海鰻型傳統動力攻擊潛艦

荷蘭新研發的海鰻型外銷用傳統動力攻擊潛艦透視圖。本級艦能選配絕氣推進系統。

──by captain Picard

艦名/使用國 海鰻型傳統動力攻擊潛艦/荷蘭

(Moray)

承造國/承造廠 荷蘭/

設計:NEVESBU、RDM

售予埃及的海鰻-1400由美國Litton Ingalls建造

尺寸(公尺) 海鰻1100:長55.7 寬6.4 浮航吃水5.5

海鰻1400:長57.9 寬6.4 浮航吃水5.5

海鰻1400H:長64 寬6.4 浮航吃水5.5

海鰻1800pfH:長66.5 寬6.4 浮航吃水5.5

海鰻1800H:長75.9 寬6.4 浮航吃水5.5

排水量(ton) 海鰻1100:標準960 潛航1180

海鰻1400:標準1200 潛航1540

海鰻1400H:浮航1620 潛航1827

海鰻1800pfH:標準1451 潛航1907

海鰻1800H:標準1626 潛航2233

動力系統/軸馬力

主機:

MTU 16 V 396SB83柴油機,每具最大輸出1375匹軸馬力

Pillar發電機,每具最大輸出980kW

 

海鰻1100:柴電主機輸出2790軸馬力

海鰻1400:MTU 16 V 396SB83柴油機/Pillar發電機組*3/3138/2957軸馬力

海鰻1400H:MTU 16 V 396SB83柴油機/Pillar發電機組*3/2957軸馬力

海鰻1800pfH:MTU 16 V 396SB83柴油機/Pillar發電機組*3/3943軸馬力

海鰻1800H:MTU 16 V 396SB83柴油機/Pillar發電機組*3/3943軸馬力

 

海鰻1400H、1800H加裝絕氣推進系統(AIP),由兩具SPECTRE CCD封閉循環柴油主機組成,每具功率為402軸馬力(300kW);此外還設有440kW的發電機。

 

推進電動機*1/6705

單軸七葉片螺旋槳

航速(節) 水面12

水下20

續航力 海鰻1100:呼吸管航行:6300海浬/6節。水下持續航行時間:120小時。

海鰻1400:呼吸管航行:8800海浬/6節。水下持續航行時間:100~115小時。

海鰻1400H:呼吸管航行:6000海浬/5節。水下持續航行時間:570小時。

海鰻1800pfH:呼吸管航行:10900海浬/6節。水下持續航行時間:145小時。

海鰻1800H:呼吸管航行:6800海浬/6節。水下持續航行時間:477小時。

最大潛深 300
水面偵測/反制系統 (由客戶選擇)
水下偵測/反制系統

Pilkington Optronics CK-038/CH-088光電搜索/攻擊潛望鏡

(聲納由客戶選擇)

作戰系統 Signaal Spectrum-2型作戰系統

洛馬SUBICS 900型作戰系統(埃及)

(由客戶選擇)

乘員 海鰻1100:21

海鰻1400/1400H:32

海鰻1800pfH/1800H:38

艦載武裝

海鰻1100:533mm魚雷發射器*4

其餘:533mm魚雷發射器*6

 

武器籌載量:

海鰻1100:12

海鰻1400/1400H:18

海鰻1800pfH/1800H:20

備註

 


 

早在1985年海象級潛艦仍在建造的同時,負責設計海象級(Walrus class)的荷蘭聯合造船設計局(NEVESBU)以及Rotterdamse Droogdok Maatschappij(RDM)便開始規劃更新一代的外銷用傳統動力攻擊潛艦系列,這就是本文介紹的海鰻型(Morya)潛艦。 荷蘭政府在計畫初期曾提供少量的支持(主要是開發絕氣推進系統),在1990年代後期也得到美國洛馬集團水下系統分部以及李頓.英格斯(Litton Ingalls)造船廠加入。

海鰻型採用模組化設計與建造,以單一的艦體基本設計而發展出幾種不同噸位的版本,並讓客戶自由選擇艦上配備;此外,還可選配荷蘭研發的絕氣推進系統(AIP),以延長水下持續航行時間。當時海鰻系列在市場上的報價介於每艘2.25億至3.25億美元之間。

