总体而言,护卫舰的结构十分复杂,除了具备普通船舶的一般特性之外,根据其作用的不同,在结构上也各色各样。护卫舰通常划分为承载系统、动力系统、船电系统、武器系统、损管系统和后勤系统六大主要系统。承载系统主要指船体;动力系统包括蒸汽、柴、燃、电力以及各种组合;船电系统包括各种雷达、电子监视系统、声呐、干扰器、作战情报指挥系统;武器系统包括舰炮、反舰、防空、反潜、舰载机系统、电子电磁雷达系统;损管系统包括逃逸、封堵等;后勤系统包括供给保障、居住等。
对护卫舰的结构划分越来越细致,但以下四大系统是通用的。
由于护卫舰的多用途特征,其在世界各国海军中都占有相当重要的地位。
根据所担负的不同任务以及其侧重点,护卫舰可分为反潜、对海、对空和综合型,不同类型的舰只对动力装置的要求也不尽相同。
护卫舰总体排水量、航速与续航能力的大小是决定该护卫舰选用何种动力方式的关键因素,同时各国还需根据自身的技术和资源状况来合理、经济地选择动力系统。
现代护卫舰没有严格意义上的划分标准,有些国家把排水量4000吨的舰称为护卫舰,有些国家则把排水量3000吨的舰称为驱逐舰。现在国际上大多将排水量在500~2000吨的舰称为轻型护卫舰,把排水量在2000吨以上的舰叫护卫舰。而我国没有细分,通称为护卫舰。
(1)动力系统的基本形式
普通舰船常用的动力主要有柴油机、燃气轮机和蒸汽轮机三种基本形式的推进装置。
早期烧煤的蒸汽机已经被淘汰,现在的蒸汽轮机一般烧的是重油,通过锅炉提供蒸汽,靠蒸汽来推动活塞产生动能。燃气轮机的燃料早期是航空煤油,现在也是选用各类重质或轻质燃油,通过燃油膨胀推动涡轮旋转产生动能。柴油机顾名思义是使用柴油,靠柴油的膨胀推动活塞而产生动能。现代舰艇也有很多选用核燃料的。
三种基本形式的动力在质量、最大功率配置、尺寸、机动性、经济性、操纵等方面都各有利弊。比方说蒸汽轮机装置的功率范围大,但因为它必须使用锅炉而体积较大,其单位质量和经济指标都较低,且起动备航时间长、机动性较差。柴油机装置的尺寸和质量与功率要求成正比,也就是说功率要求越高机器的尺寸就越大,这样,在大功率舰船上就难以使用。燃气轮机虽然质量轻、尺寸小,但由于其零件精密而使用寿命短,而且在低工况即怠速时,油耗也较高,经济性不好。
从上面的分析来看,任何单一形式的动力装置都不能满足舰船的全部要求。为了提高舰只的战斗力,就必须提高舰只的航速和机动性能。因此在过去数十年间,世界各国的大型舰只大多采用燃气轮机与其他机组的组合,从而改善燃气轮机在某些负荷段的不良性能。
所谓“组合”就是我们通常所说的联合动力装置,它能最大限度地体现出各类动力的优势,不仅满足了在舰船全速航行时能发出全功率,而且在低速巡航时又较经济,因此得到广泛的应用。
(2)联合动力装置
联合动力装置是指将两台或两台以上同类型或不同类型的发动机通过特使齿轮箱装置并车,同时使用或者是交替使用的推进装置。现今世界各国已应用的联合动力装置主要有柴燃联合型、全柴联合型、全燃联合型、燃蒸联合型等。使用最多并且具有代表性的是柴燃联合型,即柴油机与燃气轮机交替驱动的方式。这种动力方式既发挥了柴油机经济性好的优势,又利用了燃气轮机功率大、尺寸小、重量轻、转换速度快等优点。在低工况时柴油机工作,避免燃气轮机油耗过高的问题。柴燃联合动力装置的最主要的优点就是起动快、机动性好、备航时间短。很多国家现在都采用柴燃联合动力装置。
(3)联合动力装置的结构原理
综上所述,联合动力装置就是将不同类型或型号的多台发动机主机、传动推进装置等进行组合,从而发挥每型主机的各自优势和特性,以此来满足舰艇不同航行状态下的动力需求。
