从银锌电池到铅酸妥协：651型潜艇的设计与服役回顾

我们继续回顾苏联潜艇的一些类型及其设计、建造与服役情况。这一次轮到的是651型柴油—电力潜艇。

此前在介绍苏联675型核动力潜艇时，我们曾提到：苏联海军中还存在着用途相近的柴油—电力潜艇（ДЭПЛ），同样装备巡航导弹。这一点并不令人意外——在20世纪60年代，苏联海军正处于加强水下力量的阶段，其核心任务之一就是打击敌方水面舰艇（以及沿岸目标）。

当时普遍认为，这一任务应主要由装备巡航导弹的潜艇来承担。

因此，在研制和建造675型核潜艇的同时，苏联也同步推进了651型柴油—电力潜艇的建造工作，作为同一作战理念下的另一种技术实现路径。

两种导弹潜艇项目的对比

651 型大型柴油潜艇（装备导弹武器，并采用银锌蓄电池——这一点非常重要！）的初步设计方案，是根据苏联部长会议于1956 年 8 月 17 日和 25 日的决议制定的。

该型潜艇设计用途为：使用P-6 自导巡航导弹打击敌方水面舰艇和运输船只；使用P-5 巡航导弹攻击敌方海军基地、港口以及位于沿海和纵深地区的工业与行政中心；主要用于远洋与海上交通线作战。

1958 年 5 月，该初步设计方案获得批准，并在此基础上展开技术设计；技术设计于1959 年 1 月正式通过。

651 型潜艇的主要战术技术性能（TTX）

在技术设计完成后，651 型潜艇的主要参数如下：

• 水面 / 水下排水量：3200 吨 / 4307 吨（部分资料中将正常排水量标注为 3174 立方米）
• 全长：85.9 米
• 最大宽度：9.7 米
• 平均吃水：6.92 米
• 浮力储备：占正常排水量的 31.6%

主要性能指标（供参考）

• 最大潜深：300 米
• 工作潜深：240 米
• 自持力：90 天
• 燃油储备：标准：282 吨、增强型：670 吨
• 乘员数量：78 人
• 最大水面航速：16 节
• 最大水下航速：18.13 节
• 经济水下航速：2.74 节
• 使用通气管（RDP）航速：7 节

项目首艇——K-156

该艇为双壳体结构，拥有发达的耐压指挥塔围壳和上层建筑。耐压艇体由直径6900 毫米的圆柱体以及前后两个截锥体组成。艇体内部由横向平面水密隔舱分为8 个舱段。所有隔舱均按10 kgf/cm²的双向试验压力标准设计。

肋骨（框架）设置在耐压艇体的内外两侧，外部肋骨还加装了加强肘板。为便于主机设备的安装与更换，设计上允许切除部分耐压艇体蒙皮和骨架，随后再进行对接焊接复原。

耐压指挥塔呈椭圆形，其顶部为圆柱形曲面，母线与舰艇纵向轴线平行。

651 型柴电潜艇纵剖面结构

主压载系统由14 个压载舱组成，其中：

• 第 4 号和第 11 号舱为应急压载舱，用于在某一对导弹发射筒发生失密时恢复浮力；
• 第 2、3、5、7、12、13 号舱为燃油-压载两用舱；
• 这些舱室均为耐压结构，并配备进水阀（海底阀）；
• 其余主压载舱（除位于艇首、带有进水阀的 1 号舱外）通过排水孔进水；
• 所有舱间通风系统相互独立；
• 进水阀与通风阀采用液压远程控制

导弹发射后的配重系统

在导弹发射后，为补偿重量变化，通过向位于第二舱以及尾部导弹容器区域的耐压舱和外壳空间注水来实现重量平衡。

燃料配置

• 标准燃油储量：282 吨
• 燃油分布于：
• 5 个位于耐压艇体内的燃油舱
• 6 个位于艇外的燃油舱： 其中 2 个位于艇艏与艇艉（第 6、11 号）、其余位于艇体下部的双壳间空间

耐压艇体与外壳结构均按照抗核爆冲击要求进行设计。

设计难点（引自“红宝石”中央设计局）

“最大的技术难题出现在尾部动力系统的研制上，该系统既要保证潜艇具备较高航速，又必须尽可能降低水下噪声水平。”

651 型潜艇（可能为 B-67）在巴拉克拉瓦（另有资料称在塞瓦斯托波尔）装卸巡航导弹的照片

这些技术难题还因另一个因素而进一步加剧——该艇配备了功率极大的推进电机（2×6000 马力）。如此高功率要求螺旋桨具有较大的直径，而在既定的艇体主尺度条件下，螺旋桨难以布置；若增大艇体尺度，又会导致航速下降。此外，大功率推进电机本身也难以布置在耐压艇体直径范围内，并限制了推进轴线的展开角度。

