军工世界观丨护卫舰的海上进阶之路

发布时间:2024-07-14 21:45:11 来源: sp20240714

护卫舰是既古老又现代的舰种。为了适应不同时代的作战需求,自护卫舰诞生以来,各国海军一直对其设计和功能进行改进。今天,现代护卫舰使用舰炮、鱼雷、反舰导弹、防空导弹作为主要武器,在舰艇编队中承担反潜、护航、巡逻、警戒、侦察、支援登陆作战,以及为无人舰载机起飞和降落提供平台等任务。

随着时代发展,护卫舰的吨位逐渐提高,所承担的作战任务也日益拓宽。作为“海上带刀侍卫”,护卫舰已经从早期的战场边缘角色,进化为各国海军的中坚力量。

自诞生以来,护卫舰经历了怎样的演进,未来又将如何继续升级?本期,让我们一探究竟。

法国拉斐特级护卫舰。资料图片

起步于三桅帆船,从历史深处驶来

护卫舰,即主要执行护卫任务的战舰。

早在大航海时期,护卫舰已初现雏形。当时,一种三桅帆船凭借速度优势,成为商人们海上航行的首选。高耸的前后船楼,让这种帆船装上火炮就可以“应征入伍”,很快成了海军队伍中的“武装商船”。当早期资本主义国家不断在海外建立殖民地,三桅武装帆船成为殖民者们往返近海区域的利器,在航行中扮演着“近海打手”的角色。这种帆船,正是护卫舰的前身。

17世纪,为了满足巡逻与警戒需要,英国某些船舶制造公司将单桅帆船,改建为具有攻击性的军用战船,用来执行海岸防卫、辅助大型船只进攻等任务。随后,法国也掌握了这种战船的制造技术,将其纳入军用。英、法两国海军开始统一使用“护卫舰”一词,定义这种介于小型巡防战船和单桅战船之间的舰种。后来,护卫舰逐渐被更多国家海军纳入现役。

第一次工业革命后,一批适用于近海活动的舰船如雨后春笋般被建造出来。护卫舰的功能也逐渐延伸——它可以执行警戒、巡逻、护航等任务,成为一种攻防兼备的海上作战平台。

1797年,美国海军宪法号护卫舰在波士顿下水。这是一艘木壳三桅风帆护卫舰。舰船以坚韧的橡木作为船壳板,整个建造过程消耗了1500棵大树的木材。作为全球舰龄最大的在役海军舰艇,宪法号护卫舰至今已服役200多年,仍然配备着一支60人的舰员队伍,只是不再执行军事任务,而是向公众和游客开放参观。

作为18世纪晚期法国造船界的领军人物,设计师雅克·萨内为法国海军进行了大部分船只的设计,例如海洋级一级战列舰、鲁莽级战列舰。监视人级护卫舰也是他的代表作。

雅克·萨内的设计以速度见长。他格外注重战舰的速度优势,因此他所研制的战舰普遍具有优美流畅的线条、高大的桅杆,以及数值较高的长宽比。然而,战舰作为火炮射击平台,这种设计对其稳定性也造成一定影响。

成立于19世纪的荷兰皇家斯海德尔公司,为荷兰皇家海军制造了大量军舰。在早期护卫舰的研制过程中,该公司加强细节设计,采用当时较为先进的工艺和材料,生产出的护卫舰质量较高、可靠性较好,在外观和性能上都达到了出色水准。

时间来到20世纪,日俄战争中,俄国圣彼得堡海军部造船厂、波罗的海造船厂和日丹诺夫造船厂等多家造船厂,建造了一批真正意义上用于守卫与护航的护卫舰,并让它们执行海军基地附近海域防御作战的任务。不过,此时的护卫舰排水量较小,一般只有几百吨。由于火力弱、航速低、抗风浪能力差,这些舰船只适合在近海活动,发挥作用有限。

瞄准战场需求,现代护卫舰雏形渐成

战争,是推动武器装备井喷式发展的催化剂。

一战时期,德国潜艇部队反复冲击协约国的海上交通线。协约国因此开始大量建造护卫舰,用于承担反潜和护航任务。新研制的护卫舰主要装备中小口径火炮、鱼雷和深水炸弹,在吨位、火力、续航性等方面都有所提高。

当时,战场上出现最大的护卫舰,排水量已达到1000吨,并且具有一定远洋作战能力。这一时期,护卫舰开始明确在海军中的功能定位,现代护卫舰所具备的基本功能渐渐完善。

二战期间,德军潜艇部队采用“狼群”战术打击同盟国舰船,德军飞机也对同盟国舰队和运输船队产生极大威胁。这对护卫舰的综合性能提出了更高要求,美、英等国开始着手建造编队专属的护卫舰。

