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麦田怪圈海面起:从国产航母的机动性测试谈起_高清图集_新浪网

时间:2019-08-28 16:55  作者:admin  来源:未知  查看:  
内容摘要:日前,有网友在社交媒体上曝光了商业卫星拍摄的我国第二艘航空母舰进行航行试验照片。在照片中我们可以看到这艘刚刚建成,即将交接入列的新航母以各种转弯半径进行了回转。这说明测试新航母的机动性是这次航母海试的重要内容之一。那么我们今天不妨就着新航...

  日前,有网友在社交媒体上曝光了商业卫星拍摄的我国第二艘航空母舰进行航行试验照片。在照片中我们可以看到这艘刚刚建成,即将交接入列的新航母以各种转弯半径进行了回转。这说明测试新航母的机动性是这次航母海试的重要内容之一。那么我们今天不妨就着新航母海试的话题来谈谈舰艇有关于舰艇机动性和机动性试验的趣闻。

  一般而言,舰艇的机动性包括了舰艇的航速、各个航速下的燃料消耗速率、转向能力和加减速性能等。在这些机动性的评判指标中,航速无疑是最直观,也最受军迷们所关注的一项指标。在舰炮统治海战的时代,一艘舰艇的最大航速在很大程度上决定了敌舰对其进行火控解算的精度,这又间接的决定了这艘舰艇的生存性。而即使在飞机、导弹主宰海上战场的今天,航速依旧决定了舰艇抢占有利阵位的能力,在不同阵位之间转换的能力,以及高速切入、撤出战场的能力等等。

  为了全面的了解舰艇的上述性能,海试的时候必须要尽可能精确的测量舰艇的航速。而这个看似简单的问题,实则困扰了各国海军相当长的时间。精确测量航速的需求出现在在人类首次涉足远洋的大航海时代。当时既没有雷达、声呐,更没有GPS的水手们发明了向海里抛掷漂浮物,通过测量一定时间后船只相对于漂浮物的距离来计算出船只的航速的测量方法。

  这种漂浮物通常是一块被称为“扇板计程仪(chip log)”的头重脚轻的扇形木片,其三个顶点分别系在同一条缆绳分出的三股绳索上。在抛入水中后,这块扇形木片会在自身重力和舰艇的动力作用下,像降落伞一样拖在舰艇后方。由于整个扇面垂直于舰艇前进方向,受到的阻力极大,所以其大致可以看作“相对海面”静止的物体,其在固定时间内拖出的缆绳长度也就大致可以认为是这段时间内舰艇航行的距离。至于测速所需要用到的“固定时间”,则通常使用沙漏来确定。

  由于直接测量缆绳长度比较麻烦,所以后来海员们会预先在缆绳上以固定的间隔打上绳结。这样一来测量其拖出的长度时就不需要再将缆绳拖回船上测量,只需要数一数拖出的缆绳上到底有多少个绳结就行了。为了方便计算,人们人为地确定了沙漏的计时时间为28秒,同时相邻的两个绳结之间的距离为6英寻(48英尺)。这样一来,海员只需要数出缆绳在沙漏漏光时拖出了多少个绳结,就直接可以得出舰艇每小时能够前进多少海里了。换言之,一个绳结(knot)就是一小时内前进一海里。这也就是英文中航速的基本单位“节”(Knot)这一称呼的来历。

  我们知道,不管扇板计程仪的阻力有多大,其都不可能相对于水面完全静止,同时绳子自身的重力也会使其成弧形而非直线。所以采用类似原理的计程仪并不十分准确(至1917年,误差约为1.5%)。后来,随着精密加工能力的飞速发展,根据伯努利原理设计出来的皮托管(即航空器的空速管)也开始广泛的应用于舰艇的航速测量。不过这种测量方式也会遇到海水比重和航速的影响,在不同盐度的海水中和低速状态下会产生较大的误差。

  为了进一步提升舰艇相对航速的测量精度,人们还根据法拉第电磁感应定律开发了电磁计程仪。其原理是海水在流过安装在舰艇上的电磁传感器的磁场时,会产生感应电流。而这种感应电流又可以进一步的通过数学方法换算为传感器相对于水流的速度,也就是舰艇的相对航速。这种测速方法的测速范围较大,但对水体自身的稳定性要求较高,正好可以与上面的皮托管计程仪形成优势互补。

