從銀鋅電池到鉛酸妥協：651型潛艇的設計與服役回顧

我們繼續回顧蘇聯潛艇的一些類型及其設計、建造與服役情況。這一次輪到的是651型柴油—電力潛艇。

此前在介紹蘇聯675型核動力潛艇時，我們曾提到：蘇聯海軍中還存在著用途相近的柴油—電力潛艇（ДЭПЛ），同樣裝備巡航導彈。這一點并不令人意外——在20世紀60年代，蘇聯海軍正處于加強水下力量的階段，其核心任務之一就是打擊敵方水面艦艇（以及沿岸目標）。

當時普遍認為，這一任務應主要由裝備巡航導彈的潛艇來承擔。

因此，在研制和建造675型核潛艇的同時，蘇聯也同步推進了651型柴油—電力潛艇的建造工作，作為同一作戰理念下的另一種技術實現路徑。

兩種導彈潛艇項目的對比

651 型大型柴油潛艇（裝備導彈武器，并采用銀鋅蓄電池——這一點非常重要！）的初步設計方案，是根據蘇聯部長會議于1956 年 8 月 17 日和 25 日的決議制定的。

該型潛艇設計用途為：使用P-6 自導巡航導彈打擊敵方水面艦艇和運輸船只；使用P-5 巡航導彈攻擊敵方海軍基地、港口以及位于沿海和縱深地區的工業與行政中心；主要用于遠洋與海上交通線作戰。

1958 年 5 月，該初步設計方案獲得批準，并在此基礎上展開技術設計；技術設計于1959 年 1 月正式通過。

651 型潛艇的主要戰術技術性能（TTX）

在技術設計完成后，651 型潛艇的主要參數如下：

• 水面 / 水下排水量：3200 噸 / 4307 噸（部分資料中將正常排水量標注為 3174 立方米）
• 全長：85.9 米
• 最大寬度：9.7 米
• 平均吃水：6.92 米
• 浮力儲備：占正常排水量的 31.6%

主要性能指標（供參考）

• 最大潛深：300 米
• 工作潛深：240 米
• 自持力：90 天
• 燃油儲備：標準：282 噸、增強型：670 噸
• 乘員數量：78 人
• 最大水面航速：16 節
• 最大水下航速：18.13 節
• 經濟水下航速：2.74 節
• 使用通氣管（RDP）航速：7 節

項目首艇——K-156

該艇為雙殼體結構，擁有發達的耐壓指揮塔圍殼和上層建筑。耐壓艇體由直徑6900 毫米的圓柱體以及前后兩個截錐體組成。艇體內部由橫向平面水密隔艙分為8 個艙段。所有隔艙均按10 kgf/cm2的雙向試驗壓力標準設計。

肋骨（框架）設置在耐壓艇體的內外兩側，外部肋骨還加裝了加強肘板。為便于主機設備的安裝與更換，設計上允許切除部分耐壓艇體蒙皮和骨架，隨后再進行對接焊接復原。

耐壓指揮塔呈橢圓形，其頂部為圓柱形曲面，母線與艦艇縱向軸線平行。

651 型柴電潛艇縱剖面結構

主壓載系統由14 個壓載艙組成，其中：

• 第 4 號和第 11 號艙為應急壓載艙，用于在某一對導彈發射筒發生失密時恢復浮力；
• 第 2、3、5、7、12、13 號艙為燃油-壓載兩用艙；
• 這些艙室均為耐壓結構，并配備進水閥（海底閥）；
• 其余主壓載艙（除位于艇首、帶有進水閥的 1 號艙外）通過排水孔進水；
• 所有艙間通風系統相互獨立；
• 進水閥與通風閥采用液壓遠程控制

導彈發射后的配重系統

在導彈發射后，為補償重量變化，通過向位于第二艙以及尾部導彈容器區域的耐壓艙和外殼空間注水來實現重量平衡。

燃料配置

• 標準燃油儲量：282 噸
• 燃油分布于：
• 5 個位于耐壓艇體內的燃油艙
• 6 個位于艇外的燃油艙： 其中 2 個位于艇艏與艇艉（第 6、11 號）、其余位于艇體下部的雙殼間空間

耐壓艇體與外殼結構均按照抗核爆沖擊要求進行設計。

設計難點（引自“紅寶石”中央設計局）

“最大的技術難題出現在尾部動力系統的研制上，該系統既要保證潛艇具備較高航速，又必須盡可能降低水下噪聲水平。”

651 型潛艇（可能為 B-67）在巴拉克拉瓦（另有資料稱在塞瓦斯托波爾）裝卸巡航導彈的照片

這些技術難題還因另一個因素而進一步加劇——該艇配備了功率極大的推進電機（2×6000 馬力）。如此高功率要求螺旋槳具有較大的直徑，而在既定的艇體主尺度條件下，螺旋槳難以布置；若增大艇體尺度，又會導致航速下降。此外，大功率推進電機本身也難以布置在耐壓艇體直徑范圍內，并限制了推進軸線的展開角度。