英国斯蒂芬斯船厂建造黑天鹅级轻型护卫舰,满载排水量近2000吨。该型护卫舰既装备了防空炮,也配备了深弹投掷器、深弹施放轨、刺猬弹发射器等用于攻潜的装备,基本具备现代护卫舰形态。美国海军则在埃瓦茨级护航驱逐舰的基础上进行改造,建造了巴克利级护航驱逐舰。二战期间,其英格兰号战舰曾创下半个月内击沉6艘日军潜艇的战绩。

战争结束后,英国整合了国内各类轻型护卫舰与反潜护卫舰,并将二战时期建造的护航驱逐舰统一归入护卫舰范畴。最终,西方国家在舰级划分上达成一致,排水量3000吨以下的护卫舰和护航驱逐舰,统一被称作护卫舰。

二战后,众多参战国家军费紧缩,为了取得更好的性价比,护卫舰走上了多功能发展之路——在经济适用的原则下,各国根据自身战略需要,推出了一系列吨位、火力有所精简的护卫舰。这些战舰既能满足日常战备需求,又能在战时融入编队,执行反潜、防空、侦察、布雷等作战任务。同时,它也能为无人舰载机提供起飞和降落平台,在一定程度上起到“战力补充器”的作用。

20世纪70年代后,随着武器装备升级迭代,护卫舰开始配备导弹和直升机。导弹护卫舰应运而生。

美国佩里级护卫舰、英国公爵级护卫舰、法国拉斐特级护卫舰和德国萨克森级护卫舰,都是导弹护卫舰。1982年,在英阿马岛战争中,英国海军派出各种舰艇118艘,其中19艘是护卫舰。当阿根廷空军发射“飞鱼”导弹袭击英国常胜号航空母舰时,英军的大刀级护卫舰立即发射“海狼”导弹,将来袭的两枚导弹击落。

除武器配备外,护卫舰的整体设计也在不断改进。如丹麦爱尔堡造船厂建造的尼尔斯·尤尔级护卫舰,一方面首舷弧较大、舰首部折角线明显,有利于在舰体快速航行时减轻海浪冲击;另一方面设置了舭龙骨和减摇鳍,可以有效减少战舰横摇。几经改良后,这艘吨位不大的护卫舰紧凑地塞下了相当齐全的武器装备,展现了当时护卫舰的杰出设计成果。

遵循实用化理念,因时而变发展热度不减

护卫舰的研制,在不同时代有不同的发展重点。

进入21世纪,许多国家将海洋视作重要资源,纳入战略规划。近海成为各国进行防御的关键区域。相对灵活的轻型护卫舰,也因此受到追捧。

2004年,法国DCNS集团抓住机会打入市场,向法国海军提出开发追风级护卫舰的计划。

这是一款相对灵活的轻型护卫舰。追风级护卫舰包括3种型号:基本型、防空型和反潜型。它并非为法国海军设计,而是主要面向国际市场,用于出口贸易。马来西亚、埃及、阿联酋等国都是该型护卫舰的海外顾客。

无独有偶,俄罗斯金刚石船舶制造公司设计建造的暴徒级护卫舰,是专门为俄军里海舰队量身制造的一款小型舰艇。它尺寸小、吃水浅,虽然没有装备反舰导弹,但防空作战能力较强,可以打击海上舰船,也可以攻击岸上目标。

与之相对,护卫舰大型化则体现了另一个方向的研制趋势。对护卫舰而言,排水量增加有助于提升战舰适航性和自持力,能够搭载数量更多、种类更全的舰载武器。在执行防空、反导、反舰、反潜等任务时,部分护卫舰甚至可以配备巡航导弹进行对陆攻击。

2023年12月5日,德国海军当前最大的造船项目——F126型护卫舰,正式开始施工建造,首舰计划于2028年交付。根据预先设计方案,F126型护卫舰满载排水量达到万吨,采用柴电联合动力。该型护卫舰前后主炮、相控阵天线和烟窗将会集成于一处,采用新的上层建筑布局方式,提高隐身性能。这是设计中的重要亮点。

护卫舰究竟该大还是该小?对于真实的任务需求而言,答案永远是不确定的。

大有大的好处,小有小的特点。不久前,印太2023国际海事展上,德国蒂森·克虏伯公司展出了全新的MEKO系列A210轻型护卫舰。MEKO型护卫舰是德国蒂森·克虏伯旗下布洛姆 弗斯公司设计的军舰系列,其创新地使用了模块化系统安装各种武器装备,以满足不同的客户需求,仅看体量大小就有8个级别,武器配备更是“五花八门”。前一代MEKO 200型护卫舰是该系列中最畅销的型号。根据使用国家的不同,MEKO 200型护卫舰衍生出一系列不同的子类型。目前,葡萄牙、土耳其、希腊、澳大利亚与新西兰等国海军都装备了该型护卫舰。

