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從潛艇在軍事和國防中的重要地位出發(fā)，結(jié)合潛艇發(fā)展史上出現(xiàn)的重大事故，簡要介紹了國內(nèi)外潛艇救生技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，創(chuàng)新性地提出了氣囊技術(shù)用于潛艇應(yīng)急上浮方案的設(shè)想，并對該方案的組成、工作過程及主要參數(shù)計算做了重點(diǎn)闡述。以某救生艇為例建立了潛艇上浮的模型，計算該艇從水下600 m上浮至水面的時間，充分展現(xiàn)了氣囊方案的優(yōu)越性。與潛艇傳統(tǒng)的壓載水系統(tǒng)做了比較，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。提出了本方案具體實施所需的關(guān)鍵技術(shù)及今后研究工作的重點(diǎn)。

Abstract: Form submarine's important position in military and national defense,combining with fatal accidents appeared in submarine phylogeny,this article briefly introduces current status and development trend of submarine litesaving technology,then originally puts forward a conceive of ballonet technology used for submarine emergeney ascend,and mainly elaborates the projeet structure,working process and key parameter calculation.Taking a reacue boat as an example,build up the submarine ascending model and rompute the time of the boat foating from underwater 600 m to surface.This model fully presents the auperiority of the ballonet technology.Immediately compare this method with traditional submarine's pressing and carrying water system,point out their advantage and disadvantage respectively.Lastly the key technology needed in actualizing the projeet concretely and the main work for the future are proposed.

潛艇在一個國家的軍事和國防中占有十分重要的地位，是海軍的重要作戰(zhàn)力量，可以執(zhí)行反艦、布雷、偵察和特種作戰(zhàn)等任務(wù)；尤其攻擊型核潛艇具有殺傷性大、耐久力強(qiáng)、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，有著極大的威懾力，在戰(zhàn)爭中具有不可替代的作用。隨著科技的發(fā) 展，反潛技術(shù)的進(jìn)步，終將導(dǎo)致潛艇往大潛深方向發(fā) 展。而潛艇有其致命的弱點(diǎn)：儲備浮力小、抗沉能力弱、構(gòu)造復(fù)雜、水下環(huán)境惡劣等。盡管現(xiàn)在潛艇的性

能不斷提高，這些因素的存在依然增加了潛艇失事的概率?？v觀潛艇發(fā)展史，一直為悲劇性事故和災(zāi)難所充斥，常規(guī)潛艇沉沒的威脅多來自外界，而核潛艇沉沒的風(fēng)險多出于本身。世界上第1艘失事的核潛艇 (美國“長尾籃”號核潛艇)1963年4月沉沒在美國的科德角附近海域；1989年4月，蘇聯(lián)1艘 M 級“共青團(tuán)員”號攻擊型核潛艇在巴倫支海起火沉沒；2000 年8月13日，俄海軍“庫爾斯克”號多用途核潛艇在巴倫支海參加北方艦隊演習(xí)時發(fā)生事故沉沒。我國也發(fā)生過2起重大潛艇事故：一起是50 年代末“418”號潛艇操作失誤；一起是2003年5月的“361” 號潛艇機(jī)械事故。在大力發(fā)展?jié)撏У耐瑫r，必須思考如何提高潛艇的安全性。

潛艇事故的發(fā)生，催生了救援技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)階段潛艇救生方式大致有3種：自救、援救及自救與援救相結(jié)合，它們都有各自的弊端，很大程度上受到了海域的限制。淺海還可以視具體情況采取自救的辦法脫險，而深海援救必須依靠外界。在深潛救生方面，美國、俄羅斯、挪威、瑞典、英國處于世界先進(jìn)水平。由于深潛救生設(shè)備的制造和運(yùn)行費(fèi)用很高，導(dǎo)致了多數(shù)國家無法問津。隨著潛艇作戰(zhàn)性能的不斷提高，潛艇救生設(shè)備和技術(shù)也在向更快、更深、更有效的方向不斷發(fā)展和完善。當(dāng)前救生體系主要有以下發(fā) 展趨勢：①注重自救脫險裝備的研究；②提高深潛敕生艇的性能；③研制新型輔助設(shè)備；④整體配套，形成援潛教生裝備的系列化；⑤形成多國援救裝備的標(biāo)準(zhǔn)化，尋求國際合作-*]。