 

基本設計

海鰻型的基本艦體設計為單殼主體、單軸與傳統十字型尾舵(不使用海象級的X舵似乎是為了簡化設計、降低成本),前水平翼位於帆罩上,艦體表面力求光滑簡潔,以降低航行時的阻力與噪音 。海鰻捨棄了過去荷蘭自用旗魚級、海象級潛艦的淚滴型構造,採用簡單得多的圓柱狀耐壓殼(前、後兩端略為收縮,前部以平面隔艙封閉,後部為曲面封閉),而艦首也採用較簡單的垂直平面造型;這使得海鰻系列的艦體施工程本低於海象級,但也勢必會犧牲流體力學性能,較高航速下可能產生較大的阻力與流體噪音。海鰻系列總共有三種不同噸位的版本──海鰻1100、1400與1800,其中1400與1800又各分出兩種版本:1400pfH與1800pfH採用普通柴電動力系統,而1400H與1800H則裝有 絕氣推進系統(AIP,見下文)。海鰻1800與1400的基本設計在分別在1993與1997年完成。海鰻系列的柴電動力系統由MTU 16 V 396SB83柴油機與Pillar發電機組成 ,驅動單軸五葉片螺旋槳;各海鰻潛艦的輸出功率各有不同,水下航速20節,水面航速則為12節。沒有安裝AIP的型號能在水下持續航行100至115小時,而加裝AIP的1400H與1800H則可在水下持續航行477小時。 海鰻潛艦將以HY-100鋼材建造,最大潛航深度約300m。

海鰻級的電子裝備與武器系統都可由客戶選擇,其中潛望鏡應為先進的Pilkington Optronics CK-038/CH-088光電搜索/攻擊潛望鏡組,聲納選擇則包括艦首主/被動聲納、側面被動陣列聲納以及拖曳陣列聲納等;戰鬥系統則可選擇荷蘭Signaal的Spectrum-2型,整合度極高,能同時追蹤36個目標,並同時導引四枚魚雷攻擊四個目標 ;而美國Librascope Loral(1996年被洛馬集團購併)潛艦戰鬥系統900(Submarine Integrated Combat System,SUBICS-900)也是選項之一。武裝方面,海鰻1100的艦首裝有四具533mm魚雷管,其他則都有六具533mm魚雷管,具備氣壓彈設裝置,可發射魚雷或潛射飛彈。海鰻1100艦上總共能儲存12枚魚雷與飛彈,海鰻1400/1400H為18枚,而海鰻1800pfH/1800H則可攜帶20枚。人員編制方面,海鰻1100共編制21人,海鰻1400/1400H為32,而最大的海鰻1800pfH/1800H則配置38名船員。

封閉循環柴油發動機(CCD)