从帆船时代到现代导弹护卫舰,护卫舰的进阶之路经历了数百年的历史变迁,始终朝着适应作战环境、作战需求的发展方向不断前行。随着科学技术进步、战争形态变化,护卫舰还有机会作为更多新型装备的载体,进一步升级迭代。对于护卫舰设计与功能的探索,未来还将继续拓展完善。(李由之)

(责编:陈羽、王潇潇)

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组合施工,建设超长海底隧道(工匠绝活) - 中国篮球名人堂入堂仪式举行

组合施工,建设超长海底隧道(工匠绝活)

发布时间:2024-07-14 21:45:13 来源: sp20240714

  三臂凿岩台车在进行炮眼打设作业。   韩文明摄

  工人正在检查管片拼接情况。   丁 翔摄

  盾构段施工现场鸟瞰图。   于永群摄

  核心阅读

  山东省青岛市胶州湾第二隧道项目总长度17.48公里,其中隧道长14.37公里(海域段9.95公里),这条近万米的海底隧道建成后将成为世界上最长的海底道路隧道。面对复杂的地质条件、艰苦的工作环境,建设团队发扬工匠精神,钻孔勘察、创新设计、精准施工、智慧管理,全力投入隧道建设之中,为保障项目建设顺利开展贡献力量。

 

  黄岛之滨,碧波荡漾;海底深处,设备轰鸣……在这里,山东省青岛市胶州湾第二隧道项目(以下简称“二隧”)正在紧张建设中,建成后将成为世界上长度最长的海底道路隧道。

  面对复杂的地质条件,二隧工程建设团队发扬工匠精神,从勘察规划到落地实施,推动项目建设顺利展开。自2022年9月主线工程全面开工以来,主线隧道建设累计超8.6公里。

  近日,记者走进项目现场,看隧道如何穿越海底近万米。

  制订施工方案——

  勘察9年,在海底采取岩芯总长度达2.8万米

  建设海底隧道,遇到的第一个问题是:路线怎么走?

  胶州湾范围内有一个活动断层,称为沧口断裂带,正好位于二隧规划路线上。从哪个位置穿?怎么穿?用什么工程方法穿?解决这一系列难题,才能让海底隧道建设成为可能。

  于是,搞清楚这部分海底地质组成成为这项工程最先需要攻克的难题。2013年,青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司总工办高级工程师郭永建从同济大学土木工程博士后工作站出站,成为二隧团队第一个博士后,也开始了长达9年的勘察规划。

  “只有搞清楚海底真实情况,工程规划、方案设计才有底气。”郭永建说。他一方面跑遍各大科研院所,另一方面与勘察单位中铁大桥勘测设计院共同组织海上勘察。

  勘察需要通过钻孔来探测地质情况,在海上驾驶钻探船进行作业。2年时间里,郭永建带领勘察团队钻孔237个,在海底采取岩芯总长度达2.8万米,为以后穿越胶州湾的海底工程打下了坚实基础。

  勘察结果发现:二隧海底有大面积花岗岩,其中辉绿岩岩脉大量穿插,裂隙多,部分还有很好的导水性,地质条件极为复杂,工程难度成倍增加。

  经过专家组反复勘察,结合地质勘察结果,工程方案在安全和经济之间找到了最优解:二隧东岸青岛端以凝灰岩为主,采用盾构法,西岸黄岛端以花岗岩为主,采用钻爆法,陆域辅之以明挖法,进行组合施工,从胶州湾东西两岸同时向湾内掘进,最终超大直径盾构与大断面钻爆法隧道将在海底对接。

  设计新风通道——

  展开数值模拟分析,提出2.5段通风技术

  除了路线设计,还有隧道通风的难题。作为中铁第四勘察设计院(以下简称“铁四院”)二隧项目设计负责人,孙文昊已经从事工程设计25年,但在面对二隧项目时,“找不到可参照的样本,需要我们自己蹚出一条新路”。

  按照传统设计思路,海底隧道建设过程中的通风都是利用竖井来实现,通常两端和海中央各有一个,间距五六公里,称为三段式通风。但是,这种方法在二隧却行不通:根据青岛市胶州湾保护条例规定,为保护海域生态平衡,不允许在海域内围填海建设通风井。

  “不断摸索,不断创新,一定能找到解决方案。”孙文昊说,一些超长隧道顶部都有隔层,但只用于火灾状态排烟,这些排烟道能否用来日常通风?如果可行,作为疏散救援的服务隧道是否也可用于通风?

