區別於水面艦艇,潛艇最大的優勢是能夠潛入水中,利用海水來隱蔽自己,進行對敵攻擊,達到出其不意先發制人的目的;又可以在正常或者遇緊急情況時從水下浮出水面。而能實現這一能力,是潛艇有一套能控制上浮下潛的浮潛系統。浮潛系統通過對壓載水艙注水或排水的方式控制潛艇的潛浮。除了浮潛系統,其實潛艇上還有一套均衡系統,它同樣具備對水艙注水、排水或調水的能力。那麼潛艇在設定了浮潛系統後,為何還要再設定一套均衡系統呢?
潛艇的水下理想狀態——中性狀態潛艇在水下的理想狀態是保持中性狀態。潛艇在水下處於中性狀態時,它既不會上浮也不會下沉,並且艏艉吃水相等,無艏傾或艉傾。原則上要維持這樣狀態,潛艇必須要有精準的中和浮力(零浮力),這時,潛艇的重量剛好和它的排水量相等。但事實潛艇在水下航行時,受到糧食、淡水、燃油、武器彈藥的消耗;海區、水深、水溫引起的海水密度變化;發生海損後的大量進水;以及人為的為了滿足一些特定的水下航行需要而造成的不平衡等,都會引起潛艇的自重或浮力變化,因此,潛艇很難維持中性狀態。
潛艇水下控制面臨的問題:當潛艇的中性狀態被打破後,不平衡的力會造成潛艇上浮、下潛或傾斜,此時為了保證潛艇能夠固定在水下某一深度平穩航行,就要對這個力進行平衡(水下控制)。當這個不平衡力較小時,可以用利用水平舵的升力來平衡。但當潛艇的不平衡力過大時,舵力不足以平衡時,潛艇可能會失控,或直接浮出水面暴露,或墜沉到海底。這些危險的狀況會嚴重威脅潛艇的安全。為此,潛艇應採取緊急措施,如提高航速來提高舵力;當下沉或上浮過快時,對中間主壓載水艙進行大量的注水或排水。雖說這些緊急措施是有效的,但是仍然存在很多限制,甚至會帶來一些負面影響。如受潛艇最大航速影響舵力大小有所限制;角度過大舵無法使用;主壓載水艙無法精準調節;吹除用到高壓空氣有限;動靜過大易暴露潛艇等等。
水平舵是最快捷有效的調節潛艇浮態的裝置
潛艇為何要設定均衡系統?顯然,對於潛艇來說,想要更好的維持潛艇在水下的浮態,更應在平時就對潛艇的重量和浮力進行監控並調節。比如當潛艇的魚雷發射出去後,魚雷發射管內充滿了空氣。而發射管內空氣的重量和原來裝設的魚雷在重量上有著較大的差異,加上魚雷發射管大多佈置在潛艇的艏部或艉部,因此,這將產生最為不利的平衡。此時倘若有一套系統監控到這一變化,且迅速補入一定量的海水到發射筒中填補失去的重量,那麼潛艇的浮態就不會有很大的變化。為此,潛艇實際不光要裝備浮潛系統,還要裝備均衡系統。
潛艇的燃油系統設定的那麼複雜,在一定程度上就是為了降低燃油消耗對潛艇的影響
什麼是潛艇的均衡系統?均衡系統就是用於維持潛艇重量和浮力的平衡,消除不利縱傾和人為縱傾的系統。現代潛艇的均衡系統具有較高的自動化程度,可以根據艇態、航速、舵角、水艙的水量自動計算潛艇的不平衡量,再通過控制海水泵和電液球閥來自動完成調水和注排水。均衡系統由浮力平衡系統和縱傾平衡系統倆部分組成。
浮力平衡系統
浮力平衡系統是用於平衡潛艇浮力變化的系統。由調整水艙、海水泵、管路、閥件、流量及液位測量儀器等組成。調節水艙裝在潛艇舯部位置以減小系統在工作時對潛艇縱傾的影響。
浮力平衡系統的工作原理是:當監控到潛艇的重量或浮力發生變化時,系統開始向調整水艙注水或排水以保證潛艇不會上浮或下沉。調整水艙的注水多采用自流方式,排水則通過海水泵進行。
縱傾平衡系統
縱傾平衡系統顧名思義就是用於調節潛艇縱傾變化的系統。縱傾平衡系統通常採用壓縮空氣預壓調水和水泵調水兩種方式。壓縮空氣預壓調水的縱傾平衡系統由縱傾平衡水艙、空氣減壓器、空氣管路、消音器、水管路、閥件、流量及液位測量儀器等組成。水泵調水的縱傾平衡系統則由縱傾平衡水艙、均衡泵、管路、閥件、流量及液位測量儀器等組成。縱傾平衡水艙的佈置應該儘可能遠離重心位置,以提高作用力矩。
縱傾平衡系統的工作原理是:利用管道連線艏艉部的縱傾平衡水艙,當監控到潛艇發生傾斜時,由泵或者壓縮空氣驅動水流朝傾斜的反方向調水。