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国外援潜救生装备机动搭载能力分析

2021-01-05

机电设备 2020年6期
关键词:机动潜艇救援

崔 戈

(海军装备部驻北京地区第七军事代表室,北京100841)

0 引言

援潜救生设备功能卓越,深潜救生艇、救生钟、侧扫声呐、作业型ROV、AUV等援潜救生设备发展到今天基本上能够满足复杂情况下的潜艇救援任务。潜艇的活动区域几乎遍及地球上除两极外的所有海洋,但由于援潜救生船只为大国海军才有的配置,世界上现役的仅有美国、英国、俄罗斯等十几个国家具有专业的援潜救生船。

从国际上现有的援潜救生能力而言,发展全球援潜救生国际合作是必要的,原因是潜艇本身发生沉没的概率较低,造成援潜救生装备使用率低下。但为了具备援潜救生能力必须要进行救援训练,加之设备本身的特殊性均造成了维护成本居高不下。

现仅有的英国、美国、韩国、新加坡、巴西等几个国家具备援潜救生能力远远不能满足72 h最佳救援时间的要求。潜艇在全球四大洋航行,分布较广,即使本国有最先进的救援装备,当进行援潜救生时需要快速、有效地投入救援,因此未必用得上。在确定失事潜艇的地理位置后,能够快速到达失事地点并具备足够的救援能力的船舶且处于72 h有效救援半径内实现援潜救生,几乎是个小概率事件。然而,为了提高援潜救生效率,而建造过多的专用船舶是不切实际的。因此,实现援潜救生设备的机动搭载能力具有长远指导意义。

我国海疆辽阔,随着国防体系逐步完善,走向深蓝的步伐也在加快,潜艇作为我国国防的重要舰艇,发展迅速,因此更需要强有力的援潜救生能力保障。在现有的援潜救生能力基础上,必须提高机动搭载能力,实现我国海域快速救援体系,为潜艇提供有力保障。

1 美国援潜救生装备机动搭载能力分析

美国海军在2017年4月为潜艇保障船“支配者”号安装了首套SRDRS援潜救生系统。该保障船目前部署在加利福尼亚州科罗拉多市的北岛海军航空站。“支配者”号将取代此前的“神秘者”号和“阿瓦隆”号2 艘救援船。其中,SRDRS援潜救生系统是美国海军仅有的一种深潜救援系统,代表着潜艇救援系统最先进的深潜救生技术水平。

除现役的军方潜艇保障船“支配者”号以外,现还有2艘美国海军租借方式拥有的深潜救生母船分别为“Kellie Chouest”号和“Dolores Chouest”号,归美国海上运输和物流公司(Edison Chouest Offshore)所有。出于机动搭载需求,美国海军对T-AFT级拖船以及与T-AFT级拖轮相近的商船等机动搭载能力进行了筛选,形成了援潜救生搭载平台,该平台上分布在世界各地并由数千艘拖轮及商船组成。美国海军机动搭载的备选船舶分布在世界各个区域,并采用陆路、空中运输实现机动搭载。美国空中运输能力突出,美国海军的机动搭载依靠C-5、C-17、C-130等系列大型运输机空运援潜救生装备完成[1]。

SRDRS援潜救生系统用于救援在深海发生事故、无法直接出艇逃生的舰员。该系统在高压下的运行(TUP)能力将允许舰员从失事潜艇从失事潜艇的耐压舱向救援船进行转移和减压。一旦出现潜艇失事,SRDRS援潜救生系统可以通过汽车、飞机或舰船快速部署到失事地区,对全球范围内的潜艇实施救援。SRDRS系统是一种栓系的遥控载具,放入水中后可与失能的潜艇舱口相连接。在事故现场,SRDRS系统与母船合作,一次最多可以容纳16 名被救人员和2 名内勤人员。

SRDRS从功能上可以分类为:评估/水下作业系统(AUWS)、潜艇减压系统(SDS)、带压救援模块系统(PRMS)、PRMS所需支持设备4部分。潜艇减压系统(SDS)、带压救援模块系统(PRMS)、PRMS所需支持设备重量约183 t 均安装在援潜救生保障母船上[2]。潜艇救援潜水再加压系统(SRDRS)组成见图1。

图1 美国潜艇救援潜水再加压系统按功能分类

SRDRS系统设备在船上安装示意图如图2所 示。

图2 SRDRS系统设备在船上安装示意图

其中耐压救援模块采用了24 in(1 in=2.54 cm)集装箱框架,便于运输。SRDRS系统耐压救援模块示意图见图3。具体参数如下:

1)外廓尺寸参照24 in 集装箱制作。

2)宽度8 in,高度8 in、14.5 in(带裙)。

3)重量为20522kg。

4)排水量为202kN。

5)浮力为890N。

6)搭载人员为2名机组人员和16 名被救人员。

图3 SRDRS系统耐压救援模块示意图

布放回收系统(LARS)采用设计轻巧结构紧凑的主动波浪补偿系统以减轻起升绞车的骤变负荷,见图4。

图4 SRDRS系统LARS示意图

布放回收系统装备了张力补偿绞车和运动阻尼器,最大限度地保证所有人员的安全。布放回收门架装置设置在船尾部。布放回收系统结构完全采用模块化运输需要进行设计,左侧底座/左变幅油缸/左纵梁成为一个运输单元模块,上部横梁形成一个运输单元模块、布放回收装置形成一个运输单元模块、右侧底座/右变幅油缸/右纵梁成为一个运输单元模块,从而为机动搭载形成了有力的模块化设计保障。

为保证系统的机动搭载,SRDRS系统的控制装置、减压舱、供电装置、辅助设备均用标准集装箱进行制造,气瓶架采用了标准集装箱的框架结构更利于吊装。

图5 SRDRS系统设备机动搭载安装基础照片

在船上安装,采用集装箱联接框架预先安装在船体甲板上并采用集装箱专用连接件进行联接,如图5所示。

运输方式采用救援仓库到港口的救援船上采用陆路或航空运输。不进行减压治疗的援潜救生任务时的系统参数为:

1)占用船甲板最小面积为33'×88',约为2 904 ft2(1 ft=0.304 8 m)。

2 )货物重量为1 6 9 t。

3)单位重量为5 t/m2。

进行减压治疗的援潜救生任务时的系统参数为:

1)能够加压救援并转移到减压舱,最大达490 kPa;

2)占用船甲板最小面积为33'×88',约为309.6 m2。

3)货物重量为224 t。

4)单位重量为5 t/m2。

对机动搭载母船要求:

1)耐波性要求。长度为67.06 m(最小),波宽为12.192 m(最小)。

2)搭载人员为25人(最小)。

3)可利用甲板区域为29.9 m×10.4 m(最小)。

4)最小甲板强度。静力4.20 MPa(A架区域),3.53 MPa(其他区域),动态:7.06 MPa。

5)位置保持能力。在500 in 半径内的观察圈内的位置使用4点系泊能够维持位置。

6)对要求进行变更跟踪时允许使用船舶动力定位。

2 北约潜艇救援系统(NSRS)机动搭载能力分析

北约潜艇救援系统(NATO Submarine Rescue System,NSRS)是以英国为首,由英国、挪威、法国联合研制,并由ROLLS-ROYCE 公司作为北约潜艇救生系统(NSRS)总体设计和建造。Perry Slingsby Systems(PSS)公司负责救援潜器的设计和建造,Divex公司负责带压状态下转移系统,工程商业公司负责布放回收系统。以苏格兰法斯兰的克莱德为基地,在12 h 内通过陆路运输或空中运输的方法运送到救援母船上,从而实现72 h 有效潜艇救援[2]。北约潜艇救援系统(NSRS)2008年3月完成海试并多次完成了欧盟、北约的援潜救生演习。

NSRS主要由干涉系统和救援系统2 个子系统组成:干涉系统由1台干涉遥控潜器(ROV)及其布置在右舷的小型A架组成的ROV布放回收系统组成,能够通过快速部署到潜艇遇险地点进行勘察,为救援做现场准备并提供生命保障;救援系统是一个较大的子系统,由1台深潜救生艇、便携式的布放回收系统、受压状态下转移系统和其他相关的保障装备组成。北约潜艇救生艇(SRV)的主要技术指标如下[3]:

图6 北约NSRS系统组成简图

最大工作深度为610 m;作业海况为6级;空气中重量为30 t;救援能力为15人/次;艇员配置:3人;对接能力为60°倾角;储备浮力为1.1 t;速度>4 kn(1 kn=1.852 km/h);主推进器:左右舷各1个功率为23 kW、电压为258 VDC、直径600 mm 的推力器;辅助推进器:两侧各1台可回转推力器,艏艉各1台水平推力器;控制模式:自动定航、自动定向、自动定深;液压系统为2 台23 kW 液压源;主电池:电压258 VDC、可持续供电量102 kW·h,电压24 VDC、可持续供电量34 kW·h;应急电池:电压24 VDC,可持续供电量1.5 kW·h;CO2吸收剂为1080人时。

深潜救生艇(PSSL SRV)具有3大显著的改进:

1)能源。采用Zero Emission Battery Research Activity(Zebra)电池替代铅酸电池。Zebra电池利用镍氯化纳电池产生的化学能,具有高能量密度。与同等结构铅酸电池相比,同等能量的Zebra电池模块重量大约为铅酸电池的60%。

2)高质量的视频、音频和数据通讯。NSRS SRV通过一根直径5 mm的中性浮力的光纤微缆与母船通信,缆的破坏载荷为3.9kN由于没有笨重的铠装缆的连接,光纤微缆可提供高质量的视频、音频和数据通讯。这一中性光纤缆可以使NSRS SRV不受母船水面运动的影响,微小的直径不会给SRV带来较大的海流阻力。

