总体是大系统，系统、设备是所属的分系统。现代化舰艇的设计研究，是舰船总体、系统、设备间各种技术信息联系反馈、反复迭代的过程。在舰船的各种性能以及舰船总体、系统、设备的性能之间都存在着矛盾，甚至相互制约，需要从比传统方式更高的运作层面出发来开展协调;需要创新设计观念，突破总体设计只搞船体平台设计和系统、设备安装设计的落后理念和做法，改为以舰船总体设计为龙头，按照系统工程观点，进行全武器系统的设计并不断进行优化。要将舰体平台和上面的负载(电子、武器装备等后作一个全武器系统，从设计顶层开始，自上而下进行而且贯穿始终。设计中的总体技术协调，要确保舰船性能优越，又能充分发挥系统、设备的作用;在矛盾难以统一时，要按照设备服从系统、系统服从总体需要的原则来处理，总目标是全舰综合性能兼优，而并非单个设备系统的特别优良。

综合性能兼优新型舰船设计应达到综合性能兼优，做到在作战能力、生存能力、快速性、操纵性、适航性、隐蔽性、电磁兼容性、居住性、维修保障性等方面均综合性能兼优。快速性和适航性应综合兼优，过去对快速性和最大航速较重视，还应注意波浪中失速;适航性还应考虑武器的使用海情。

提高射频集成近年来电子技术的高速发展，使水面舰船的隐身性、电磁兼容性显得十分重要，即使是数万吨的航空母舰，亦力求降低其雷达信号特征，以延缓敌发现时机(降低信号特征，等于赢得空间和时间)。新材料(能控制电磁信号吸收、反射和发射)的使用、物体的造型是控制和降低雷达信号特征的主要方法。舰载雷达、通信和电子战系统天线林立，更严重影响舰的隐身性和电磁兼容性。发展多功能相控阵天线、采取超宽带和重构等技术手段，将舰载雷达、通信和电子战系统形成舰载射频集成系统，实现资源共享、统一调度，完成相应作战任务能解决舰船天线拥挤、隐身性和电磁兼容性差的问题，从而提升舰艇的作战能力。上层建筑射频综合集成则是将一体化的射频集成系统与舰上层建筑(或桅杆)共外形于一体，以最优的方式实现舰的隐身，更是一个电子、结构、材料多学科交叉的科技创新项目，使甲板面目一新，达到隐身性、电磁兼容性兼优的目的。

自动化、网络化近期舰船动力装置、电站、损害管制设备均设置监控系统。随着计算机网络技术、智能技术和微机电系统技术的发展，舰船动力、电站、损管监控系统采用现场总线网络，智能传感器和执行机构，实现机舱自动化。舰船使用综合船桥系统，实现综合导航、自动操舵。舰船自动化、网络化的发展趋势是形成舰船的综合平台管理系统,将舰船上的驾驶、动力、电力、损害管制、压载调整、导航等系统与作战系统联接成统一网络。舰艇作战系统与平台机械控制系统，特别是损管方面联成统一网络，将使舰在战斗中受损伤后，具有快速重新组合机电设备能力，改善舰的生存能力;作战系统与导航操舵系统联成统一网络，可提高指挥员的作战指挥能力。

21世纪水面舰艇发展展望驱逐舰和护卫舰能单舰作战、编队协同作战、三军联合作战。驱逐舰向大型化、隐身化发展。

航空母舰和两栖攻击舰超级大国如美国发展大型航母作为强大攻击力量(亦在考虑发展垂直起降机及亚音速轻型机以使航母的吨位和舰型多样化),中等国家如法国研制中型航母,中小国家研制轻型航母或多用途两栖攻击舰。短距起降飞机、直升机、无人机进一步发展。

高速隐身导弹艇俄罗斯发展超音速导弹艇、隐身导弹艇。

加强作战系统信息化争取信息战优势,将与争取水面战、水下战、防空战的优势同样重要。从平台中心战向网络中心战发展,形成三军统一的信息传输、信息探测、作战指挥和协同作战网络,指挥结构由宝塔式改变成扁平式。战舰将从点防御过渡到编队区域防御。舰信息系统(通信、探测、电子战)实现网络化、一体化,进行多信息源的信息融合,实现编队内信息共享,形成编队内外协同作战能力发展舰艇外部探测(侦察卫星、预警机等)和目标定位技术(进行数据融合和目标自动识别)。应用卫星通信和光纤通信,满足联网所需增大带宽和布线的需要。

精确制导方向武器向制导化方向发展,安装巡航导弹、舰舰导弹、舰空导弹、制导炮弹、制导鱼雷、带导弹和制导鱼雷的直升机和无人飞行器、激光武器等,对敌进行精确打击。通用的垂直发射系统,发射效率高、舰上布置方便,将优先获得使用。舰载雷达增大作用距离(采用超视距雷达),舰舰导弹增大射程和飞行速度,降低飞行高度,巡航导弹将成为对陆攻击的首选武器。大口径火炮采用制导炮弹。提高相控阵雷达和对空导弹系统性能。海基战区防空导弹系统将是21世纪对战区(含战舰)提出的新课题。具有反导能力的近程导弹系统和快速多管火炮系统将继续使用。主动式低频率(低于1000 Hz)大功率拖曳阵声纳将得到发展。声纳需要设置考虑环境数据的声纳信号综合处理管理设备。舰载和机载水声探测、反潜武器系统密切配合共同反潜。

