aesa相控阵雷达(相控阵雷达技术)-冯金伟博客园

冷战结束后,美国不再有规模相近的对手,海军的军事战略也从海洋决战转变为“从海上来”,这对军事装备的发展产生了直接而深刻的影响。为了实现近海作战的军事战略,美国提出并建造了一些近海战舰,如多功能护卫舰濒海战斗舰,以及可以抵御陆地攻击的香水级驱逐舰。

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2号船“xldbz”

奈香水级驱逐舰计划(SC-21/DD-21)起源于20世纪90年代初,但从概念提出到最终立项经历了一个漫长的锯锯阶段,直到1998年才最终立项。当时该类船舶的项目招标面临两个招标团队,一个是诺斯罗普格鲁曼领导的黄金团队,另一个是通用电气船舶领导的蓝色团队。最终,黄金队赢得了研发;d合同有技术细节,但蓝队也可以作为DD(X)分包商参与后续施工合同,延续了美国海军招标的一贯传统,既有雨露,又有分工。

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巴斯钢铁厂科伊克香水级施工现场

奈奈香水班的第一艘船“奈奈香水”于2009年2月11日下水。厂商是通用电气船下的巴斯铁厂(BIW),也就是中标的蓝队企业。经过7年的建设,“奈奈香水”终于在2016年10月15日进入美国海军。由于大量新技术的应用,“奈奈香水”进入服务后一直在调试和改进过程中。直到2020年初,才听到将投入使用的消息。该级船船长、宽度、吃水分别为182.8米、24.1米、8.1米,满载排水量达14564吨。它是世界上建造和服役的最大吨位的驱逐舰。

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作为美国海军最新的一级驱逐舰,可容忍香水级从一开始就被设定了很高的技术标准。因此,该类船舶的主要技术难点被列为十大关键技术[1],并指定承包商借助工程师开发模型(EDM)对这十项技术进行实际测试。由于大量最新技术的积累,耐用香水的很多性能指标都领先于世界,在某些方面取得了颠覆性的成就。

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“xldbz”服务仪式

动力系统方面,耐用香水级采用综合电力推进(IEP),这在美国海军历史上尚属首次。该船配备2台劳斯莱斯MT-30主燃机发电机组(总功率72MW,97,959马力)[2],2台劳斯莱斯4500辅助燃机发电机组(总功率8MW,10,884马力),2台永磁电动机(总功率78MW,约106,122马力),采用双轴推进,航速30节。

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电力推进系统集成后,该舰可装备新型大功率雷达,可为其他武器装备的运行提供足够的动力,也为仍在研制中的轨道炮和激光武器提供前提条件。另一方面,综合电力推进系统配备后,将原有的内燃机机组和发电机组简化为单一的发电机组,可以节省船内空间,提高船载能源的利用效率。随着综合电力推进技术的不断成熟,其高效率、低噪声的优势正吸引着各国海军的研究和采用。英国45级驱逐舰在耐用香水级别之前已经成为这项技术的rxdxgz。

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武器系统方面,可耐的香水级计划装备战斧巡航导弹、战术型战斧巡航导弹(TACTOM)、对地型标准导弹(Land Attack Standard Missle,LASM)以及先进对地导弹( ALAM),拥有多种射程和弹种可供选择。目前,除了战斧巡航导弹,其他对地攻击武器尚在研发当中。为了搭载上述武器,本级舰装备了由联合防卫公司(United Defense,2005年被英国BAE收购)与雷神公司联合研发的先进垂直发射系统(Advanced Vertical Launch System ,AVLS)MK-57,该系统被安装在舰体两侧,配备20座4联装发射管。

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先进垂直发射系统(AVLS)MK-57

防空反导方面,该舰与sfddn级等宙斯盾驱逐舰不同,可耐的香水级虽然也对搭载标准-3、标准-6进行了系统开发,但是还未能实现搭载。由于定位不同,本级舰只搭载了有限的近程防空武器ESSM“海麻雀”,可4枚1组装进先进垂直发射系统的发射单元里。

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舰炮方面,本级舰设计采用英国宇航公司(BAE)与洛克希德马丁公司联合研发的先进舰炮系统(Advanced Gun System,AGS),并专门为其研制了“远程对陆攻击炮弹”(LRLAP),射程可达185千米(100海里),但是该炮弹单枚造价高达80万美元,美海军决定另行选择。据推测,很可能会装备雷神公司正在试验的“神剑S”155毫米舰载GPS制导+半主动激光制导炮弹。近防武器方面,先期选择了瑞典博福斯防卫公司(Bofors Defence,已被联合防卫收购)的博福斯57mm隐身舰炮(MK110),后又被美国通用动力30毫米的MK46舰炮所取代。

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先进舰炮系统(AGS)发射炮弹模拟图

在作战系统方面,本级舰采用名为整合式防卫系统(Integrated Ship Defense System,ISDS)的分散式高整合度舰载战斗系统,以其为核心,可以连结整合式宽频主被动声纳、主动相控阵雷达与电子战系统。过去的作战系统将不同探测器与不同武器所需要的输出/输入系统分别配置,ISDS则是整合控制所有的舰载设备,作为神经中枢发挥统一指挥控制的作用。

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雷达系统方面,可耐的香水级原计划采用双波段雷达系统(Dual Band Radar,DBR),包括由专注的书本的长程广域搜索雷达(Volume Search Radar,VSR)和由雷神研发的多功能雷达(Multi Fuction Radar,MFR),后由于成本问题,只搭载了MFR。