經過多輪方案論證后，最終采用了帶導流罩的螺旋槳設計方案，同時對艇艉外形進行了重新設計，使其在不增加艇體長度的情況下滿足布置需求。螺旋槳被設計為低噪聲型。

這一推進系統的選型使螺旋槳直徑得以縮小到可接受范圍，同時還提高了潛艇的臨界航速。

說明：所謂“臨界航速”，是指螺旋槳噪聲開始急劇上升的航速。

船體材料與結構

所有保證潛艇達到最大下潛深度的結構件，以及耐壓艇體的平面橫向隔艙，均采用AK-25 型鋼制造，其屈服強度為60 kgf/mm2。

部分結構則采用AK-27 型鋼，其屈服強度為52 kgf/mm2。

首艇建造情況

項目首艇（廠號552）由波羅的海造船廠建造，后被命名為K-156。這是該廠首次使用AK-25 型鋼，在實際建造過程中遇到了不少困難。

在耐壓艇體制造過程中發現了大量焊接裂紋，主要集中在：

• 框架與耐壓艇體外殼的焊縫處（半自動焊接）
• 耐壓艇體錐形段的對接縫和角焊縫（手工焊接）

造船廠最初將問題歸因于焊接工藝不當。最終，所有存在缺陷的焊縫均被切除，并改用奧氏體焊條重新焊接，取代此前使用的低合金焊條。

同樣的焊接工藝隨后也被推薦用于第二艘同型艇（廠號553，后命名為K-85）。

鑒于耐壓艇體焊縫存在隱患，首艇在進行水壓試驗時提高了測試標準——試驗壓力被提升至 35 kgf/cm2。

651 型柴油—電力潛艇外形示意圖

在最初建造的五艘潛艇（K-156、K-85、K-70、K-24、K-77）上，外殼、耐壓外置艙、穩定翼以及耐壓指揮塔圍殼均采用了45Г17Ю3 型低磁鋼制造，其屈服強度為40 kgf/mm2。

而在其余建造的艇只上，這些結構則改用СХЛ 型鋼。不過，這種鋼材同樣帶來了一系列問題。

正如中央設計局“紅寶石”（ЦКБМТ ?Рубин?）的資料中所指出的：

“在掌握 45Г17Ю3 低磁鋼的制造工藝過程中，造船廠在鋼材矯正和切割方面遇到了極大的技術困難。這是因為該低磁鋼具有較大的翹曲傾向，其原因在于材料本身的物理特性——較高的線性熱膨脹系數和較低的導熱性。此外，該鋼材的摩擦性能較差，容易產生粘附和拉傷，因此在機械加工過程中極為困難。所有這些因素導致焊接結構在校正和裝配時工作量大幅增加，同時也使結構中殘余應力顯著增大。”

運行中暴露的問題

采用低磁鋼外殼的潛艇自1962 年起陸續下水，并在1963 年 12 月至 1965 年 10 月期間服役。然而，到了1966 年 9 月，其中一艘潛艇在檢查中發現：

• 外殼蒙皮出現大量腐蝕損傷
• 在主壓載水艙區域出現貫穿裂紋與非貫穿裂紋
• 裂紋長度不一，數量較多

后續檢查結果表明：所有使用 45Г17Ю3 低磁鋼制造、且長期與海水接觸的輕型外殼結構，在服役 4～5 年后，都會出現貫穿或非貫穿裂紋。

這一問題最終被認定為該鋼材在海洋環境中長期服役適應性不足所致，也成為后來蘇聯潛艇設計中放棄大規模使用該型低磁鋼的重要原因之一。

651 型潛艇（北方艦隊）

在潛艇服役過程中，船體出現裂紋的主要原因，是45Г17Ю3 型低磁鋼本身存在的應力腐蝕開裂傾向，以及其較低的耐腐蝕疲勞強度。這一問題又因防腐涂層維護不及時而進一步加劇。

鑒于這一情況，蘇聯造船工業部（МСП）與海軍共同采取了一系列措施。針對不同型號潛艇，制定并實施了成套的設計—工藝改進方案和防護措施，以提高由 45Г17Ю3 鋼制造的輕型船體及外部耐壓艙的耐腐蝕與抗疲勞性能。同時，還制定了多項指導性文件和技術規范，用于缺陷修復工作。這類修復通常與潛艇的定期維修和現代化改裝同步進行。

值得注意的是：在對缺陷部位進行修復后，潛艇磁場強度往往無法繼續滿足最初建造規范中的要求。也就是說，修復工作在一定程度上破壞了原本對磁特性的控制。

聲吶隱身涂層問題

651 型潛艇的外殼原本應覆蓋一種非共振型消聲涂層，帶有喇叭狀通道結構，型號為НППРК-4Д，用于降低敵方聲吶探測概率。

但有一個重要細節：

• 前六艘 651 型潛艇并未安裝該消聲涂層
• 原因是當時該涂層工藝尚未完全成熟
• 在后來加裝該涂層后，潛艇排水量有所增加
• 從設計值3174 噸上升至約3300 噸

