铸木镂冰——西班牙F100“宙斯盾”护卫舰的设计与技术特点(六)

虽然选择了技术上相当成熟的“宙斯盾”系统,其核心的AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709相控阵雷达又进行了性能优化和减重处理,SPG-62照射雷达的数量也减至2部(“提康德罗加”是4部,”阿利.伯克“是3部)。

但即便如此,要将原本为巡洋舰和大型防空驱逐舰设计的“宙斯盾”系统和一组48单元的MK41垂直直发射系统塞入不到6000吨的舰体(按照TFC阶段的设计,F100型舰长只有127.8m,舰宽15.75m,标准排水量4847吨,满载排水量5330吨),美国和西班牙工程师们还是绞尽了脑汁,对F100型进行了重新设计。

铸木镂冰——西班牙F100“宙斯盾”护卫舰的设计与技术特点(六)

为了不对AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709雷达的照射视界造成妨碍,但又要避免舰体重心过高,保证在6级海况下保有全额作能能力,在8级海况下保有部分作战能力,F100型的AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709雷达四面阵列天线与发射机,无法像“阿利.伯克”级那样都装在首艛结构的同一层甲板上。

毕竟按照原先的规划,F100的最大宽度只有18.6米,而“阿利·伯克”级为20.4米,再加上如前文所述,AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709与标准的AN/SPY-1 1D在安装结构上有所变化。面对这种情况,巴赞船厂和美国的洛克希德·马丁公司研究后,决定将AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709的发射机、电子设备和波导设备安安装于舰桥后方一个相当高大的塔状结构物内,并分置于两层甲板,发射机在下层,天线则在上层。

为此,两国工程师们大幅度调整了F100的上层建筑布局,并将主桅杆安装到了SPY- 1D(F)塔状结构物的顶端,造型则与”阿利.伯克“级的主桅神似,都采用轻合金制造且向后倾斜,以降低迎风阻力和重心。同时为避免妨碍AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709雷达的照射,上层建筑后方的烟囱以及其他装备、结构物的高度都要受到限制。另外为了容纳AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709雷达设备,对F100内部舱室的设计也进行了修改。这些为适配AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709雷达而进行的修改,说起来似乎是轻描淡写的,但背后付出的努力十分艰辛,工作量也相当惊人。

铸木镂冰——西班牙F100“宙斯盾”护卫舰的设计与技术特点(六)

事实上,此种设计最大工程挑战在于要分装于不同甲板的发射机与天线,其间须以垂直且弯折的导波管连结,不仅因为导波管较长且曲折而使能量损耗增加,如果上层结构因波浪冲击等外力因素而摇晃震动,使内部的导波管发生些微形变,将使雷达的射频能量不稳定,导波管故障受损的机率亦相对增加;此外,增长的导波管也导致电磁外泄大幅增加,需要相对应的处理措施。

美西两国研发团队经过长达两年的努力,才携手解决了垂直导波管的所有相关工程问题。不过,虽然付出了诸多辛苦努力,也增加了研发时间以及一定程度的研发成本,但这些付出是物有所值的。比如,AN/SPY-1D(F)/AN/SPY-1 Block 709雷达天线,在F100型护卫舰的安装位置高度,甚至要稍高于AN/SPY-1 1D在”阿利.伯克“级上的安装位置,由此获得了更好的探测效能,特别是在追踪低空掠海小型目标时,侦测距离与反应时间均要优于”阿利.伯克“级。

较普遍的低可探测性设计是F100型护卫舰结构上的另一个突出特征。F100型护卫舰的低可探测性设计,包括雷达信号特征、红外信号特征与声信号特征削减三大方面。首先是F100型护卫舰雷达信号特征的低可探测性设计。雷达波隐身理论于20世纪60年代被苏联科学家彼得·乌菲莫切夫首先提出,最先被运用于空军领域,到了20世纪70年代,美国科学家根据该理论,发明了飞机“隐身”的概念并将其运用在了F-117战斗机上。

直到20世纪80年代,各国才逐步开展舰艇雷达波隐身技术的研究和应用。经过几十年的发展后,在F100设计冻结的1997年,水面舰艇依雷达信号特征低可探测性设计程度的不同,已经可大至由低到高划分为三级,即“次隐身舰”、“准隐身舰”和“隐身舰”。“次隐身舰”最大的技术标志是开始注重隐身外形隐身技术的运用,将以往水面舰艇上层建筑的外侧壁由垂直面做成内倾面,并关注对平台部分散射源的控制,消除角反射结构。

铸木镂冰——西班牙F100“宙斯盾”护卫舰的设计与技术特点(六)

有意思的是,“次隐身舰”的代表正是美国海军的“阿利·伯克”级驱逐舰,所以在1995年-1997年,西美两国对F100进行重新设计的过程中,F100吸收了大量“阿利.伯克”级驱逐舰设计上的经验,同样成为了所谓的“次隐身舰”,这主要表现为为减少雷达波反射,F100舰体水线以上的外型设计避免与邻近各表面相互垂直,使平面法线方向偏离威胁方向;水线以上舷侧大角度外飘或内倾。

上层建筑各个侧面的法线方向朝前、后、正横方向,各主要侧面内倾;上层建筑外形设计采用平面组合形式,减少角反射体的产生;舰体和上层建筑保持雷达波反射特性的连续,舷侧开口设置有效的屏蔽装置,避免产生空腔现象;桅杆采用大角度倾斜设计;在满足设备使用要求的情况下减少平台、横桁等结构物;减少散射源的数量,尽可能减少暴露在甲板上的电子武备、甲板机械、舾装件的数量,避免其相互间构成角反射体的可能性。

对露天设备的外形进行隐身改进,将强散 射源减弱为弱散射源,对于无法避免的强散射源,设法对其进行遮蔽;对于采用外形隐身技术难以解决的一些问题,如局部亮点、甲板面裸露的设备以及某些大 平板,采用雷达吸波材料等等。在红外信号特征的低可探测性设计方面,F100同样吸收了“阿利.伯克”级驱逐舰设计上的大量成果,从内生和外生红外辐射源两方面加以着手。


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