​“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的关键技术特点——舰体线型与模块化设计

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的关键技术特点——舰体线型与模块化设计

在酝酿“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的时代，也是美国海军酝酿新一代舰载系统的时代。不过，由于错综复杂的原因，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰又不能等到新一代舰载系统成熟时才开始建造，其建造有着相当的时间紧迫性。所以，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰注定是一型具有浓厚过渡性色彩的大型水面舰艇，从一开始就考虑了基本型，升级型，防空型三个型号。所以在舰体设计上要求具有前瞻性，既能满足当下的战术需求，又要为未来的技术改进和衍生留出裕度。这种留有余地的要求，首先表现在舰体的设计上。作为核动力航母战斗群的主要护航舰艇，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰舰体需要保证足够的适航性、抗沉性和高速性（最大航速不低于33节）。

同时为了日后升级改进和衍生拓展，虽然在概念研究阶段，确定的基本型排水量规模是不超过8000吨，但要求舰体留有相当比例的储备冗度——排水量裕度为12%，电力裕度为34%，人员裕度为20%（与之相对应，后来在“阿利·伯克”级导弹驱逐舰的设计中，上述三个数据分别为10%、20%、10%）。在1968年2月美国海军发布的合同设计招标要求中，还特意指出应不使用稳定装置但仍能将舰身的横摆与纵摆控制在最低水平。将这几个因素综合起来并不是一个简单的事情。为此，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的舰体线型设计就很有讲究。

一改此前“孔茨”级、“查尔斯·F.亚当斯”级等舰队驱逐舰传统的平甲板舰型，采用了长宽比较小的长艏楼舰型。艏楼是船首部的船楼，即船舶上层建筑位于船艏叫做艏楼。艏楼长度大于舰长三分之一者，称为长艏楼。它的好处是空间充足、布置起来比较容易；缺点是稳定性相对于平甲板船型比较差。而美国海军又特意要求不采用稳定装置。所以为了调和长艏楼舰型和舰体稳定性之间的矛盾，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的舰体线型很有特点——飞剪形舰艏，舰艏部呈V型剖面，两舷明显外飘。 舰尾部呈很宽的U型剖面，中部两舷设一对占舰长约1/4的长毗龙骨。

另外，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰舰长171.6米，舰宽16.8米，长宽比较小，虽然较小的长宽比会对舰艇的航速造成一定的影响，但提高了舰艇的稳定性和耐波性，提高了远洋作作战能力、增加了储备浮动，也为日后的改进拓展留出了冗度。作为“斯普鲁恩斯”级驱逐舰舰体设计较为成功的一个实例，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰实舰经历的一次抗摧毁性测试是很能说明问题的。2005年8月23日，美国海军计划把退役的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰“伐夫”号(DD-991)作为靶船击沉。“伐夫”号按计划被MK48重型鱼雷击中，打成两截。但令人意想不到的是，虽然鱼雷的在舰体下爆炸后产生的巨大水压折断了“伐夫”号，但断成两截的舰体依然漂浮在水面上。

于是美军只好再对“伐夫”号一阵炮击，直到把漂浮在海面上的舰体残骸打得千疮百孔，“伐夫”号才侧面倾斜，缓缓的沉入海水中。同样作为需求指标的具体反馈，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰舰体设计的另一个特点是模块化设计建造方法的应用。模块化造舰概念萌芽于第二次世界大战期间的舰艇分段建造方法。在当时，美国造船行业总共拥有165名员工，建造了1768艘军船。1942—1944年短短三年的时间里，美国建造的万吨级“自由轮”就达到3148艘。由于舰船建造采用统一标准，推动了焊接技术和分段建造技术的发展。通过大规模的建造军用船只，造船工业为海军在前线作战提供有力的装备保障，为第二次世界大战的加速胜利作出了巨大的贡献。

至于现代意义上舰艇模块化设计建造则起源于20世纪60年代初。1962年，美国管理学大师赫伯特·西蒙首次提出了“模块化”的设计概念。模块化是按照某种规则，将一个复杂的系统或过程，和若干能够独立设计的特定功能的子系统，相互整合和分解的过程。模块化的明显优势是促进复杂系统向新的均衡系统演进，从而实现关联系统专业分工的柔性化和互补性合作。模块化率先应用在计算机设计方面，后逐渐扩展至包括产品设计到企业组织的所有方面。军事领域的模块化设计则首先在舰船设计制造方面进行了应用。这不是没有原因的。海军舰船就是一个复杂系统。

