曾在北極海域破冰而出的俄羅斯北風(fēng)之神級(jí)戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇

俄羅斯德爾塔Ⅳ級(jí)戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇。

韓國崔瑩號(hào)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦。資料圖片

隨著科技發(fā)展，現(xiàn)代艦艇作戰(zhàn)性能和續(xù)航能力得到大幅提升。與此同時(shí)，艦艇抗寒防凍招數(shù)也在不斷增加。隨著極地成為各國關(guān)注的軍事熱點(diǎn)地區(qū)，艦艇前往高緯度冰雪海域的頻次增多，防凍成為更多國家海軍艦艇必須面對(duì)的問題。

去年3月，俄羅斯3艘核動(dòng)力潛艇在北極某海域半徑300米的范圍內(nèi)同時(shí)破冰而出，在彰顯其水下軍事實(shí)力的同時(shí)，也體現(xiàn)出該國在艦艇防凍方面的成果。那么，艦艇在冬季或者極寒海域如何防凍？艦艇在設(shè)計(jì)中如何應(yīng)對(duì)“冷”課題？請(qǐng)看相關(guān)解讀。

冰天雪地間，低溫對(duì)艦艇性能的影響幾乎無處不在

對(duì)一艘艦艇來說，當(dāng)所在海區(qū)溫度降到冰點(diǎn)以下時(shí)，甲板平臺(tái)等區(qū)域就可能出現(xiàn)結(jié)霜、結(jié)冰現(xiàn)象。

2014年年底，前往符拉迪沃斯托克訪問的韓國海軍崔瑩號(hào)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦，就因遭遇低溫艦體出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)冰現(xiàn)象。艦體表面披上了厚厚的“冰衣”，尤其是艦艏的127毫米口徑主炮被凍成了“冰棍”。推測其原因，或者是向來活動(dòng)在較低緯度海域的韓國海軍艦艇缺乏應(yīng)對(duì)這種極寒天氣的經(jīng)驗(yàn)，或者是艦艇設(shè)計(jì)上未太突出這方面的要求。

艦艇在極寒天氣或環(huán)境中結(jié)冰、結(jié)霜原因是多方面的：艦艇由鋼鐵打造而成，導(dǎo)熱性強(qiáng)，在寒冷天氣下其溫度很容易達(dá)到冰點(diǎn)以下，遇水即成冰；艦艇甲板管路系統(tǒng)較為復(fù)雜，一旦管路漏水，在冰點(diǎn)以下就會(huì)結(jié)冰；最常見的來自海浪撲濺，積水結(jié)冰；突遇降雪天氣，積雪不能及時(shí)清除時(shí)，艦艇也會(huì)結(jié)冰。

可以說，極寒天氣或低溫環(huán)境帶給艦艇的影響是全方位的，包括人員安全、設(shè)備運(yùn)行、艦載武器使用以及艦艇行駛的穩(wěn)定性等。其對(duì)艦載裝備的影響，主要體現(xiàn)在機(jī)件應(yīng)力收縮、蓄電池性能降低等方面；對(duì)人員的影響則集中體現(xiàn)為凍傷及在冰面上操作存在安全隱患等。

極寒天氣帶來的低溫對(duì)艦艇所用油、水的影響首當(dāng)其沖。燃油在溫度驟降時(shí)密度會(huì)發(fā)生變化，最終凝固或體積變��；滑油由于凝點(diǎn)低，一般不會(huì)出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，但也會(huì)和燃油一樣因低溫體積變小，影響使用效果；海水、淡水在低溫條件下會(huì)結(jié)冰膨脹，易導(dǎo)致管路等破裂。

對(duì)低溫帶來的這些影響，如果不采取措施消除，就可能使艦艇在“冰刀霜?jiǎng)Α钡穆?lián)手攻擊中陷入困境甚至是危局。

多措并舉，艦體和設(shè)備穿上“保暖衣”

低溫對(duì)艦艇性能的多方面影響，決定了艦艇必須在防寒、除冰方面下大功夫。這些功夫既要下在一些“面子”工程上，也要下在一些“里子”工程上。出于在冰水中航行的需要，艦艇還要在破冰能力與處理險(xiǎn)情方面未雨綢繆。

艦體長期浸泡在海水中，受極寒天氣或者低溫環(huán)境的影響最直接。為減少熱脹冷縮帶來的破壞，船體一般都會(huì)選用低溫韌性材料。

不少國家在艦艇設(shè)計(jì)建造過程中，都會(huì)采取措施提高船體材料的低溫韌性。一是在鋼鐵原料內(nèi)增加不同比例的金屬形成合金，這些金屬元素的“聯(lián)手”可以在一定程度上提高鋼鐵的低溫韌性；二是改變鋼鐵本身碳、氮、氧的含量，從而提高材料的低溫韌性。

“面子”工程所包含的內(nèi)容很多。比如，為避免因駕駛室內(nèi)外溫差過大玻璃窗結(jié)霜、結(jié)冰，窗戶通常會(huì)采用帶電熱絲的玻璃；為保證艦面裝備正常運(yùn)行，它們一般會(huì)被罩上既能保溫又易于“穿”“脫”的“衛(wèi)衣”，一方面蔽體保溫，另一方面也便于防冰除雪；艙面及一些低溫部位所配電箱和電控裝置，帶有電加熱裝置，以保證用電安全；位于甲板上的管道系統(tǒng)，通常會(huì)用保溫絕緣層包裹，并配備防凍閥門，以保證在極寒環(huán)境中正常排放海水、淡水，等等。