经过多轮方案论证后，最终采用了带导流罩的螺旋桨设计方案，同时对艇艉外形进行了重新设计，使其在不增加艇体长度的情况下满足布置需求。螺旋桨被设计为低噪声型。

这一推进系统的选型使螺旋桨直径得以缩小到可接受范围，同时还提高了潜艇的临界航速。

说明：所谓“临界航速”，是指螺旋桨噪声开始急剧上升的航速。

船体材料与结构

所有保证潜艇达到最大下潜深度的结构件，以及耐压艇体的平面横向隔舱，均采用AK-25 型钢制造，其屈服强度为60 kgf/mm²。

部分结构则采用AK-27 型钢，其屈服强度为52 kgf/mm²。

首艇建造情况

项目首艇（厂号552）由波罗的海造船厂建造，后被命名为K-156。这是该厂首次使用AK-25 型钢，在实际建造过程中遇到了不少困难。

在耐压艇体制造过程中发现了大量焊接裂纹，主要集中在：

• 框架与耐压艇体外壳的焊缝处（半自动焊接）
• 耐压艇体锥形段的对接缝和角焊缝（手工焊接）

造船厂最初将问题归因于焊接工艺不当。最终，所有存在缺陷的焊缝均被切除，并改用奥氏体焊条重新焊接，取代此前使用的低合金焊条。

同样的焊接工艺随后也被推荐用于第二艘同型艇（厂号553，后命名为K-85）。

鉴于耐压艇体焊缝存在隐患，首艇在进行水压试验时提高了测试标准——试验压力被提升至 35 kgf/cm²。

651 型柴油—电力潜艇外形示意图

在最初建造的五艘潜艇（K-156、K-85、K-70、K-24、K-77）上，外壳、耐压外置舱、稳定翼以及耐压指挥塔围壳均采用了45Г17Ю3 型低磁钢制造，其屈服强度为40 kgf/mm²。

而在其余建造的艇只上，这些结构则改用СХЛ 型钢。不过，这种钢材同样带来了一系列问题。

正如中央设计局“红宝石”（ЦКБМТ «Рубин»）的资料中所指出的：

“在掌握 45Г17Ю3 低磁钢的制造工艺过程中，造船厂在钢材矫正和切割方面遇到了极大的技术困难。这是因为该低磁钢具有较大的翘曲倾向，其原因在于材料本身的物理特性——较高的线性热膨胀系数和较低的导热性。此外，该钢材的摩擦性能较差，容易产生粘附和拉伤，因此在机械加工过程中极为困难。所有这些因素导致焊接结构在校正和装配时工作量大幅增加，同时也使结构中残余应力显著增大。”

运行中暴露的问题

采用低磁钢外壳的潜艇自1962 年起陆续下水，并在1963 年 12 月至 1965 年 10 月期间服役。然而，到了1966 年 9 月，其中一艘潜艇在检查中发现：

• 外壳蒙皮出现大量腐蚀损伤
• 在主压载水舱区域出现贯穿裂纹与非贯穿裂纹
• 裂纹长度不一，数量较多

后续检查结果表明：所有使用 45Г17Ю3 低磁钢制造、且长期与海水接触的轻型外壳结构，在服役 4～5 年后，都会出现贯穿或非贯穿裂纹。

这一问题最终被认定为该钢材在海洋环境中长期服役适应性不足所致，也成为后来苏联潜艇设计中放弃大规模使用该型低磁钢的重要原因之一。

651 型潜艇（北方舰队）

在潜艇服役过程中，船体出现裂纹的主要原因，是45Г17Ю3 型低磁钢本身存在的应力腐蚀开裂倾向，以及其较低的耐腐蚀疲劳强度。这一问题又因防腐涂层维护不及时而进一步加剧。

鉴于这一情况，苏联造船工业部（МСП）与海军共同采取了一系列措施。针对不同型号潜艇，制定并实施了成套的设计—工艺改进方案和防护措施，以提高由 45Г17Ю3 钢制造的轻型船体及外部耐压舱的耐腐蚀与抗疲劳性能。同时，还制定了多项指导性文件和技术规范，用于缺陷修复工作。这类修复通常与潜艇的定期维修和现代化改装同步进行。