海鰻潛艦最值得一提的部分就是絕氣推進系統,最初荷蘭曾考慮引進瑞典Kockums公司的史特靈(Stirling)封閉循環發動機,但後來改用由德國 Thyssen Nordseewerke(TNSW)與荷蘭RDM在1980年代合作開發的封閉循環柴油機(Closed Cycle Diesel,CCD),此系統的專利為英國卡頓深水公司(Carton Deep Water System,CDWS)所擁有。在1980年,英國蘇格蘭新堡大學與CDWS合作,發展出一種功率25kW的封閉循環柴油主機,以鉀氫氧化物當作二氧化碳的化學淨化劑, 並在循環氣體中導入氬氣來解決熱效率問題。此一實驗總共進行了超過4年,模擬了水深500m的操作環境。隨後這套系統吸引了德國TNSW與荷蘭RDM的興趣,遂進行進一步研究 ;TNSW以賓士OM421A柴油機與二具機械式空氣淨化器組成封閉循環柴油機原型,在高度含沙、深度500m的模擬條件下進行超過18個月的實驗,而RDM則採用150kW的OM 422A柴油機與二具機械式空氣淨化器進行實驗。在1980年代末期,TNSW與RDM成功研發出名為SPECTRE的CCD主機,可輸出150kW功率的原型分別於1987至1989年進行陸上測試,並在1990年將一組功率達400kW的SPECTRE主機安裝於荷蘭海軍除役的海豚級(Dolfijn class)柴電攻擊潛艦Zeehond號(S-809)上進行測試;爾後在1993年,TNSW將一段裝有SPECTRE系統的船段整合在已除役的西德海軍U-1號潛艦(205型)上進行測試(該艦在1988年 已經裝上西德HDW新研發的PEM燃料電池AI系統作為測試之用),此系統由MTU 8V 183 SE92柴油機、直流發電機與Cosworth淨化器組成,液態氧儲存槽安裝於壓力殼之外,輸出功率250kW,在波羅底海以5節的速度持續航行了15天(總里程為1800海里)。根據此次海試結果,TNSW認為SPECTRE運轉情況大致良好,能讓潛艦具備7~8節的持續潛航速度,並能充分供應艇上日常運作所需的電力 ;然而,唯一比較明顯的是噪音問題,其主要噪音來源包括柴油機、兩具海水管理系統的泵以及各種管路,最大噪音源出現在100Hz(應為柴油主機的共振)。因此,TNSW改良了CCD柴油主機內的元件,包括換裝熱阻抗性能較好的筏件,增加一個冷卻海水與燃油的預熱器;此外,換裝具有主動干涉相消檢噪/減震技術的雙層彈性基座,其中第一層設有大量鋼質彈簧制音器,承擔了柴油發電機組的重量,第二層又稱為搖晃器,以指定強度的標準橡皮制音器為主,並與柴油機上的各個噪音感測器連接,感測器將柴油機振動信號輸入至電腦,然後輸出完全相位反轉的信號至搖晃器,進而抵銷主機的共振,類似的技術亦被美國先進核能潛艦採用。經以上改進後,CCD柴油主機與二氧化碳淨化器的噪音可降至40~50dB的水準。

一套完整的CCDAIP包含柴油發電機、液態氧儲存槽、氬氣瓶、Cosworth空氣淨化器、水管理系統、控制系統等部件,其中柴油機部分可以採用一般的渦輪增壓柴油機,冷卻水迴路與水管理系統的淡水/海水熱交換器是互相連接的。CCD堪稱1980年代歐、俄等國研發的AIP中(包括史特靈主機、燃料電池以及封閉循環蒸汽渦輪等),結構最簡單 且成本風險最低的一種,它的運作原理與一般柴油機相差無幾,使用同樣的燃料(封閉循環渦輪需使用酒精,燃料電池則使用難以製造與儲存的氫),在水面或呼吸管航行時甚至可直接使用外界引入的空氣,與普通柴油機沒有兩樣 ;在潛航時,CCD就改用本身攜帶大氣替代氣體來運作,混合了純氧與惰性氣體 。純氧平時以液態形式低溫儲存於氧氣槽中,使用時先將其汽化,混合入氬氣之類的惰性氣體以緩和氧化速度,然後進入柴油機的汽缸中進行燃燒反應。在大氣替代氣體中加入氬氣是因為大氣替代氣體的二氧化碳含量高於一般新鮮空氣,比熱值則低於正常空氣,容易過熱而影響熱效率,而加入適量氬氣能使替代氣體的比熱接近一般空氣,使其在密閉循環狀態下可以正常工作。CCD的廢氣將通過空氣淨化器以排除燃燒產生的二氧化碳 ,未被吸收的廢氣則混合入適量的氧與氬氣並予以回收,用於下一次 的循環。空氣淨化器主要由內部旋轉網篩組成,柴油機排出的廢氣由吸收裝置的頂部進入,從旋轉網篩外部流向中部,而新鮮的低壓海水也在同時從吸收裝置底部流入網篩中部,並在網篩旋轉的離心作用之下向外流動,使海水與廢氣充分混合;最後,溶有二氧化碳的海水從吸收裝置底部流出,通過水管理系統排到艦外。水管理系統的功能是為吸收器提供低壓海水,並且必須克服海水的壓力;由於吸收器中的水壓力必須隨著潛航深度做調整,故 水管理系統的循環迴路有若干與外界相通的筏門與管道,而這一部份運作時僅需消耗柴油機10%的功率。除了CCDAIP之外,Cosworth空氣淨化器亦可用於史特靈封閉循環發動機上。至於控制系統則用於控制供水、供氧、燃燒等過程。CCDAIP通常配有一個大容量的液態氧儲存槽,至於氬氣的消耗量就很小,只需要幾個小型的氬氣瓶就足以供應。 此型CCDAIP的柴油機燃油消耗為240g/kW-hr,耗氧量為840g/kW-h,而氬氣的消耗量則為34g/kW-hr,操作深度(取決於空氣淨化器與水管理系統是否能與潛艦外的水壓抗衡)可達1000m。TNSW評估後認為,如果在209型潛艇上加裝長度6.5m的SPECTRE模組艙段,或在TRl700型潛艦上加裝8m長的SPECTRE艙段,就能使這些潛艦的水下持續航行時間提高四倍 ,以8節航速可持續在水下航行1100海里(6.5日),以4節航速可持續航行1800海里(近19天),以2節航速可持續航行1200海里(25天),而增加艙段長度便能進一步強化續航力。 一般209型潛艦除了主機以外,其他裝備所需的功率消耗約在40~90kW,而在U-1上測試的CCDAIP則有200kW的輸出功率,扣除水管理系統所需的10%功率(20kW)以及60kW的艦上設備負載,剩下的120kW足以有效推動209型潛艦以8節速率航行。而目前SPECTRE輸出功率 已經達到400kW,使潛艦能以5節航速在水下300m的深度持續航行20天。