无人化技术无人飞行器在海战中作为监视、通信、目标定位和武器制导平台能发挥重大作用,发展方向是增大续航时间、作战能力和增强生命力。无人飞行器装备雷达、光电传感器、导航设备等,能对敌目标进行侦察和监视,并将情报通过数据链传输到战舰。无人飞行器装载导弹、炸弹可对敌舰进行攻击,对敌雷达进行反辐射攻击。无人飞行器、无人遥控投放器装载电子干扰设备可对敌进行电子干扰和电子进攻。

电子对抗和水声对抗雷达、激光、红外、通信、水声对抗集成在一起,组成综合电子对抗系统。舰上侦察设备以及舰外地面侦察站、电子侦察飞机、无人机、侦察船、侦察卫星等构成一体化侦察系统。有源干扰采用相控阵技术,能同时对抗多个目标。无源干扰发展复合诱饵弹。安装通信侦察和通信对抗设备。安装新型电子攻击设备如微波(超宽带射频脉冲信号)武器、激光武器、反辐射导弹、反辐射无人机。水声对抗将提高声纳的鱼雷告警性能,舰上拖曳或发射诱饵等水声对抗设备。信息系统设备设置防御软件和加密系统,硬件作防电子进攻加固。

隐身性和生存能力雷达波反射特性、电磁特性、声特性、红外特性等各种物理场的隐身性均应良好。新材料(能控制电磁信号吸收、反射和发射)的使用、物体的造型是控制和降低雷达信号特征的主要方法。建立电磁波与物体相关性的计算机模型(以平台对入射电磁能量的响应来确定目标信号特征)是隐形平台设计的有力工具,可减少试验的次数。舰的外形将寻求对雷达波反射面积最小的结构形式,甲板上务求干净,采用组合式隐身桅杆(雷达天线设置在内),武器、救生艇收缩进船体或设隐身外壳。舰艇上层建筑和壳体结构将寻求采用费用可承受的耐火复合材料代替钢材或铝材。舰艇将采用新型动力推进系统以降低红外辐射和机械噪声,螺旋桨采用水下降噪等新技术以降低水下噪声。舰上动力机械如燃气轮机、柴油发电机组等设置双层隔振和隔声罩,以达到减振降噪的目的。为减少交战中己方舰艇的损失,必须着力提高作战环境下的生存力。

综合全电力推进系统战舰仍将继续采用燃气轮机和柴油机等动力装置。

网络化、自动化、电气化自动化提高人员的效能和战斗力,能减少人员编制,改善工作条件,能执行超人力的和危险的作业。

动力、电站、损管监控系统采用现场总线网络、智能传感器和执行机构,实现机仓自动化。舰艇使用与综合船桥系统相似的自动航行系统,实现综合导航、自动操舵、自动监控。作战指挥控制系统实现自动化、网络化。

模拟仿真技术舰艇设计是平台与负载,线型、主尺度与舰总体各种性能间的平衡,可有数十、上百个方案,利用计算机作舰艇设计评估可容易得出优选方案;还可在计算机中对舰艇进行仿真设计、建造、试验和维修。作战模拟训练设备可在不向外发射电波情况下,进行对模拟目标的跟踪、威胁判断、目标指示和武器射击。模拟仿真设备还可在敌武器系统运行时,对其进行探测、跟踪、记录,此后可进行分析、作操作训练,为作战作准备。

电磁兼容性雷达、通信干扰设备装舰,带来对本舰电子设备电磁兼容难题;大量新型电子、武器装备上舰,舰上空间小,电磁兼容成为技术关键。设计初对舰布置、系统设备电磁兼容性能提出电磁兼容设计控制要求;对雷达、通信、电子对抗设备的频率分配作统筹考虑,不得已时设置电磁兼容管理系统,分时使用,解决同频干扰问题。雷达、通信天线附近场强通过模拟试验进行预测,保证人员、弹药等安全。

舰型和总体性能舰的外表将有所改变,封闭的舰体、隐蔽的外形、体内蕴藏着大量的武备(垂直发射的舰舰、舰空、反潜、巡航导弹等)。应用计算流体力学仿真促进先进船型的开发。小水线面双体船由于耐波性好,三体船由于生存能力和隐身性较好等优点,有可能为驱逐舰、护卫舰采用。美国认为穿浪船型、水翼小水线面船型对水面舰船有发展前景。美、日、俄等国开展的磁流体推进技术(使用强大的超导磁体,利用电磁线圈作用于海水形成喷水推进)近年来亦有所进展。

舰艇建造信息化带来造船模式的改变。造船信息化的核心是人、技术、经营的计算机集成。现代化造船模式以统筹化理论为指导,应用成组技术原理,以中间产品为导向,按区域组织生产,壳舾涂作业在空间上分道,时间上有序,实现设计、生产、管理一体化,均衡连续地总装造船。

可靠性、可维修性要求舰全寿命期(含制造和使用周期)费用经济。长期在海外服役,系统设备工作可靠性高,维修工作量小,希望2至3年无需维修。3