传统的舰船平台研制必须在武器等系统确定后方可开始，而一个新的武器系统的研制经常要用几年的时间。若在武器系统尚未研制成功的情况下就开始研制平台，一旦武器系统与舰船的接口关系有变化，则舰船总体上就需作相应变化，有时甚至是大的变动。这样既影响舰船总体研制进度，又影响研制产品的质量。研制周期太长，既无法满足部队作战使用急需，也无法在使用性能上真正地满足作战要求，且随着研制周期的延长，研制经费也直线上升。模块化设计和建造方法在军事领域率先运用于海军舰艇的原因正在这里。模块化设计建造可以改进舰船建造的流程，缩短研制建造时间，提高整体质量（在模块化舰船中，模块是相对独立的单元，由专门单位负责设计，专业生产， 还可以对模块进行试验研究，有利于提高模块质量，进而提高舰船的质量）。

而且可实现舰船任务功能的多样性和作战使用的灵活性，有利于现代化改装和维护，减少舰船全寿期的费用。由于按模块组织生产，而不是按舰船组织生产，使得大多数的零部件由单件、小批生产变为成批生产，扩大了生产批量，便于采用先进工艺、专用的工艺装备和高效的加工设备，便于组织专业化生产，有助于提高劳动生产率，降低废品率）。从60年代后期起，舰船模块化技术便开始在舰船设计建造上进行应用。

舰船模块化设计建造本质上就是将舰船平台设计成标准化系列产品，同时把武器、电子设备等各系统设计成标准的功能模块，各功能模块具有标准的接口、箱形或框架，并对应舰船平台的开口，可进行不同模块的吊装和拆解。进行模块化设计的舰船，舰船平台和各功能模块可以平行建造，由于平台设置了标准的多功能安装基座，可根据客户要求选装不同的功能模块。很明显，采用模块化的造船方法，既可以大大缩短舰船研制和建造周期，又容易实现平台的多功能特性，并且舰船的中期维护和改造也因此得到便利。20世纪60年代中期，基于赫伯特·西蒙的“模块化”设计理论。美国海军开始进行采用模块化实施海上系统工程研究的计划（SEAMODE）。SEAMOD即通过模块化实施海上系统的现代化改装。其主要技术思想是一型舰艇在设计时就要考虑到未来现代化改装的需要，使舰艇的总体设计能够适应现役、在研乃至研制规划中的武器电子系统的装舰要求。

SEAMOD计划主要解决的是舰艇平台与武器电子系统在技术性质和研制周期上的不匹配的矛盾(即平台与武器电子设备在研制周期、生产技术、使用寿命、威胁匹配四个方面的不匹配) ，使得美国海军可以用较低的成本对一型相对稳定的平台进行持续的现代化改装，以实现其作战能力的不断升级。基于SEAMODE的研究成果，美国海军随后制定了正式的研究和发展纲要，详细研究可变有效载荷舰（VPS）的设计概念，并公布了舰船系统工程标准（SSES）的接口标准。试图通过可变有效载荷舰（VPS）设计概念和舰船系统工程标准（SSES）对舰艇功能进行分解，确定采用模块化技术的范围，分析应用模块化技术设计和建造舰艇对舰艇总体布置和强度以及电磁环境等设计参数所造成的影响，制订出武器装备、电子设备等多功能模块的物理尺寸，与舰艇平台的接口方式、标准以及信息界面等。

比如在美国海军的舰船系统工程标准（SSES）中，就制定了安装界面控制计划（NIICO）及数据传输网络的标准界面，精确规定了标准界面的基本内容，使舰艇平台可以与武器装备功能模块、电子功能模块同时建造。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰就是美国最早采用可变有效载荷舰（VPS）设计概念模块化设计理念和贯彻舰船系统工程标准（SSES）的大型水面舰船，其目的一是便于迅速组织生产，特别是提高战时生产率，并且有助于降低建造成本外，二是便于日后的升级改进和衍生拓展。全舰按功能区域进行划分，尽可能把功能体包含在一组模块内。例如首部的声呐模块内包含有首声呐的22个电子设备柜、电源、监控系统和换能器。

又如“阿斯洛克”武器模块，其发射装置和弹库的大小要考虑将来与多用途MK26导弹发射装备及其弹库的互换，尾部的“海麻雀”导弹模块也要考虑与MK26型发射组模块的互换。值得注意的是，“斯普鲁恩斯”级驱逐舰舰体模块化设计中模块概念的一个重要引伸是底盘化概念，这是指利用底盘装几种互相靠近在一起的设备，把电的、机械的几种设备在装舰之前先在底盘上装为一个整体。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰舰体的设计建造中广泛地应用了底盘化，这样有利于舰的建造及以后系统或分系统的变化。保证将来现代化改装时可以避免重大的结构变动，避免大幅度修改和变换保障设备等弊端。

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的关键技术特点——作战职能定位

来源《舰载武器》杂志，未完待续……