由於CCD與傳統柴油機高度共通,柴電潛艦原有的人員訓練與後勤體制便能快速適應 ,而且較為簡單的結構以及現成的技術也使購置與維護成本大幅降低,甚至能直接以平時負責換氣的柴油機作為AIP系統,可節約體積與成本,這是CCD的最大優勢。在性能上,與其他現有AIP系統相較,CCD的耗氧量僅高於燃料電池,水下續航能力較強。但是CCD也有諸多先天問題,其中最嚴重的就是它運作時產生的噪音與普通柴油機不相上下(史特靈主機運作的噪音就非常低,燃料電池本身運作時更幾乎不產生機械噪音),這會大大減損柴電潛艦的靜音優勢;其次,CDD也會產生與一般柴油機一樣多的熱量,必須排放攝氏300~400度的廢氣至水中,不仔細規劃排氣設計就會被敵方以紅外線、化學等偵測方式察覺蹤跡。此外,雖然SPECTRE是一種柴油機,但跟其他接近成熟的AIP一樣,目前SPECTRE的功率有限,能提供的潛航速度 最多只到8節上下。TNSW與RDM曾希望將SPECTRE推銷給阿根廷、荷蘭、澳洲、德國、南韓等國,用於改良他們現役的潛艦,不過到目前為止SPECTRE都沒有找到買主。 除了荷蘭與德國之外,義大利馬里塔利亞公司也花費了十幾年從事CCDAIP的研發工作,並提出一種名為20GST48的多用途柴電潛艦設計方案,動力系統由一具普通柴油機、兩具功率各294kW的CCD封閉循環柴油發電機組以及1具輸出588kW的推進電動機組成,號稱能以8節的航速在水下持續航行3500海里,或以5節航速持續潛航7000海里,最大潛航深度為400m,不過這型設計目前也一樣找不到任何買主。

外銷形勢

原本荷蘭希望海鰻 系列能取得未來國際柴電潛艦市場約20%的訂單(近30艘),但實際上情勢極不樂觀,在法國天蠍座與德國214兩強夾殺下,可謂全盤皆墨。 原本荷蘭為了支持本國潛艦工業,曾有意購買至少兩艘海鰻型潛艦,但在冷戰結束後軍費大幅縮減的情況下無法實現。