在联合动力装置中,使用最普遍、数量最多的就是柴燃联合动力推进装置,该装置中用得最多的则是柴燃交替推进型方式,也就是将一台燃气轮机和一台柴油机进行组合。燃气轮机按照全速航行状态选配,需要高速航行时使用燃气轮机单独驱动,以保证舰只全速航行时接近其额定功率运行。而柴油机功率是按巡航速度的需要选定的,在低速巡航时则使用柴油机,两者通过自动同步离合器来转换驱动。这样,既能保持巡航时较经济的油耗,又可以达到高速航行时的功率需求。
护卫舰动力系统
柴燃联合动力装置的另一种推进方式是三机两轴式配置模式,就是一台燃气轮机加两台柴油机的组合,以此来驱动双螺旋桨。在低速巡航阶段使用一台或两台柴油机,中速行驶阶段选用燃气轮机,全速航行阶段则采取三机联合并车工作。这种配置方式虽然避免了燃气轮机和柴油机单独驱动各自的螺旋桨的拖桨损失,但也存在并车控制系统和齿轮箱复杂、两种动力源的同步调速和功率匹配等方面的复杂问题。
全柴联合动力装置
随着柴油机技术的发展,大功率柴油机的性能已接近燃气轮机,基本能够满足护卫舰等中型舰艇的动力需求,因此“全柴”动力应运而生。这种模式尤其被那些工业化水平欠发达的国家所青睐。全柴动力中,使用两台或三台同型号的柴油机者居多,通过并车组成一根动力推进轴。高速时全部机组工作,低速巡航时由一部机组工作,转换十分简单。但是全柴联合动力还有一个因柴油机噪声大而容易被敌方探测到的弊端。
单一类型的动力系统相对简单,联合动力系统在动力匹配和动力平衡方面比较复杂,参与联合的单机越多,平衡和匹配系统就越复杂,因此,各国在选择动力类型的时候都会结合自己的技术实力、实际需求和经济性而定。
2018年3月15日,随着菲律宾马尼拉甲米地海军基地PS11“拉贾·胡马邦”号护卫舰海军旗的徐徐降落,宣告了该型护卫舰作为一个时代的标志而正式退役,它不仅是菲律宾最古老的军舰,也是世界上现役海军中使用的最古老的护卫舰。该舰的火力配置代表了那个时代的先进性,即便在当今,其火力配置也不落后。
PS11“拉贾·胡马邦”号护卫舰的前身DE169“阿瑟顿”号护卫舰是美国海军72艘“坎农”级护航驱逐舰之一(美国当时称该级舰为护航驱逐舰),由美国新泽西州联邦公司造船和船坞公司耗时8个月生产完成,该舰于1943年夏季交付,自1944年初开始在美军海军服役。
正是因为其先进的火力系统,1945年5月6日,“阿瑟顿”号护航驱逐舰协助美军舰队击沉了德国U-853号潜艇;三天后,“阿瑟顿”号在波士顿附近再次给敌方潜艇以沉重打击。6月,“阿瑟顿”号参加了在太平洋针对日本的最后军事行动,取得了不错的战绩。1945年底,“阿瑟顿”号返回大西洋后即从美国海军退役。
二战结束后,美国成了日本的保护国,1955年6月14日,“阿瑟顿”号被交付给日本海上自卫队,日本将其命名为“初日”号,1975年6月该舰退役,日本将此舰归还给美国。
20世纪80年代,出于美菲准军事同盟的关系,1976年9月13日,该舰又在“军事援助”的框架下交给了菲律宾,1979年在韩国经过大修,1980年2月列装菲律宾海军,被命名为PS11“拉贾·胡马邦”号,随后,作为巡逻护卫舰正式成为菲律宾海军的旗舰。
尽管在菲律宾服役期间“拉贾·胡马邦”号进行过多次维修,但是在武器方面并没有进行大规模的升级,仍保留了二战期间主要的炮兵武器。其火力配置包括用于近防的6门20毫米舰炮、4挺12.7勃朗宁机枪,反舰武器是3门40毫米56倍口径的双管舰炮、3门76毫米50倍口径舰炮。1995年,菲律宾海军对PS11“拉贾·胡马邦”号护卫舰进行了最后的一次维修,拆除了已经陈旧且丧失了工作性能的两套火控系统,并且换装了较为先进的雷达和导航系统。一艘护卫舰能服役三国、退役4次,这在护卫舰的历史上也是不多见的。
二战结束后,军事工业,特别是火箭、导弹以及电子技术飞速发展,护卫舰的火力配置得到了极大的提升和改进。除少数大国的护卫舰为大型舰艇护航外,绝大多数国家都用于巡逻、近海警戒或护渔护航。由于国情的差异,各国护卫舰也发挥着不同的作用。美国的护卫舰主要用于为海上运输舰船护航,护卫其两栖舰艇进行渡海和登陆作战,而且其反潜能力也极具优势。