  除了舰艇相对水流的航速以外,舰艇相对与大地的速度(简称地速)也是衡量舰艇机动性的重要指标之一。在测量舰艇的地速时,此前最主流的测量方法是:在岸边选取一个观测点,在这个观测点使用光学或雷达测距的方式对舰艇的位置进行连续测定,并进而计算出舰艇的地速。

  但受观测点位所限,使用这种方法测量舰艇的地速时,舰艇的试航区域必须离海岸较近。这意味着舰艇试航海域的水深通常会比较浅。而由于浅水效应会降低舰艇的动力系统效率并提升舰艇的航行阻力,所以其测得的地速通常会比舰艇在深海时的表现更差。虽然在声呐系统发展成熟后,舰艇也可以通过自身的声呐在稍微深一些的海域进行地速的测量。但这种方法同样存在试航区水深较浅且声呐本身容易受干扰等缺陷。

  这一问题直到上世纪70年代GPS卫星定位系统投入运营后才得到根本性的解决。在使用GPS系统之后,舰艇可以在任意海域实时获取自身的精确位置信息,并通过位置信息计算实时计算自己的地速。其测速准确性和可靠性相比之前都有了极大地进步。此外,虽然GPS系统为美国的公共产品,为GPS用户提供位置服务的卫星也都是美国卫星,但在定位时这些卫星只采用广播的形式向外发射信号而并不接收信号。换句话说,GPS系统无法获取其用户的位置信息,用户完全不用担心泄密的问题。

  不过,通过上述手段测得的舰艇最高航速其实并非舰艇的“最高航速”。事实上,由于舰艇的实际航速受到风速、水流速度、水深、水温、舰艇自身的排水量变化等客观因素影响极大,一两次“顺风顺水”跑出的成绩并不能为指挥官提供太大的参考价值。所以在确定一艘舰艇的“最大航速”时,一般都会选取一个“在预想的作战条件下不会低于这个值”的航速。比如美国二战时建造的衣阿华级战列舰的衣阿华号、新泽西号都曾经在极端有利的条件下飚出过35节以上的超高航速,但官方口径下该级舰的最大航速就是33节。

  除了航速以外,舰艇在各个航速下的转向能力、舰艇的加减速性能等也都是评判舰艇机动性能好坏的关键性指标。即使是在现代战场环境下,各种类型的滑翔炸弹、制导炸弹乃至铁炸弹仍然是海战的主要武器之一。在面对这些不怎么灵活的武器时,舰艇本身如果足够灵活,还是可以大幅降低被这些武器命中的概率的。

  在确定舰艇的转向半径时,还有部分舰艇需要分别测试舰艇的左转半径和右转半径,因为有相当大一部分船舶的左转半径和右转半径实际上是有很大区别的。相信很多玩过模拟飞行类游戏的读者都知道,在飞有奇数个螺旋桨的飞机时,飞机会不自主的偏向某一个方向,这主要是螺旋桨的旋转惯量对飞机的影响。在电传飞控出现之前,为了克服这种影响,设计师们往往会在飞机的副翼、尾翼上安装小号的控制翼面来进行配平。

  对于有奇数个螺旋桨,或者螺旋桨全部朝同一个方向旋转的舰艇来说,也同样会面临因为螺旋桨的旋转惯量而产生的偏航问题。为了解决此类问题,这类舰艇通常会将舵机偏离主轴安装,或将其归零位置稍稍偏向某个方向加以配平。但无论采用哪种办法,都不可避免的会导致舰艇的左右转半径出现差异。

  此外由于舰艇的建造方式与飞机、坦克这样的小件装备迥异,建造的标准化程度较低,公差较大。这导致舰艇在实际建造出来之后,许多性能参数会和设计时有一定差别。举例来说,美国在上世纪30年代末30年代初建造的南达科他级战列舰,虽然都是按照相同的设计标准来建造的。但其中最长的马萨诸塞号比最短的阿拉巴马号整整长出了1英尺4英寸(约0.5米)。不仅如此,其体重还比最轻的印第安纳号重了1086公吨。

  诚然,现代造船工业的标准化水平相对于当时已经有了极大的进步,但舰艇在建造过程中产生的误差却依旧是在所难免的。正因如此,每艘舰艇在服役之前才需要进行大量的测试来验证其所有技战术性能是否达标。而对于这个“磨人”的过程,我们能做的也就只有耐心等待了。

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