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  • 1 # 牧野169825520

    非常厲害,比其他材料做的潛艇下潛更深,抗壓性更強,但是由於建造費用非常昂貴,所以建造的數量非常少,但是建造的殼體與技術都在俄羅斯儲存得非常好,屬於高度機密,所以只能在有限的經費中保持技術更新!

  • 2 # 紙上的宣仔

    蘇聯一共有2種鈦合金潛艇,705型和954型。

    705型

    阿爾法級,也叫A級或705級,是蘇聯第一種使用鈦合金做耐壓殼體的核潛艇,在當時是絕對算得上黑科技了。之所以說黑科技,是因為鈦合金是一種極難焊接的材料;這種技術蘇聯在60年代就掌握了,說明蘇聯在這方面的研究造詣已經非常深。用鈦的好處就是鈦本身的密度很小,只有4.5g/cm^3(鐵的密度是7.87g/cm^3),強度卻很高(與碳鋼相當),所以阿爾法級的自重非常小,儘管它長度達到95米,寬9米,但水上排水量僅2300噸,我們可以選一個鋼殼潛艇作為對比,比如蒼龍級,它的長度是84米,寬9.1米,比阿爾法級還要短,然而水上排水量達到了2900噸,比阿爾法重的多。所以這裡鈦合金的優勢非常明顯了。

    阿爾法級的圍殼是有圓滑過渡的金字塔形,非常有辨識度

    阿爾法級潛艇上應用了很多新技術,鈦合金耐壓殼體只是其中之一。由於阿爾法級的設計排水量並不高,所以對反應堆的功率密度提出了很高的要求。傳統的壓水堆迴路多,功率密度小,不能滿足阿爾法級水下高速航行的設計需求,因此蘇聯採用了壓水堆以外的思路——鉛鉍合金製冷的快中子反應堆。鉛鉍合金的熔點僅有150-200度,可以很好的作為製冷劑使用,同時鉛本身的對高能輻射對遮蔽作用也可以減少核輻射外洩;不過缺點也很明顯——潛艇上的液態金屬堆不能停堆,一旦停堆,鉛鉍合金凝固,就沒法再啟動了,而且對鉛鉍合金的管路材料要求比較高。不過收益還是很明顯的,阿爾法級上的OK-550反應堆,熱功率達到了150MW,蒸汽輪機30MW,加上阿爾法級的僅2300噸噸的自重,這款潛艇的水下極限速度達到了驚人的41節!這個速度別說水面艦艇了,就是魚雷想追上也很難。此外,阿爾法級是蘇聯有史以來艇員最少的一款核潛艇,僅有32名成員,高度自動化的動力系統只需要16名成員就能維護。

    鉛鉍合金製冷快中子反應堆

    阿爾法級從1968年開始建造,到1981年一共建造了7艘。不過由於在實際試航使用的過程中,液態金屬反應堆發生了一些嚴重問題,使得這型潛艇一直沒有形成實際的戰鬥力,並且在後來取消了液態金屬反應堆的路線。在1971年繫泊試驗中,由於焊接技術不夠成熟,K-64艇發射殼體開裂而改為預備役,隨後在1972年預備役航行中,OK-550反應堆冷卻劑凝固,最終反應堆堵死!幸虧當時是在近海附近遊弋,被拖船拖回北德文斯科後被拆除,1974年8月除名。還有一次事故是K-123艇在1982年4月,一回路的冷卻劑發生洩漏,由於中子照射導致鉍變為釙-210,造成全艇發生核汙染。這些都反映了鈦合金耐壓殼體和液態金屬反應堆都沒有想象中的那麼成熟(所以阿爾法級本身也不敢做太大,只是實驗性質)。

    954型

    隨著冶金和焊接技術的進步,705型鈦合金耐壓殼體再沒有出現開裂的問題,於是蘇聯在此基礎上發展出了噸位剛大的鈦合金攻擊核潛艇——954型,也被北約稱為“塞拉-II”型。954型一共建造4艘,首艦1984年完成建造。其水上排水量達到了7200噸,是阿爾法級的三倍多;水下潛航深度達到了750米!這便是鈦合金應用在潛艇領域所帶來的威力。954型沒有再使用不太靠譜的鉛鉍合金反應堆,而是改回了壓水堆,熱功率190MW,功率重量比要比阿爾法級小得多了。