現(xiàn)有救生系統(tǒng)的發(fā)展無法滿足潛艇大潛深的需求，迫使我們尋求一種更加切實可行的救援方案。本文在了解國內(nèi)外潛艇救生技術(shù)及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)之上，創(chuàng)新性地提出了氣囊技術(shù)用于潛艇應(yīng)急上浮的構(gòu) 想，也可用在深潛器、觀光艇等方面的救援。目前國內(nèi)外救援技術(shù)主要側(cè)重于人員的救生，而人員的救生受到很多因素的限制，尤其在大潛深的情況下，大大增加了救援的難度。本方案側(cè)重于潛艇整體應(yīng)急上浮，提高了救援的成功率，這也正是本方案的新穎之處，具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

氣囊是一種依靠內(nèi)部充入具有一定壓力的氣體，使得膜面張緊產(chǎn)生張力來抵抗外部載荷效應(yīng)的薄膜結(jié)構(gòu)。氣囊用在汽車被動安全裝置上(即安全氣囊),能減緩或隔離沖擊效應(yīng)，降低事故中人員的傷亡率。氣囊技術(shù)用于船舶下水領(lǐng)域克服了固定式下水滑道的弊端，發(fā)展成為今天極具靈活性的柔性下水技術(shù)，具有安全可靠、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。目前正逐步拓展到船舶防撞、沉船打撈、重物搬運(yùn)、建筑工程以及氣體、液體運(yùn)輸、臨時水庫、油庫、浮橋和搶險救災(zāi)等領(lǐng)域，顯示出了廣闊的應(yīng)用前景3。

作為潛艇應(yīng)急上浮方案的氣囊，其主要工作過程如下：當(dāng)潛艇在下潛深度出現(xiàn)液壓系統(tǒng)失效或受到深水炸彈的攻擊，引起水平舵失控、操作系統(tǒng)失效或無響應(yīng)、火災(zāi)、耐壓殼進(jìn)水等緊急情況時，啟動應(yīng)急氣囊

上浮方案；利用潛艇攜帶的高壓氣瓶迅速將氣囊吹張，憑借氣囊所提供的浮力使?jié)撏軌蚩焖偕细≈磷?nbsp; 救深度；同時向外界發(fā)送救援信號，等待救援的到來。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，必須在艇上布置一套完整的系統(tǒng)。主要包括高壓氣瓶、充氣管路、氣囊、控制和檢測裝置等。方案流程圖如圖1所示。當(dāng)潛艇在下潛深度出現(xiàn)緊急情況時，將危險情況發(fā)給檢測裝置進(jìn)行評估，如果僅依靠潛艇自身的壓載水系統(tǒng)可以排除故障，就不用啟動氣囊應(yīng)急上浮方案；否則打開高壓氣瓶，對氣囊進(jìn)行快速充氣，當(dāng)氣囊體積達(dá)到設(shè)定值時，便停止充氣。

氣囊數(shù)目的確定主要取決于單個氣囊的體積大小、潛艇的重量、所攜帶壓載水的重量和排水量。假設(shè)單個氣囊的體積為V。,潛艇的質(zhì)量為m?,壓載水的質(zhì)量為m?,潛艇的排水量為V。氣囊的個數(shù) n的計算為：

式中：p為海水密度；g 為重力加速度。潛艇在上浮過程中，由于氣囊所承受的背壓在逐漸減小，導(dǎo)致內(nèi)部氣體的膨脹，最終使得氣囊的體積變大。氣囊體積變大，氣囊所提供的浮力也變大，因而加快了潛艇的上浮速度。所以，氣囊的數(shù)量并不是越多越好，要綜合考慮高壓氣瓶的負(fù)重和充氣的時間等因素。

此方案除了保證潛艇能快速地浮出水面以外，還要確保潛艇在上浮過程中穩(wěn)心在較小的范圍內(nèi)變動，因此必須對氣囊進(jìn)行浮力分布設(shè)計。在計算潛艇的質(zhì)心和穩(wěn)心的前提下，利用力矩平衡得出姿態(tài)控制方案，使?jié)撏г谒刑幱谄胶馍细顟B(tài)。氣囊體積和位置的確定要視艇體的具體情況而定，一般應(yīng)在中部布置，主要考慮在上浮過程中對潛艇穩(wěn)心的影響。

為了便于計算，對高壓系統(tǒng)模型做如下簡化：認(rèn) 為從高壓氣瓶到充氣管路中氣體的流動為等熵流；高壓氣體在管路中的流動為有摩擦的絕熱流動；高壓氣體在氣囊內(nèi)的膨脹為絕熱過程。簡化模型如圖2所示。計算分為3步：首先采用等效長度法對充氣管路進(jìn)行等效，其次計算管路的質(zhì)量流量及出人口參數(shù)，最后根據(jù)氣囊的體積計算充氣時間。