冷战期间,为了对抗美军,苏联海军护卫舰的主要任务是伴随舰队在公海以及其漫长的海岸线上反潜警戒和近海巡逻,这就要求护卫舰能快速机动。因此,在20世纪五六十年代以前,苏联的护卫舰比美国海军的护卫舰吨位要小得多,只有1000吨左右。到了20世纪70年代,苏联海军的护卫舰吨位也逐渐增大,如“科尼”级反潜护卫舰的排水量就达到了2000吨。
20世纪70年代,美苏进行激烈的军备竞赛,开发和制造了各种名目繁多的护卫舰,与此同时,英国、法国、德国、西班牙、日本等国家也不甘落后。
英国研制了一款大型远洋反潜护卫舰,首制舰是“大刀”(也叫“佩刀”)号,最高航速30节,排水量3556吨,舰上装有2座“海狼”防空导弹发射架,4座集装式“飞鱼”反舰导弹发射架,配4枚“飞鱼”导弹、2门单管40毫米口径舰炮。此外还装备有鱼雷发射管、反潜直升机等。因此,该舰自身具备了多用途、强火力的远洋反潜护卫能力,从而将护卫舰的作战范围从近海推向了远洋。该舰在马岛战争中的出色表现,足以说明其火力配置的强大和合理。
除了增强护卫舰的常规火力,20世纪70年代后,绝大多数护卫舰都装备了导弹和直升机,因此“导弹护卫舰”横空出世。导弹护卫舰要具备下列条件:能独立地远洋机动作战,一般满载排水量在2000吨以上,航速不低于30~35节,续航力4000~7500海里,武器至少配置有导弹、鱼雷、火炮等。
近代以来,在导弹护卫舰上舰载机也得到了广泛的应用,一般一艘导弹护卫舰,配备有1~2架直升机。众多导弹护卫舰为了应对原子武器和防化学武器的需要而改进舰艇外形,注重隐身效果。
总体来说,护卫舰根据其主要作用的不同,火力配置也不同。下面着重介绍通用型、反潜型、防空型、反舰型四种典型护卫舰的火力配置的要求。
(1)通用型护卫舰的火力配置
通用型护卫舰的火力强调的是在各个方面的能力都要均衡、合理、全面,无论哪一方面的实力都不可以太弱。
美国“佩里”级护卫舰是一款通用导弹护卫舰,其武器配置兼顾了防空、反潜和反舰多方面的要求。
防空方面分为三个层次,近程防空使用了6管20毫米“密集阵”近程武器系统,该系统射程约1.5千米,以每分钟4500发的频率发射;近中程防空使用40枚“标准”舰空导弹,射程为46千米,可以编队防空;远程防空采用“佩里”首舰级专用防空导弹系统。
反潜方面分为两个层面,远程反潜由2架作战半径为160千米的反潜直升机来实行,直升机上面配有电子侦察、搜索雷达、磁探仪、声呐浮标,以及直升机数据链等设备,携2枚威力巨大的巨型鱼雷。近程反潜则由2座三联装鱼雷发射管组成,该鱼雷发射装置可以发射多种型号的近程鱼雷。
反舰方面也分为三个层面,近程反舰由意大利生产的一种76毫米近程舰炮担任,每分钟可以射85发,射程可达16千米;由美国知名的中程直升机SH-60担任中远程的反舰任务,该直升机在执行任务时可以携带2枚射程为30千米的“企鹅”反舰导弹;远程反舰是4枚射程130千米的“鱼叉”反舰导弹,采用半主动雷达制导。
(2)反潜型护卫舰火力配置
反潜型护卫舰的火力配置重点在于反潜措施和武器上,其他方面的功能也需要适当兼顾。
日本“村雨”级反潜护卫舰,是一款以反潜为主的护卫舰,其防空仅限于短程点的防御。该舰同时装备有两套垂直发射系统,MK-48舰载垂直发射系统和MK-41舰载垂直发射系统,MK-48发射防空导弹, MK-41则用来发射火箭助飞鱼雷。“村雨”级反潜护卫舰还配备了有源相控阵雷达及其数据处理系统,使得其具备相当程度的战场空域控制能力。
该舰反潜火力强大,主要是采用MK-41垂直发射系统,并配备美制垂发反潜火箭,其射程较以往的反潜导弹更远。在舰艇的前烟囱两侧分别装有一具三联装鱼雷发射器,可以用来装填美国和日本不同型号的鱼雷。“村雨”级反潜护卫舰配备有可容纳两架直升机的机库和起降甲板,并装备有两架日本产SH-60中远程“海鹰”直升机。