值得注意的是：在对缺陷部位进行修复后，潜艇磁场强度往往无法继续满足最初建造规范中的要求。也就是说，修复工作在一定程度上破坏了原本对磁特性的控制。

声呐隐身涂层问题

651 型潜艇的外壳原本应覆盖一种非共振型消声涂层，带有喇叭状通道结构，型号为НППРК-4Д，用于降低敌方声呐探测概率。

但有一个重要细节：

• 前六艘 651 型潜艇并未安装该消声涂层
• 原因是当时该涂层工艺尚未完全成熟
• 在后来加装该涂层后，潜艇排水量有所增加
• 从设计值3174 吨上升至约3300 吨

651 型柴油-电力潜艇外形示意图

在研究该型潜艇时，特别需要关注其动力装置，该装置由若干关键部分组成：

1. 柴油机系统

潜艇配备：

• 两台 1Д43 型主柴油机（科洛姆纳工厂制造）
• 四冲程
• 十二缸
• 带燃气涡轮增压
• 内置减速器
• 不可逆转
• 功率：每台 4000 马力（440 转/分）
• 一台 1ДЛ42 型柴油机（同样由科洛姆纳工厂制造）
• 四冲程
• 六缸
• 带燃气涡轮增压
• 功率：1720 马力（700 转/分）
• 与 **PG-142 直流发电机（1000 kW）**联接

651 型潜艇（德国博物馆中的博物馆舰）

潜艇配备了远程自动化控制系统（ДАУ），该系统用于：

• 控制柴油机
• 控制轴系气动离合器
• 控制排气阀与进气装置
• 显示柴油机运行参数
• 显示气动离合器的工作状态

该系统还能控制：

• RDP（潜航通气管）系统的阀门
• 在使用 RDP 模式时对主推进电机进行联锁
• 对柴油机实施多参数安全保护

除了远程控制台外，柴油机也可在其前端的本地控制站进行操控。

远程自动化装置“ДАУ”系统的引入大幅简化了柴油机的操作维护工作，使得一名操作人员即可在不进入柴油舱的情况下完成控制。

柴油装置的一项显著特点是：其排气管道采用钛合金制造。

航程参数（供参考）

• 最大水下航速（18.14 节）航程：27.8 海里
• 经济水下航速（2.74 节）航程：810 海里
• 使用 RDP、航速 7 节、加大燃料储备时航程：18,000 海里

2. 电推进系统

• 两台主推进电动机 PG-141
• 功率：每台 6000 马力
• 转速：500 转/分
• 两台经济航行电机 PG-140
• 功率：每台 200 马力
• 转速：155 转/分

3. 蓄电池系统（银锌电池）

采用30/3 型银锌蓄电池组，由以下部分组成：

• 4 组电池
• 每组152 节电池

性能参数：

• 最大放电电流：14,000 A（持续 1.5 小时）
• 长时间放电容量：30,000 Ah（放电电流 250 A）
• 使用寿命：35–40 个标准循环12–18 个月

为保证高功率放电，电池采用闭式蒸馏水冷却系统。

与传统铅酸电池相比，银锌电池具有以下优点：

• 容量显著更大
• 允许中断充电
• 允许不完全充电
• 在保修期内通常不需要补液

同时，该电池组配备远程监控系统，大幅简化了维护工作。

651 型潜艇——博物馆舰

1961 年，由于国内银资源不足，决定将银锌蓄电池的使用限制在 651 型潜艇约一半的系列中，随后实际装备银锌电池的潜艇数量减少到三艘。

备注：潜艇的最大水下航速、最大航程以及经济水下航速航程数据，都是针对配备银锌电池的潜艇而言的。对于使用铅酸电池的潜艇，这些数值要低得多：

• 最大水下航速：约14.5 节
• 最大航程：约14.5 海里
• 主推进电机最大功率：约5500 马力
• 经济水下航速（2.8 节）航程：约350 海里

其余潜艇则装备60 СМ-П 型铅酸蓄电池（产品 422），共448 节（4 组，每组 112 节）。

• 最大放电电流：9000 安培（1 小时）
• 长时间放电容量：15,000 安培小时（放电电流 250 安培）

补充说明：即便是最初的三艘配备银锌电池的柴油-电力潜艇，在电池寿命耗尽后，也都更换为铅酸电池。

651 型潜艇在海上——插图说明

推进电机的操作通过控制盘完成，这些控制盘配有水冷系统，可以实现电机的启动、倒转以及所有规定的电机和发电机工作模式。

为了保持冷却用的蒸馏水的清洁（水质直接影响推进电机控制盘及蓄电池的绝缘电阻），水冷系统中安装了离子交换过滤器。

银锌蓄电池与推进电机控制盘的水冷系统，在国产潜艇上是首次应用的技术，但遗憾的是，这一做法并未得到广泛推广。原因很简单——银是一种稀缺资源，无法满足全部潜艇的需求。

（感谢收看本频道编译的内容）