    954型核潛艇,至今還在服役

    然而一旦開工建造大的潛艇,鈦合金的一個無法承受的地方就體現出來了,那就是價格。不論是鈦本身還是焊接的成本,都遠遠高於高強度鋼。如果拿來建造水下拍水量數萬噸的戰略核潛艇,誰能承受的起?所以無奈之下最終蘇聯還是放棄了鈦合金潛艇的建造。實際上這也就是常年軍費佔GDP在10%以上的蘇聯才捨得建造鈦合金潛艇,別的國家連想都不敢想。

  • 3 # 雛菊西瓜Peterpan

    其實鈦合金這種材料在潛艇上的使用還是比較廣泛的,但將鈦合金作為主要耐壓材料建造核潛艇的國家只有蘇聯自己。鈦合金潛艇的效能的確是高大上,但成本高到嚇人的現實也很骨感,而且蘇聯往往利用這些鈦合金潛艇進行一些極端的實驗,所以鈦合金潛艇的整體穩定性並不好。所以蘇聯時期的鈦合金潛艇大部分沒有傳承到現在的,不是沉沒就是退役。蘇聯以鈦合金作為耐壓艇體主要材料的潛艇大概有以下幾個型號:

    661型P級巡航導彈核潛艇(也是水下最快速度記錄創造者),1艘705/705A型A級攻擊型核潛艇,7艘685型M級攻擊型核潛艇,1艘945型S級攻擊型核潛艇,4艘941型彈道導彈核潛艇,6艘

    先說一下鈦合金這種材料吧,一般來講這種材料在大家眼裡是很高大上的材料,雖然現在已經爛大街,但在上世紀60年代相對於鋼材也算是一種比較珍貴的材料。鈦合金的優點很明顯:輕。正常來講,純鈦的密度大概在4.5g/cm³,只有碳鋼的57%左右,但抗拉強度與密度只比達到62,合金化後更是達到200以上,而普通碳鋼的這一數值只有36。所以在潛艇相關效能不變的情況下如果使用鈦合金可以大幅度降低潛艇本身的重量,對潛艇來說既要保證強度還要減重這無疑是最好的材料,705型A級攻擊型核潛艇在2300噸標準排水量的情況下可以達到400米的下潛深度,比當時潛艇普遍下潛深度還要深150米左右。另外,鈦合金本身的低磁性可以幫助潛艇更好的進行水下隱蔽,躲避地磁探測器的探測。所以從材料本身的特性上講是很適合作為潛艇、航空航天的製造材料的。

    但是為什麼說鈦並沒有成為潛艇製造的標準材料,因為它的缺點也十分顯著:產量低、加工代價極大,最終導致價格昂貴。上世紀60年代時,每千克鈦合金板的價格高達14.5盧布,相當於一張列寧格勒到莫斯科的火車票。僅705型攻擊型核潛艇的鈦用量就達到600噸,相當於往返莫斯科和列寧格勒30萬次。而且鈦合金的加工要求非常苛刻,因為純鈦和鈦合金在高溫後收氫、氧、氮的能力明顯上升,最終導致焊接接頭處明顯變脆,力學效能嚴重下降。所以鈦合金的焊接通常在保護氣中甚至在真空環境中下進行,焊接合格率也遠遠低於普通碳鋼和合金鋼。蘇聯在建造661型時曾因為鈦合金的供應出現問題多次推遲工期,最終服役時距離立項已經過去11年,遠遠低於其他核潛艇的工期。下圖是一組俄羅斯鈦合金焊接車間的圖,焊接師要身穿帶有供氣系統的類似於潛水服的服裝才能進入無氧環境的焊接車間

    所以其實我們也能看出為什麼上述幾個型號的核潛艇的產量都不大,與971/971U/971A/971M型的15艘、671/671PT/671PTM/671PTMK型的48艘相比,著實顯得稀有。

