寄居蟹的潜艇小课堂④——潜艇的尺度、线形及总体布置

在满足确定主尺度、线型以及总布置这些目标的过程中，设计师将会综合考虑上述所有方面及其相互影响的多重性。

图1 鱼雷快艇的布置

如前所述，现代舰船几乎均属布置地位型舰艇，在设计过程中主要考虑空间布置问题。在这方面，它们不同于散货船或油船，而接近于集装箱船或渡船，仅约1/4的容积在水线以下。这意味着水面舰船的储备浮力大，重心高。为了满足静水力稳性，其设计载荷水线面具有较大的船宽，以便船舶横倾时能提供足够的恢复力矩。尽管如此，为了减少兴波阻力，水面舰船的水下线型仍相对瘦削，并带有尖首。水面舰船似乎均采用了双桨、双舵的推进方式。

图2 早期霍兰型潜艇结构

相对而言，早期潜艇很短、很肥.现在尽管它们未达到7∶1的最优长度直径比那样丰满的程度，但它们决不瘦削。其密度非常大，水面状态只有 10%左右小储备浮力。储备浮力靠使用可进水和吹除的主压载水舱来控制。潜艇潜入水下航行时，储备浮力接近于零。

潜艇密度大，意味着其耐压壳内的空间相对排水量相同的水面舰船的内部空间而言小得多。这主要因为潜艇耐压壳体为环肋柱壳，它不仅要提供浮力，而且必须承受深潜时的巨大压力。潜艇的大小取决于其内部所需空间（机械设备占一半以上，武备约占三分之一）。

图3 早期潜艇耐压壳直径有限，只能布置一层甲板

图4 现代潜艇耐压壳直径可以做的很大，布置多层甲板

由于潜艇空间有限，显然内部布置要相当紧凑，因其内部到处布满了机械、设备和系统。细长的圆柱形耐压壳体更加剧了这种状况，因为圆形横截面使其空间很难象水面舰船那样得到较好的利用.但水面舰船除底部以外，几乎都是长方形截面。值得庆幸的是，现代潜艇耐压壳体的最大直径比以前的潜艇增大了。以前潜艇的直径一般为5～6米，仅允许设置单层径向甲板，以致甲板以上的空间象圆形顶小屋，甲板以下的空间象一个倒式的圆形顶小屋，其空间很难得到有效利用。"大青花鱼"形潜艇的最大直径为8米左右，或者10米，甚至12米左右，这样就可以布置双层或者三层甚至四层甲板，其空间可以得到有效利用。尽管如此。与相同排水量的水面舰船相比，潜艇的空间仍要小得多，所以实际上潜艇上的布置比水面舰船上的布置更密集。这样，潜艇上不仅定员装备相对要少，而且艇员居住条件也艰苦些。

尽管如此，潜艇鱼雷舱比想象的要宽敞，因为鱼雷必须从存放架上装填到发射管中。通常向艇首方向发射鱼雷，所以鱼雷舱一般也布置在艇的前端。这样，在机械设备占去整个空间一半以上的情况下，很自然地为了使轴系尽量短，所以机舱布置在艇的尾部，剩下的空间就在艇的肿部略偏前的位置上。从中可以明白，为什么固体压载在调整纵向平衡过程中起着非常重要的作用。

图5 中国039型320艇指挥台围壳

指挥台围壳是潜艇所独有的特征，指挥台围壳在设计的过程中令人非常棘手，它使整个艇的重心高度上升，尤其是上浮过程中由于指挥室围壳内的积水使艇的重心更高;它也使阻力和噪声增加;潜浮过程中，还会产生一个使艇突然横倾的瞬时横向力，尽管没有什么危险， 但这会给操艇带来麻烦。多年来，人们试图将指挥台围壳去掉或大幅度缩小，但由于对突出体的精简和优化，其阻力和噪声得到减小，，在二次世界大战以后，指挥台围壳仍然以多种形式存在。

图6 潜艇液舱布置

设有主压载水舱也是潜艇的特征之一，这在水面舰船上是没有必要的。然而，这也给潜艇尺度和形状造成很大影响。很明显，通过打开主压载水舱的通气顶罩让海水进入，潜艇才能下潜;通气顶罩处于关闭状态时，通过用高压或低压空气进行吹除，让主压载水舱的水排出，潜艇才能上浮。重新各种不同主压载水舱可能的布置形式，可以发现，主压载水舱的共同之处是它们总是与海水相通，因此仅吹除时存在压力差之外，其余情况下其结构是不承受下潜时的海水压力的。全艇双层式结构（耐压体完全被压载水舱包围）存在许多不足，过多的压载容积将使潜艇的尺度加大。一般倾向于将主压载水舱分成两组，分别布置于艇的首端和尾端，这样，潜艇耐压壳体很大部分会遭受来流的冲击和武器的攻击;有时将耐压壳体设计成阶梯形式的混合式结构，即部分双层结构，而另一部分为单层结构，这对潜艇尺度的减小是有好处的，但结构却变得复杂了。