埃及在1990年代末期打算購買新潛艦以取代陣中4艘老舊的俄製R級柴電潛艦,競標者包括美國英格斯/德國HDW的209型潛艦、法國/西班牙的天蠍座、巴基斯坦改良後的二手奧古斯塔B型、美國洛馬/波音與俄羅斯合作的Kilo級,以及荷蘭RMD/美國洛馬/英格斯合作的海鰻-1400與兩艘荷蘭二手旗魚級;由於埃及排除了二手潛艦,所以旗魚級與奧古斯塔B隨後便出局了。在2000年,埃及選擇了海鰻-1400(未配備AIP),由荷蘭轉移技術給美國Litton Ingalls造船廠,然後協助埃及本土的造船廠進行建造。埃及並決定本級艦採用美國洛馬集團開發的SUBICS 900戰鬥系統,洛馬與雷松也負責艦上其他裝備的整合;此外,兩艦的部分款項也由美國政府每年給埃及的海外軍事援助(FMF Aid)來支付。雖然埃及已經在2000年與美國展開簽約作業,但由於埃及財政狀況不佳,此案的進展一直相當緩慢,據說到2002年才完成簽約,兩艦原本預計分別在2006與2008年服役 ;此外,埃及也打算採購第二批兩艘海鰻,原本希望在2008年簽約,並預計在2010與2012年完工。不過,後來 埃及採購海鰻型潛艦完全沒有下文。埃及獲得現代化潛艦的決心相當堅定,因為以色列在2000年代初期獲得了一批性能精良的德製海豚級潛艦,埃及必須設法與之抗衡 ;然而,由於埃及財政十分困難,因而放棄了海鰻型,隨後在2004年12月轉向德國洽商購買便宜得多的二手206A型潛艦,不過後來也沒有下文。 最後,埃及在2012年達成協議,向德國購買二艘209型柴電潛艦。

在馬來西亞方面,該國在1990年代中期曾有意採購荷蘭海軍除役的兩艘旗魚級潛艦,並在2000年左右決定同時購買兩艘新造潛艦與一至兩艘二手潛艦,競爭者包括法國/西班牙天蠍座與一艘二手奧古斯塔70、德國214型與土耳其二手209 TR-1200/1400,以及荷蘭海鰻-1400與二手旗魚級。在2002年,馬來西亞正式選擇了法國提出的方案,海鰻又遭受一次外銷失利。

此外,印尼在1990年代末期打算採購新型潛艦,考慮對象包括荷蘭的兩艘封存的改良型旗魚級、兩艘新造海鰻-1400以及德國授權南韓製造的Type-209 TR-1400等,最後印尼在2004年決定由南韓大宇重工先改良現役兩艘Type-209 TR-1300潛艦,並考慮向大宇購買新造TR-1400型潛艦。而葡萄牙在1990年代末期展開的潛艦購買計畫,甚至一開始便將海鰻型排除在外(最後葡萄牙選擇了209PN型),一度使RDM公司考慮向葡萄牙政府提出控告。

2000年代初期美國答應為 台灣尋求八艘柴電攻擊潛艦後,許多歐洲廠商便蠢蠢欲動,其中也包括海鰻潛艦。如果能順利取得荷蘭政府的許可,由於埃及已經透過Litton Ingalls代為建造兩艘海鰻型,如能與台灣所採購的一起生產,既可避免重複進行預備工作所造成的浪費,更因生產達到經濟批量而壓低成本,對於建造時程與成本控制都有好處。但 除了政治因素之外,海鰻目前並沒有任何既成艦,不算是成熟的產品,台灣海軍對其始終沒有興趣。在2007年,台灣購潛的選項明確地放在西班牙P650與德國209 TR1400上,海鰻很早就遭到排除。

在1990年代以後, 荷蘭潛艦產業臨非常現實而殘酷的考驗,由於荷蘭船廠在1994年交付最後一艘海象級潛艦給荷蘭海軍之後,就再也沒有接獲任何潛艦訂單,而曾讓荷蘭造艦業寄予厚望的台灣增購潛艦案又在 中國的政治阻撓下遭到荷蘭政府封殺;沒有建造機會就會導致人力與產能迅速流失,使荷蘭潛艦的市場聲望急速滑落,使得買主紛紛轉向德國、法國等主要柴潛輸出國,如此更沒有訂單來維繫荷蘭造艦業的潛艦產能, 成為惡性循環。更慘的是,由於後冷戰時代國防壓力驟減,荷蘭已經在認真考慮在現役四艘海象級潛艦屆齡後便裁撤所有潛艦兵力。上述種種不利的因素,很可能導致荷蘭潛艦工業就此走入歷史。