“里子”工程的內(nèi)容更加龐雜。一些重要艙室及油、水柜通常采用雙層底設(shè)置，這種設(shè)置使其既可以作為壓載水艙來增加船舶抗沉性，對(duì)在極寒環(huán)境中航行的船舶來說，它就如同寒冷地區(qū)房屋窗戶所用的雙層玻璃，能減少與外界的熱量交換，起到隔冷防寒作用。

在極寒環(huán)境中航行，水艙一般會(huì)預(yù)留10%左右的體積以應(yīng)對(duì)海水、淡水遇冷膨脹帶來的影響。如果艙室體積較大，則存水時(shí)預(yù)留的空間比例會(huì)更大。

舵機(jī)、錨機(jī)及相關(guān)操縱裝置是防寒重點(diǎn)“關(guān)照”對(duì)象。一般來說，這些關(guān)鍵部位的有關(guān)艙室都有相應(yīng)加熱裝置。在一些關(guān)鍵部位，如錨機(jī)的液壓管路，由于它貼近甲板位置，還要用保暖材料對(duì)管路進(jìn)行包扎防凍，從而確保錨機(jī)任何時(shí)候都能正常使用。

主、副發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助機(jī)械冷卻系統(tǒng)的海底門閥箱是防凍重點(diǎn)之一。一般會(huì)在閥箱內(nèi)設(shè)置加熱盤管，用以除冰，并保證所吸入的是低溫海水，而不是碎冰。

對(duì)在厚冰封凍水域中航行的艦艇來說，僅保持體溫還不夠，還要有針對(duì)性地“外練筋骨皮”。艦艏及球鼻部位通常會(huì)采取防冰加固措施，以適應(yīng)破冰的需要。艦艏外殼至少要采用5厘米厚的鋼板，和球鼻部位內(nèi)部一樣，會(huì)用密集的鋼構(gòu)件來對(duì)其支撐。水線部位則常用合金鋼來建造，以確保能應(yīng)對(duì)堅(jiān)冰的撞擊。

應(yīng)急消防系統(tǒng)是“保底”工程，所以其管路的位置，通常在艦艇上溫度正常的地方，且消防系統(tǒng)的數(shù)量會(huì)確保在2套以上。對(duì)大多數(shù)艦艇配備的泡沫滅火系統(tǒng)，包括室外泡沫原液罐、泡沫原液管線及泵體等，也會(huì)采取一定保溫措施，以確保用時(shí)安全、順利和高效。

持續(xù)發(fā)展，向科技要防凍除冰能力

艦艇防凍技術(shù)及措施在不斷提高和完善，但是面對(duì)艦艇所結(jié)的冰，大部分國家的海軍如今依然在使用古老而有效的木槌碎冰法。2018年10月，美國杜魯門號(hào)航母戰(zhàn)斗群巡航北極圈，自以為風(fēng)光無限的航程最后成了航母上的“勞動(dòng)日”，水手們只好奮力揮動(dòng)棒球棍和鐵鏟進(jìn)行除冰作業(yè)。

如今，船舶防凍除冰技術(shù)的發(fā)展主要包括兩個(gè)方面：一方面是運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)，主要由機(jī)械、電熱能或者人力除冰。機(jī)械除冰是指通過機(jī)械使冰的內(nèi)部產(chǎn)生破壞應(yīng)力，進(jìn)而使冰從船體表面脫落；電熱能除冰則是通過熱力進(jìn)行融冰除霜。目前，在艦艇上甲板等區(qū)域的除冰主要以機(jī)械除冰為主。這是因?yàn)榧装逦恢幂^低，如果將冰用熱力融化成水，流經(jīng)寒冷的排水口和疏水管道時(shí)容易再次結(jié)冰發(fā)生堵塞；對(duì)于重要設(shè)備的除冰，則大多是通過電能和熱能來實(shí)現(xiàn)。兩者相比，機(jī)械除冰法比熱力融冰法能耗低得多，但這種方法需要安裝相應(yīng)機(jī)械部件。人力除冰方法相當(dāng)危險(xiǎn)，目前各國已基本不再使用。

另一方面是應(yīng)用新技術(shù)。一是納米技術(shù)，即將納米材料與樹脂結(jié)合，應(yīng)用到船舶涂層中，使其表面呈現(xiàn)出很強(qiáng)的防水特性，從而防止艦艇結(jié)冰。二是記憶合金技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)在航空航天方面應(yīng)用較多。其最大優(yōu)勢(shì)是能利用合金的記憶特性，使船舶表面發(fā)生應(yīng)力變化后很快恢復(fù)原狀，在合金形變過程中達(dá)到除冰效果，但其工藝相對(duì)復(fù)雜，具體應(yīng)用到船舶防凍方面還有一段路要走。三是微波加熱除冰技術(shù)，即在船體上敷設(shè)一層特殊材料涂層，利用微波使材料中的特定分子高頻快速振動(dòng)產(chǎn)生熱能，進(jìn)而融化這一部位的冰層。這些技術(shù)再加上機(jī)械除冰，有望達(dá)到理想的除冰效果。

由此可見，向科技要防凍除冰能力正成為一種趨勢(shì)。雖然一些技術(shù)距離成熟運(yùn)用還有一段距離，但可以預(yù)計(jì)，隨著科技持續(xù)發(fā)展及其與實(shí)踐的進(jìn)一步融合，艦艇將在不遠(yuǎn)的未來更好地解決受極寒天氣和低溫環(huán)境影響的問題。（馬玉彬、姜卓 、何文海）

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