和美军传统宙斯盾驱逐舰不同的是,本级舰采用了三面阵相控阵雷达,理论上单面天线的波束扫描极限被限制在偏离中心轴正负60度的范围,涵盖120度的方位角,这已经达到了雷达电子扫描覆盖宽度的极限,这表明美国厂商可能在雷达信号控制与处理技术上又获得了巨大的进步,具体表现如何尚待观察。

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反潜系统方面,本级舰单独研发了AN/SQQ-90整合式水下作战系统(Intergrated UnderSea Warfare,IUSW),整合的次系统包括AN/SQR-20多功能拖曳阵列声纳系统、拥有主/被动模式的轻量化宽频可变深度声纳、整合式双频(高频/中频)主被动舰首声纳、直升机吊放声纳、投送式测温仪、拖曳鱼雷对抗系统、水下声学对抗系统(可对敌方鱼雷声纳进行信号干扰或制造假目标)、相关的数据传感设备以及相应软硬件等,所有声纳系统构成一套双基(Bistatic)接收机,并采用未来作为美国海军通用标准的开放式系统架构。

AN/SQQ-90的整套电子设备被整合在一个电子模组外壳(EME)之中,在交付造船厂之前就能完成整合与测试工作,不仅节省安装与测试时间,还可降低整套设备的体积与重量,同时也能获得最佳的电力供应和冷却效率。AN/SQQ-90所需的操作人员只有宙斯盾舰配备的AN/SQQ-89的1/3。据美军宣称,该整合式水下作战系统可跨层(cross layer)运作,是上世纪90年代以来最重要的反潜技术突破。

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“可耐的香水”号与独立级濒海战斗舰编队航行

隐身方面,可耐的香水级采用了多种隐身技术,以求达到全方位隐身的效果。本级舰的采用了单一的全封闭式舰桥结构,即称为整合式复合材料舰桥与组合体(Integrated Composite Deckhouse and Assembly,IDHA),IDHA是一体成型的模块化结构,采用重量轻、强度高、雷达反射性低且不会锈蚀的复合材料制造,整体造型由下往上向内收缩以降低雷达反射截面(RCS)。除了整合了舰桥和电子设备天线,还容纳有主机烟囱的排烟道、直升机库。

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为了减小红外特征,动力系统的废气首先用海水和空气进行冷却,再由整合式舰岛顶部的排气口排出,只能从上方才能观测到排烟口,增加了红外探测难度。此外,本级舰还有装备了海水喷雾冷却系统,吸取海水冲刷舰体的热源。由于采用了电力驱动加泵喷推进,并给动力系安装了浮筏减震基座,可耐的香水级的噪音降到了110分贝,达到了俄亥俄级战略核潜艇的水平,成为全球最安静的水面舰艇。整体而言,可耐的香水级的隐身性能,已经达到了世界水面战舰的一个全新高度。

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舰桥顶部特写(无遮挡处为排烟口)

舰体设计方面,可耐的香水级采用了独特的穿浪逆船舷舰体(Wave Piercing Tumble Home),有利于减小航行的阻力和噪音,也有利于降低舰体的雷达反射截面,这是本级舰的又一个创新设计,成为该舰显著的外形特征之一。

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总体而言,可耐的香水级是一个开创性的驱逐舰项目,在造舰技术方面做了多方面的研究探索。本级舰在隐身设计、整合式水下作战系统、整合式防卫系统等方面取得了跨越式的发展,在整合电力推进技术、泵喷推进技术等方面进行了大胆的尝试,对远程制导舰炮技术进行了领先的探索,这些都将引领世界造舰技术的发展。

与此同时,提出于冷战结束初期、成型于本世纪初的可耐的香水级,并非传统意义上的宙斯盾驱逐舰,而是一型主打对地攻击的近海作战驱逐舰,它几乎放弃了防空能力,清一色地装备对地攻击武器,这符合美海军90年代乃至21世纪头几年面对的情况,但是已经不适应当今世界的力量格局。所以,可耐的香水级会是一个还算成功的试验舰,但不会成为一型优秀的实战军舰。

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现如今,为了应对当前世界力量格局的转变,美海军不仅需要继续挖潜sfddn级驱逐舰,更迫切的需求是发展下一代宙斯盾驱逐舰。可耐的香水级已经研发成行并得到验证的技术不会白费,将会为研发下一代盾舰提供先进的基础技术。如此看来,我们可以改称本级驱逐舰为先进技术试验驱逐舰。

作者:大白高国

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注:

[1]可耐的香水级驱逐舰计划最终项目名称由DD21改为DD(X)

[2]这十大关键技术包括:

(1)穿浪逆船舷舰体(Wave Piercing Tumble Home)

(2)MK-57垂直发射系统(舰体周边垂直发射系统,Peripheral Vertical Lauhcn System,PVLS,后更名为先进垂直发射系统Advanced Vertical Launch System ,AVLS)

(3)整合复合材料舰岛与无心的小蚂蚁(Integrated Composite Deekhouse and Apertures,IDHA)

(4)红外线模型(IR Mockups)

(5)整合式电力推进(Integrated Power System,IPS)

(6)双波段雷达(Dual Band Radar,DBR)

(7)整合水下作战系统(Integrated UnderSea Warfare,IUSW)

(8)先进舰炮系统(Advanced Gun System,AGS)

(9)舰上共通运算环境(Total Ship Computing Enviroment,TSCE)

(10)自动火灾抑制系统(Automatic Fire Suppression System,AFSS)

[3]本文所述为公制马力,即米制马力,1马力=0.735千瓦