3)恶劣海况下布放回收。在恶劣海况下,SRV可进行无潜水员的回收操作。进行无潜水员的回收操作需要2个显著条件,一是SRV,和母船之间有连接缆,二是利用连接缆回收SRV。救生艇其它新特征还包括配备闭式循环独立呼吸系统装置,可使艇员在有害环境中长期生存,并具有对失事潜艇有毒气体分析的能力。

NSRS系统拥有可移动式的收放门架(PLARS),该多功能门架配备有波浪补偿装置和减振器,以实现极端环境下的安全操作,具有高海况收放能力,多功能门架装置是整个救援系统中的重要组成部分。PLARS还能够在无潜水员支持的情况下采用吊索回收高海况条件下的深潜救生艇(SRV),使用导索和1套闭锁捕捉装置进行操作以尽最大可能提高所有人员的安全。PLARS特点如下:

1)商业采购。

2)模块化设计。

3)可在6级海况下实施无潜水员吊放回收作业。

4)采用双吊放回收模式,安全可靠。

5)具有紧急回收功能。

6)对甲板的负载最小化。

7)完全适用于C-130和A400M飞机运输。

移动式加压装置(TUP)完全自动化,可全面为逃生者提供减压恢复和医学治疗。TUP特点如下:

1)可容纳68人(含医疗人员),可加压至0.6 MPa。

2)双系统记录数据,以记录治疗类选法和清洁化处理的数据。

3)在开放的结构中可采用完全空气饱和减压法。

4)在闭式结构中可采用多种减压法。

5)可加速吸氧减压。

6)移动式舱室灵活性高。

7)采用集中控制布局的整体化系统,为艇员在恶劣海况下提供较高的人身安全。

8)甲板模块易于快速装载。

9)完全采用标准集装箱,适用于任何类型军用飞机运输。

10)采用了成熟的商用技术和军用技术。

北约潜艇救援系统(NSRS)尽管设备采用了模块化建造,还是采用了传统的部件方式安装在专用援潜救生船舶上,尚未完全发挥其机动搭载能力。

NSRS系统拥有可移动式的收放门架(PLARS)由于其功能复杂,尽管采用了模块化建造,但其底座重量较重,无法像美国SRDRS系统进行底座/变幅油缸/纵梁组合,布放回收装置体积庞大且有维修平台,更影响了机动搭载能力。因此整体机动搭载能力上比美国SRDRS系统要弱。

3 机动搭载能力分析的启示

通过对美国SRDRS援潜救生系统和北约潜艇救援系统NSRS机动搭载能力分析可以看到,机动搭载已经形成了援潜救生新的发展方向。而形成机动搭载能力,首先要分析海陆空运输能力,从而确定援潜救生设备模块单元的最大重量和体积,其次是对机动搭载船舶的能力评估,并进行搭载基础的建造。

海陆空运输能力分析是基于标准集装箱装载进行划分的,采用20 in 和10 in 标准集装箱完全能够满足航空运输需求,而陆运和海运集装箱已经轻而易举,不必再行列举。美国C-5运输机现役81架,其货舱仅下舱容积为36.91 m×5.79 m×4.09 m(长×宽×高),总容积达985.29 m3,最高载重量达130 t,C-130运输机现役187架货舱容积12.6 m×3.13 m×2.18 m(长×宽×高),装载重量达19.8 t,C-17运输机现役109架,货舱容积为591.80 m3,装载重量达77 t。庞大的运输机群完全可以保证援潜救生设备的快速运输能力。

在援潜救生设备模块化建造中,美国SRDRS潜艇救援潜水再加压系统中的AUWS评估/水下作业系统、SDS潜艇减压系统、PRVS带压救援模块系统、PRMS所需支持设备均实现了模块化建造,其中LARS布放回收系统采用的转动臂结构型式释放和回收耐压救援模块与北约潜艇救援系统NSRS中的PLARS收放门架相比较发现当高海况作业时都能满足载人潜器的释放回收,但在机动搭载模块化上实现了轻量化,也更加有利于运输,从而实现快速机动搭载。

在援潜救生机动搭载船的评估上,美国已经形成了一系列评估手段,实现了对机动搭载船改建和动态管理,为援潜救生快速性、机动性提供了强有力的保障。

4 结论

通过对美国SRDRS援潜救生系统和北约潜艇救援系统NSRS机动搭载能力分析可以得出如下结论:

1)实现援潜救生机动搭载能力,要从装备的模块化设计和建造入手,实现模块化、轻量化设计并符合运输标准是机动搭载能力的实现的基础。

2)建立机动搭载母船的评估体系,对船体承载能力和装船要素进行全方位评估,对符合机动搭载母船进行专项机动搭载能力改造。

3)建立援潜救生有效救援的时域网格,形成快速勘察、决策、快速救援机制。

4)援潜救生能力发展不能单纯追求装备援潜救生能力,更要保证援潜救生装备的机动性和装备间的组合应变处理能力。

通过援潜救生装备机动搭载能力分析,更加认清援潜救生的发展方向和努力目标,为我国援潜救生能力建设提供一定的启示。

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