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一文看懂/海鯤潛艦亮相「賣關子」 為何俥葉仍包緊緊?

太報

更新於 2024年03月07日07:11 • 發布於 2024年03月02日23:00 • 郭宏章
國造潛艦首艘原型艦海鯤潛艦2024.2.27於高雄港內下水浮航測試,但其俥葉(螺旋槳)部位仍包覆未曝光,主因為保密。台船影片截圖

國造潛艦首艘原型艦海鯤潛艦於2月27日終移出海昌工廠,並且在高雄港內下水,海鯤潛艦從海昌工廠一步步移出,先進入中信八號浮塢,再泛水浮起,並由拖船拖入台船乾塢內,進行後續泊港測試,海鯤全艦外觀幾乎全部公開,魚雷管、側掃聲納、X型尾舵等都可清楚可見,惟獨艦艉的7片鐮刀式「俥葉」要用帆布緊緊包覆不外露。考量當然仍是保密,因偵搜水下潛艦靠聲納捕捉聲紋,如不包覆起來,敵方便能推算海鯤潛艇可能速度,及水下靜音程度。

海軍國造潛艦首艘原型艦海鯤潛艦於2024.2.27在高雄港內浮航測試,艦艉的俥葉(圖右)仍以黑布包覆保密。照片由「IDF經國號」粉專授權使用

國防安全研究院戰略與國防資源研究所所長蘇紫雲說明,把海鯤潛艦的俥葉、也就是把螺旋槳給包覆起來,這是一個情報保密的手法。因為俥葉的葉片數量與傾角角度,可以讓敵方用流體力學反推潛艦的設計速度,還有可能的靜音程度,可以抓個大概出來。因此,各國的潛艦都會把俥葉列為主要的保護對象。包括美國海軍維吉尼亞級(Virginia Class)核子攻擊潛艦採用更先進的「泵推進」(Pump Jet)系統,潛艦亮相時都是把它包覆起來保密的。

德國海軍212型(U36)柴電潛艦的俥葉特寫。摘自 Asia Time Twitter

潛艦的俥葉設計有幾個葉片,究竟有何差別?設計的技術要求有哪些?蘇紫雲表示,海鯤潛艦採用7片俥葉的設計,但潛艦俥葉未必都是7片,有的潛艦的俥葉是5片,這要看其潛艦的功能設定去設計。例如某一型潛艦是以低速、靜音航行為主的話,就會設計其俥葉葉片數量比較多,原理上是要降低「空蝕效應」(Cavitation Effect)。

蘇紫雲說,俥葉(螺旋槳)在水中旋轉時會產生氣泡。若轉速低,氣泡就會少,葉片就要多一點,這樣設計的話,就會抑制氣泡產生的數量,就會達到靜音的效果,免得對方的聲納聽起來會聽到「啵啵啵」的聲音,就洩露出潛艦行蹤。

美國海軍維吉尼亞級(Virginia Class)核子攻擊潛艦採用先進的「泵推進」(Pump Jet)系統,尚未公開前,也是將推進系統包覆起來保密。US NAVY

值得一提的是,海鯤潛艦的俥葉,就是台灣廠商自製,因為原本這一家廠商就是生產船隻的俥葉(螺旋槳),而潛艦的俥葉必須更為精密,因此由潛艦小組評估其技術能力之後,認為其能力不錯,可藉參與國造潛艦計劃的機會,提升國內廠商的能力,因此就將國造潛艦包括海鯤潛艦的俥葉(螺旋槳)交給這家國內廠商來生產,達到提升國內廠商技術層次。

事實上,潛艦的俥葉不光只有金屬製的,也有複合材料製造。蘇紫雲分析,複合材料的俥葉,通常用於可變軸距的設計,可以改變俥葉角度,因應不同的速度與任務需求,不過其大軸設計機構比較複雜,水面艦由於空間較大,比較容易塞進複雜的機構。如果是要用在潛艦上,通常會以傳統的俥葉設計為選擇,特別是首艘艦,而不會用可變軸距的複合材料俥葉。

日本新型「大鯨級」柴電潛艦四號艦「雷鯨號」(JS Raigei, SS-516)日前下水。日本海上自衛隊官網

至於是不是也有潛艦是沒有俥葉的?蘇紫雲表示,確實有,那就是「泵推進」(Pump Jet)系統,或稱為「幫浦噴射式」,也就是導管推進系統。

蘇紫雲指出,新一代核能潛艦,採用「泵推進」系統,沒有外露的俥葉,像是日本海上自衛隊新的大鯨級柴電潛艦,中共解放軍的096後繼型潛艦,都採用「泵推進」系統。

蘇紫雲說,「泵推進」系統其實很像水面艦採用的噴射推進系統,吸水之後再壓縮後推出去產生推力,好處是其物理性的運作,內置式的渦輪槳比較不容易受到外力損壞。而「泵推進」系統又叫做「導管推進系統」,外觀看起來像是兩頭開放的管子,還可以抑制噪音,是未來的潛艦可以考量的推進設計模式。

蘇紫雲也表示,潛艦還有更先進的推進方式,仍在研究階段,那就是著名軍事電影「獵殺紅色十月」虛擬的蘇聯颱風級潛艦,採用「磁導軌」或稱「磁流體推進器」(Magnetohydrodynamic Drive Thruster, MHD Thruster)推進,片中轉換該系統,尾隨的美軍馬上無法掌握,僅能依稀聽到艦上水兵高唱蘇聯國歌的聲音,堪稱該片經典劇情畫面,不過蘇紫雲也解釋,因為常溫(或稱高溫)超導體的技術瓶頸等,讓「磁導軌」或「磁流體推進器」距離實用性還有蠻遙遠的距離。

日本三菱重工於1991年推出世界首艘磁流推進的實驗船「大和一號」YAMATO-1。照片By Mugu-shisai - Own work, CC BY-SA 3.0

儘管日本三菱日本三菱重工在1991年曾推出世界第一艘以磁流體推進器做為推進動力的實驗船「大和1號」(YAMATO-1),航速15節,約時速28公里,但現在卻只躺在神戶海洋博物館。蘇紫雲解釋,這是因為「磁導軌」利用勞倫茲力(Lorentz Force),涉及物理場的調整,等於是用磁力來帶動機械,再與海水產生反作用力前進,目前沒有在國造潛艦計劃評估的範圍。

蘇紫雲表示,潛艦的俥葉或是推進系統設計,都想要達成幾個複合式的目標,最優先的是更安靜,第二是更能提高速度,第三是降低耗功(Work),也就是降低能量耗損,在柴電潛艦也就是減少耗電。若能達到以上這三種目標的話,就是潛艦推進系統設計的目的。

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