在進(jìn)行等效長度計算時，應(yīng)考慮管路的沿程損失和局部損失，分別計算各管段的當(dāng)量長度及等效長度，進(jìn)而計算管路的等效長度。計算關(guān)系如下：

將潛艇所在深度處的壓力作為氣囊的背壓P, 設(shè)氣囊膨脹所需要的空氣量G, 充氣時間為t。同時根據(jù)所需要的空氣量以及氣源參數(shù)還可以計算潛艇應(yīng)該攜帶高壓氣瓶的體積。

建立潛艇上浮模型，可以得到氣囊的體積、布設(shè) 氣囊的數(shù)量以及上浮到一定深度所需要的時間等參數(shù)。在潛艇上浮的過程中需要考慮水阻力的影響。水阻力的計算公式：

(18) 式中：e為水阻力系數(shù)，由試驗測得；p 為海水密度；o 為上浮過程中潛艇的速度；A 為接觸面積。在潛艇上浮過程中，加速度是逐漸變大的。利用微段分析的方法，認(rèn)為在上浮 dh高度的過程中是恒加速運(yùn)動，參照

式中：,為t時刻的速度；a,為t時刻的加速度。潛艇上浮過程中需要考慮的因素很多，所以計算起來十分困難。下面以某型深潛救生艇為例，估算它從水下 600 m 深度上浮到水面所需要的時間。

為了給艇體一個初始的加速度，在艇重心處布置一個體積為35m3的球形氣囊。把艇體看作是一個有表面積的質(zhì)點(diǎn)，假設(shè)在上浮過程中各處的速率一致。采用 MATLAB 編程方法，得到上浮到水面過程的時間。取水阻力系數(shù)c=2.77×10~”, 忽略氣囊及其內(nèi)部氣體質(zhì)量的影響，不考慮氣囊表面積對水阻力的作用，艇體上浮到水面僅需要55.89 s。仿真結(jié)果如圖3所示。

從這個例子可以看出，氣囊可在較短時間浮起遇難潛艇。目前壓載水技術(shù)已經(jīng)十分成熟，不可能出現(xiàn) 例子中認(rèn)為的艇體全部進(jìn)水情況，所以氣囊應(yīng)急上浮方案也可作為傳統(tǒng)壓載水系統(tǒng)的一個備用方案，增強(qiáng) 潛艇應(yīng)對危急情況的信心。

潛艇壓載水系統(tǒng)的主要任務(wù)是將壓載水注人壓載水艙或自壓載水艙排出，從而達(dá)到潛艇上浮、下潛等不同狀態(tài)，保持恰當(dāng)?shù)呐潘俊⒊运S持適當(dāng)?shù)姆€(wěn) 心高度，減輕艇體振動的目的，是調(diào)整潛艇浮態(tài)的重要輔助系統(tǒng)。

1)潛艇的壓載水系統(tǒng)管路復(fù)雜，在壓載水注入和吹除的過程中，導(dǎo)致能量損失比較嚴(yán)重；而氣囊應(yīng) 急上浮方案管路系統(tǒng)較少，能量損失大大減小。

4)壓載水系統(tǒng)布置在潛艇底部，當(dāng)潛艇發(fā)生意外傾覆時，它不能正常工作或吹除不徹底。而氣囊在任何情況下充氣后均能夠自由上浮，充分體現(xiàn)了氣囊救援方案的優(yōu)越性。

本方案能補(bǔ)充壓載水系統(tǒng)存在的不足，可以作為壓載水系統(tǒng)的主要備用措施。相信在潛艇技術(shù)飛速發(fā)展的將來，一定可以設(shè)計出更加完善的教援方案。

本方案具體實施有一定的難度和局限性，至少要突破以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：①當(dāng)前氣囊還不能夠承受大潛深的水下壓力，有待于新型材料的研制；②高壓氣體在水下膨脹這一復(fù)雜的過程能否實現(xiàn)預(yù)定的功能，還有待于進(jìn)一步研究；③氣囊與艇體的接口技術(shù)：氣囊提供的浮力越大，氣囊根部與艇體連接處的受力也就越大，所以接口技術(shù)的突破也是該方案的主要問題所在；④氣囊外形的優(yōu)化技術(shù)，主要從減小水阻力方面考慮。所有這些問題的存在為今后的研究指明了努力的方向。

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