651 型柴油-電力潛艇外形示意圖

在研究該型潛艇時，特別需要關注其動力裝置，該裝置由若干關鍵部分組成：

1. 柴油機系統

潛艇配備：

• 兩臺 1Д43 型主柴油機（科洛姆納工廠制造）
• 四沖程
• 十二缸
• 帶燃氣渦輪增壓
• 內置減速器
• 不可逆轉
• 功率：每臺 4000 馬力（440 轉/分）
• 一臺 1ДЛ42 型柴油機（同樣由科洛姆納工廠制造）
• 四沖程
• 六缸
• 帶燃氣渦輪增壓
• 功率：1720 馬力（700 轉/分）
• 與 **PG-142 直流發電機（1000 kW）**聯接

651 型潛艇（德國博物館中的博物館艦）

潛艇配備了遠程自動化控制系統（ДАУ），該系統用于：

• 控制柴油機
• 控制軸系氣動離合器
• 控制排氣閥與進氣裝置
• 顯示柴油機運行參數
• 顯示氣動離合器的工作狀態

該系統還能控制：

• RDP（潛航通氣管）系統的閥門
• 在使用 RDP 模式時對主推進電機進行聯鎖
• 對柴油機實施多參數安全保護

除了遠程控制臺外，柴油機也可在其前端的本地控制站進行操控。

遠程自動化裝置“ДАУ”系統的引入大幅簡化了柴油機的操作維護工作，使得一名操作人員即可在不進入柴油艙的情況下完成控制。

柴油裝置的一項顯著特點是：其排氣管道采用鈦合金制造。

航程參數（供參考）

• 最大水下航速（18.14 節）航程：27.8 海里
• 經濟水下航速（2.74 節）航程：810 海里
• 使用 RDP、航速 7 節、加大燃料儲備時航程：18,000 海里

2. 電推進系統

• 兩臺主推進電動機 PG-141
• 功率：每臺 6000 馬力
• 轉速：500 轉/分
• 兩臺經濟航行電機 PG-140
• 功率：每臺 200 馬力
• 轉速：155 轉/分

3. 蓄電池系統（銀鋅電池）

采用30/3 型銀鋅蓄電池組，由以下部分組成：

• 4 組電池
• 每組152 節電池

性能參數：

• 最大放電電流：14,000 A（持續 1.5 小時）
• 長時間放電容量：30,000 Ah（放電電流 250 A）
• 使用壽命：35–40 個標準循環12–18 個月

為保證高功率放電，電池采用閉式蒸餾水冷卻系統。

與傳統鉛酸電池相比，銀鋅電池具有以下優點：

• 容量顯著更大
• 允許中斷充電
• 允許不完全充電
• 在保修期內通常不需要補液

同時，該電池組配備遠程監控系統，大幅簡化了維護工作。

651 型潛艇——博物館艦

1961 年，由于國內銀資源不足，決定將銀鋅蓄電池的使用限制在 651 型潛艇約一半的系列中，隨后實際裝備銀鋅電池的潛艇數量減少到三艘。

備注：潛艇的最大水下航速、最大航程以及經濟水下航速航程數據，都是針對配備銀鋅電池的潛艇而言的。對于使用鉛酸電池的潛艇，這些數值要低得多：

• 最大水下航速：約14.5 節
• 最大航程：約14.5 海里
• 主推進電機最大功率：約5500 馬力
• 經濟水下航速（2.8 節）航程：約350 海里

其余潛艇則裝備60 СМ-П 型鉛酸蓄電池（產品 422），共448 節（4 組，每組 112 節）。

• 最大放電電流：9000 安培（1 小時）
• 長時間放電容量：15,000 安培小時（放電電流 250 安培）

補充說明：即便是最初的三艘配備銀鋅電池的柴油-電力潛艇，在電池壽命耗盡后，也都更換為鉛酸電池。

651 型潛艇在海上——插圖說明

推進電機的操作通過控制盤完成，這些控制盤配有水冷系統，可以實現電機的啟動、倒轉以及所有規定的電機和發電機工作模式。

為了保持冷卻用的蒸餾水的清潔（水質直接影響推進電機控制盤及蓄電池的絕緣電阻），水冷系統中安裝了離子交換過濾器。

銀鋅蓄電池與推進電機控制盤的水冷系統，在國產潛艇上是首次應用的技術，但遺憾的是，這一做法并未得到廣泛推廣。原因很簡單——銀是一種稀缺資源，無法滿足全部潛艇的需求。

（感謝收看本頻道編譯的內容）