    再說下效能問題,用鈦合金作為耐壓艇體材料製造的核潛艇最明顯的特點就是下潛深度大。上世紀60年代建造的661型P級巡航導彈核潛艇是世界上第一艘採用鈦合金耐壓艇體的潛艇,使用的是屈服強度達到588MPa的48-OT3鈦合金,下潛深度達到400米。而當時世界上潛艇下潛深度普遍在200-250米之間,包括美國一些列使用HY-80鋼建造的核潛艇,所以661型在極限潛深方面有著明顯的優勢。661型除了是世界上首艘使用鈦合金作為耐壓艇體的核潛艇之外還是世界上最快的核潛艇,其搭載的V-5P型反應堆是一種液態金屬反應堆看,其載熱劑和一回路載熱體是鉛-鉍金屬,單堆功率達到177.4兆瓦(雙堆共354.8兆瓦),反應堆100%功率執行時輸出動力8萬馬力,試航最大44.7節。但高航速帶來的是極端的噪音,一旦進入高航速航行時就已經失去了隱蔽性。661型實際只建造了1艘,算是帶有實驗性質,因為鈦合金和液態金屬反應堆的極高成本,最終蘇聯轉為發展低成本的670型巡航導彈核潛艇,雖然大幅度降低引數但可以做到量產。

    705型A級攻擊型核潛艇在潛艇中算是一個“小不點”,標準排水量只有2300噸,水下排水量也不過3180噸(705A為3300噸),還不如現在常規潛艇大。但依靠48-OT3鈦合金耐壓艇體,他的下潛深度同樣能達到400米,這個深度即便放到現在也不是所有潛艇都能達到的,同噸位的常規潛艇能達到300米就已經是極限了。而且705型同樣採用VT-1型鉛-鉍液態鉛-鉍金屬反應堆,所以水下航速也是能超過40節,設計最大航速45節,實際試驗最大航速41節。所以705型能以2300噸的噸位達到這種效能確實是仰仗鈦合金和反應堆。但因為同時使用這兩種極端的技術,所以705型的事故率非常高,所以全部7艘都沒有形成實際的戰鬥力。其中首制艇K-64在1971年還未服役時就已經發現耐壓艇體開裂,1972年反應堆冷卻凝固,1974年退役除名。K-123艇在1982年發生反應堆一回路洩露事故導致全艇遭受核汙染。

    685型M級攻擊型核潛艇,只建造1艘“共青團員”號,設計極限下潛深度1250米,最大作戰深度800米。1985年8月4日,K-279“共青團員”號在挪威海域下潛至1027米,創造世界軍用作戰潛艇最大下潛深度。不過遺憾的是,“共青團員”號在1989年4月7日因火災沉沒,全艇69人中倖存27人。

    945型S級技術相對成熟一些,擯棄了極為不穩定的液態金屬反應堆,迴歸了正常的壓水反應堆,平衡了潛艇航速與噪聲隱蔽之間的關係,所以到現在全部4艘中仍然還有3艘正在服役。在下潛深度方面,945型的鈦合金耐壓艇體使其最大下潛深度超過600米,仍然是現役核潛艇中下潛深度最大的潛艇之一。

    941型彈道導彈核潛艇,也就是我們熟知的“颱風”級,世界上最大的潛艇,排水量達到48000噸,3個主耐壓艇殼全部採用鈦合金製造,單艇鈦合金的使用量達到9000噸。所以實際上“颱風”的建造成本和使用成本都是極為昂貴的,當時造價達到5.25億盧布,相當於11435“庫茲涅佐夫”級航空母艦的成本。其維護費用也是667BDRM“德爾塔IV”的3倍。所以俄羅斯寧願繼續保留打擊能力偏弱的667DBRM也不願意繼續維持“颱風”,6艘941中的5艘已經退役,只有1艘“德米特里東斯科伊”號作為實驗潛艇還在服役。

    鈦合金按理說是一種優秀的潛艇製造材料,但無奈造價和加工工藝方面實在是一個國家無法承受的。上世紀60-70年代蘇聯為了追求潛艇的生存和突防能力不斷進行極端潛艇技術的實驗,力求提升潛艇效能的最大化水平。但這種無限制的不計成本的投入使得蘇聯最終也根本無法承受,大部分都草草退出現役。

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