(3)防空型护卫舰火力配置
一般类型的护卫舰都具备一定的防空能力,特别是通用型护卫舰,大多在防空方面下很大的功夫。以防空为主的护卫舰,更加会在防空措施方面下功夫,选择自己最擅长的武器。如西班牙“巴赞”级F100型多任务防空护卫舰,在防空方面就采取了三道防线。
西班牙“巴赞”级F100型多任务防空护卫舰是世界上首款除美国以外的国家配置的全自动“宙斯盾”系统,其精确打击能力很强。无论是在反潜、防空还是反舰方面都有良好的配置。仅在防空方面,就设置了中远程、短程和近防三道防线:第一道中远距防线由SM-2MBlock IIIA防空导弹担任,该导弹性能全面,对超声速导弹也具有拦截能力,有效区域150千米,第一道防线针对的主要是来自空中的战机或中低空飞行的导弹;第二道短程近距防线,由改进型“海麻雀”(ESSM)担任,主要是为舰队和自身提供防御,有效区域30千米;第三道近防线配置的是“梅罗卡”(MEROKA)近防火炮,该火炮的设计效果犹如美国的近防“密集阵”系统,为舰只自身提供保护。
(4)反舰型护卫舰的火力配置
目前单一反舰护卫舰已经不多,一般护卫舰都具备反舰能力,反舰主要是利用反舰导弹、舰炮和反舰直升机等。
现代海战的形式将是“网络中心战”的形式。所谓“网络中心战”就是通过战场各个作战单元的网络化,让分散配置在各处的战斗队或岗位人员同时了解和感知战场的现状和态势,及时改进信息和优化指挥效果,把信息资源变为作战优势,提升舰艇的综合打击能力,从而发挥最大作战效能。
“网络中心战”利用计算机信息网络对处于各地或者各分散岗位的战斗队或战斗人员实施一体化指挥和控制,让所有作战单元共享信息,方便沟通,协调一致,最终优选制订出最有效的作战计划,实时掌握战场态势,缩短决策时间,提高打击速度与精度。
护卫舰作为海战中关键的环节,其在战争中的表现直接影响整个战局的发展和成败,而舰只自身的信息化对于协同作战至关重要。护卫舰的信息系统除了单舰信息系统外,还需与整个舰队甚至最高级的指挥中心相结合。
(1)信息的采集
在护卫舰上,信息的主要来源是各种舰载船电装置,包括雷达、摄像仪等。下面以日本“村雨”级护卫舰和俄罗斯22350型护卫舰为例,阐述护卫舰的信息采集方式和来源。
日本“村雨”级护卫舰是世界上率先配备舰载有源相控阵雷达的舰艇。有源相控阵雷达也叫三维对空搜索雷达,它配置了以数字处理为基础的舰载战斗系统,使得该护卫舰具备了强大的数据处理能力和战场空域管控能力。舰载战斗系统也就是舰桥司令室系统,该战斗系统配以两台美制UYK-43B主电脑,两台电脑具有明确的分工,一台负责空中/水面目标,另一台则专门对付水下来袭目标,两台主电脑也可以相互备援,以防任何一台电脑机能丧失或工作不正常。
另外,该系统还配置了多台彩色显示器,及时监控来自各方面的动态。该战斗系统是美国自行开发的OYQ-9系统,整合了美制相关资料链和直升机资料链,将战场信息与信息库信息及时比对,以便正确决策。此外,作战室内还安装了两台大型的LCD液晶显示器,能完整地显示战场态势和状况,并可以立体监控水上、水面、水下数百个目标。
日本“村雨”级护卫舰
“村雨”级护卫舰对空搜索有源相控阵雷达的整面天线阵列由3000个天线单元构成,这些五位移相器天线单元具有目标追踪标定、远程对空警戒、中程对空/平面搜索、对防空导弹实施中途导引、给自己的战机指示目标等功能。该对空搜索雷达在搜索低空目标时距离可达40千米,最大水平搜索距离可达210千米,并可同时追踪150个目标。
“村雨”级护卫舰的高性能有源相控阵雷达搭配了具有强大资料处理能力的战斗系统,使得“村雨”级护卫舰的战场空域管理能力大大提升。此外,它还配备了OPS-28DG/H波段平面搜索雷达,能有效地侦测超低空飞行的小型目标、潜艇的潜望镜和掠海反舰导弹。