  这个想法打开了设计团队的思路:利用中间服务隧道作为新风通道送新风进去,在主线隧道的顶部隔出排烟道,将污浊空气排出去,形成送排风闭环。

  但是,这样的设计方案是否具有可行性?为此,铁四院在数值模拟分析的基础上,在武汉搭建了几十米长的物理模型进行验证,数据符合要求。由于这种通风方式在海底设置两座送排风机房,总体上介于二段式和三段式通风之间,被称为2.5段通风技术,给世界上的超长海底隧道通风提供了一个崭新的解决方案,这也是铁四院的专利技术。

  3年来,设计团队完成的隧道土建设计图纸达60余册,共5000多张,摞到一起有两米高。“机电系统以及桥梁、房建图纸还没出,全部图纸出完得有150多册。”孙文昊说。

  开展施工作业——

  一个孔两分钟,两个多小时能完成整个掌子面打孔,偏差极小

  在胶州湾西岸,从二隧项目黄岛段入口进入隧道,寒气萦绕,围岩潮湿,地面偶有流水,这里是钻爆法施工现场。钻爆法又称矿山法,就是通过钻孔、放药、爆破的方法进行施工。

  在中铁隧道局凿岩台车负责人何纪超带领下,记者来到1300米掌子面处,此时,洞内已经完全变暗,一面拱形石面堵在前方。

  轰鸣声响彻隧道,耀眼的照明灯打在掌子面上,巨型凿岩台车缓缓驶入,停在掌子面正前方。只见测量员扛着全站测距仪设备进行放样,半小时后,将设计图纸的参数变成施工数据,用油漆在掌子面上画出隧道轮廓线、中心线和第一排拉槽线。

  有了测量放样,司钻工杜帅登上三臂凿岩台车,熟练操作台车控制杆,5.5米的钻杆仿佛他的手臂般灵活。杜帅将钻杆瞄准轮廓线上一个点位,不需标识,只听一阵震耳欲聋的“哐哐哐”声后,一个45毫米直径的钻孔不偏不倚,恰好打在拱顶轮廓线放样点上。“这个过程非常考验司钻工技术。”何纪超说,一个熟练的司钻工,需要3年至5年时间才能培养出来。

  杜帅从事司钻工已有10年,如今,他靠眼睛观察就能找准每个点位,打一个孔两分钟,两个多小时能完成整个掌子面打孔,偏差极小。在二隧钻爆段,像杜帅这样的司钻工超过30人。

  应对突发状况——

  利用数字孪生搭建智慧平台,提示预警信息

  二隧基岩以花岗岩为主,分布着导水性好的张性裂隙,出水量远超其他海底工程。如何应对突涌水挑战,是二隧项目风险管控的关键,也是项目安全管理需要面对的一项挑战。

  有一回,钻爆施工现场,超前水平探孔显示掌子面前方围岩破碎,出水量达到每分钟1000升。二隧项目数字化建造平台及时显示出水预警信息,管理团队迅速做出处置方案。

  不仅在突涌水、岩层失稳、坍塌、火灾等灾害中能够及时发出预警信息,二隧项目数字化建造平台汇集了建设方、设计方、施工方、监理方、运营方全部流程数据。早在2020年,二隧公司总经理李翔便提出了打造全过程、全要素、全数据在线的数字建造平台的目标,利用数字化、智能化技术手段保障海底隧道的质量和安全,让二隧成为国内首条数字孪生海底隧道。

  “瞧,现在工作人员的信息和位置都显示在这里。”青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司安全与风险管理部副经理张乐打开人员定位模块,数字模拟的隧道路线上,人名随着人员定位实时变动。原来,项目融合了5G融合专网及北斗定位系统,小到安全帽,大到设备、车辆甚至隧道等全部进行了智能升级,可实现现场人员、车辆、装备的实时定位与监控。

  国信集团总工程师、二隧公司董事长曲立清说:“二隧项目致力于应用新技术、新工艺、新设备、新材料,全力突破海底隧道智慧建造与施工控制的技术难题。”

 

  ■延伸阅读

  全流程监管,保障工程质量

  山东省青岛市胶州湾第二隧道需在胶州湾底穿越近10公里,最深点距海平面115米,地质水文条件极其复杂,不仅要穿过活动断裂带,而且花岗岩中穿插着大量侵入岩,裂隙多且有一些导水性好,工程难度成倍增加。

  在施工上,二隧采用“盾构法+钻爆法+明挖法”组合施工工法,从胶州湾东西两岸向中间掘进,并在海底对接;为保护海域生态,创新设计2.5段式通风技术;为解决海底隧道长距离资源调配、多交叉协同交互、高频率实时反馈的难题,应用数字孪生技术,创新开发全过程、全要素、全数据在线的数字建造平台,利用数字化、智能化技术手段进行全流程监管,保障海底隧道质量和安全……

  《 人民日报 》( 2024年07月06日 05 版)

(责编:胡永秋、杨光宇)