“村雨”级护卫舰还配置了OPS-10导航雷达,能分辨出舰只附件的小型船只,以免发生撞船。电子战方面配备的是NOLQ2/3电战系统,具备电子支援(ESM)与对抗(ECM)功能,电子支援的接收天线安装在主桅杆顶部;而电子对抗的天线则安装于主桅下端的两侧,用以测定电磁波的来源方向。
“村雨”级护卫舰利用导航雷达和电子对抗系统收集海上信息,利用对空搜索雷达收集空中信息,利用平面搜索雷达收集水下或掠海信息,所有收集到的信息经过数据处理系统进行处理后,再传输到相关部门或人员,以供战场参考决策。
俄罗斯22350型护卫舰的信息采集系统主要是由一部多功能C波段防空相控阵雷达系统和一座平板状三维阵列天线旋转雷达组成,该信息采集系统能同时有效地追踪空中目标400个与水面目标50个。还有一部反舰追踪火控雷达,用来侦测收集来自海面敌舰的位置等信息,该雷达有超地平线侦测能力,安装在舰桥的顶部。还有一部俄制整合光电/雷达火控系统,可以为舰炮制导。
22350型护卫舰还在舰只不同的部位安装了各类辅助侦测设备。比如在桅杆两侧平台上的几种电子战设备,舰桥顶部左右两侧安装的光电态势感知显示系统,主炮后方和机库两侧分别安装了多个诱饵发射器及8具干扰弹发射器。
22350型护卫舰在反潜方面也下了很大功夫。配置有两套声呐,一套是俄制黎明组合声呐系统,另一套是光晕主/被动拖曳阵列声呐。这些声呐可以探测浅海30千米内及深海60千米内的潜艇;可以探测水面超过100千米的舰艇;还可以探测到30千米内正在接近中的鱼雷,并自动追踪。
(2)信息处理
护卫舰上的信息处理和甄别系统主要是依靠舰载超大容量的计算机系统。信息通过舰只的整体信息系统,包括传感网、情报网和作战网等,汇集到作战指挥中心,在经过计算机系统和战斗指挥系统的甄别和处理后,快速形成战斗指令。
传感网由位于陆、海、空、天的各种传感器以及有线或无线的网络组成,为指挥中心提供联合作战环境及敌我双方状况的真实情景和感知,使之展示真实的战场态势,保证在作战过程中感知到的信息与战场态势同步。
日本“村雨”级护卫舰
情报网是至关重要的部分,是保证信息畅通的前提条件。它提供计算和通信的基础设施,使指挥中心能进行信息接收、信息传输、信息处理、信息存储,还能进行信息保护,防止本机系统受到任何网络攻击和网络入侵,保证指挥员从CI系统获取的信息是真实、有效和可用的。
作战网利用计算机处理的最终真实结果,结合系统中众多的模拟数据,作出快速合理的建议和结论,供战场指挥员参考。作战网的核心功能就是有效地利用传感网和情报网的信息进行精确快速地指挥,以获取最佳的作战效果,最大限度地彰显己方的综合战力,以最小的代价取得战争的最后胜利。
随着数字化和网络化的发展,绝大部分现代护卫舰上都配置有作战管理系统。
所谓作战管理系统简单地说就是一个指令中心和数据处理中心,在现代海战中几乎全部是以“网络中心战”为作战模式。作战管理系统必须结合本舰的具体实际,将情报网、传感网收集传输的信息,经过计算机处理后输送给作战网,再根据战场态势的变化作出快速响应,发出精确的作战指令。作战管理系统是舰艇能否打赢战争的关键保证和神经中枢。
瑞典的“维斯比”级轻型多功能隐身护卫舰,是世界上隐身性能最强、最机动灵活的护卫舰,舰体虽小,但其作战能力不弱,尤其是利用作战管理系统有效提高反潜能力方面比较突出。
“维斯比”采用的是C3I-9LVCETRS作战管理系统,是一种模块化的、实时的开放式系统。该系统由瑞典萨德公司研制,能与主、被动声呐结合、完全一体化。作战信息中心设在该舰的中部,中心内建有12个多功能操作台。为了与非军信息网兼容,简化操作程序,该系统采用的是Windows NT操作系统。
瑞典“维斯比”级护卫舰