國戰會論壇/譚傳毅》台灣能設計潛艦指揮塔？

文/譚傳毅

根據《中時》轉載《動力》（The Drive）網報導，美國海軍為了將潛艦的速度，隱形性能和機動性發揮到極致，已要求業者研製充氣式指揮塔，若有需要就能充氣升起使用，不用時則收起。

與此同時，前參謀總長黃曙光接受訪問時指出，潛艦國造全部是由台灣設計生產。我們先來談談潛艦指揮塔（Commanding Tower）設計。

武器設計素養

在外形上，潛艦和魚雷最大的不同，便是潛艦的中間有一個凸出來的塔狀結構。這個結構我們一般稱其為指揮塔、駕駛台或潛望塔，美國海軍術語為Sail（帆罩）。

從潛艦誕生之初，這個結構就一直存在，外形經歷了無數次優化。最近，美國海軍提出取消這個結構的想法，叫做「充氣式可展開帆罩結構」（Inflatable Deployable Sail Structure，IDSS），可謂腦洞大開。

談到武器設計，例如法國達梭公司老闆評論飆風（Rafale）戰機時說過：「長得漂亮的飛機，性能必定也很好。」飆風戰機緊湊的機身裡面塞滿了各種多功能裝備，沒有一絲絲的空間浪費，使其能夠適應任何軍種、任何任務。

相對的，俄羅斯蘇愷-27，機身冗餘很多，粗大壯的外觀少了點美感，工程技術應該是最大的問題。例如機頭雷達重量高達1噸，與尾部發動機配重就變成這個粗大壯模樣。日前莫斯科舉辦的航空展，俄羅斯展示新型隱身匿蹤戰機，想必雷達重量得到改善，整體氣動外形顯得平衡許多。工程技術不足，不免限制了武器設計師的能力。

先天上，設計具有跨學科的性質。所謂「形而下者謂之器，形而上者謂之道」，現代設計越來越多結合美學、文學、音樂和工程學等，如果想要在某個領域裡做得出色，就必須在其他領域裡吸取靈感和素材。

問題回到原點，帆罩不但降低速度、增加阻力，何不剷除？若非留著不可，應該怎麼改善？這就需要打開海軍潛艦設計師的腦洞了。

帆罩是必需的？

先來看看潛艦的外形設計。在二戰時，梭形是當時各國比較普遍的形狀，因為當時潛艦水下續航力不長，長時間是在水面上航行；更多考慮的是潛艦在水面上速度，而梭形在水面的阻力最小。所以，當時在外觀上，潛艦長得類似水面艦船。

現代潛艦水下續航力大大加長，設計師又把潛艦的速度從水面轉移到了水下，水滴形是潛艦水下航行最理想的形狀。水滴形潛艦在水下航行的噪音最小、水下速度更快、耐壓程度最佳。

實際上，現代潛艦已經沒有指揮塔了，艦長可在潛艦內部的作戰中心指揮作戰，沒有必要設置獨立耐壓的帆罩。

早期潛艦缺乏電子設備和有效的指揮手段，或因潛望鏡長度有限，艦長在指揮作戰時必須要有一個指揮台。此外，為了增加航行安全並降低潛航阻力，在指揮台外面又加裝了流線型的整流罩，變成了現在的帆罩。

尷尬的情況又擺在了各國設計師面前，沒有帆罩的潛艦在水下航行極具優勢，可是潛艦畢竟還是要上浮換氣、透風和補給，在「無害通過」時，潛艦必須上浮並懸掛國旗。在這種情況之下，無帆罩設計有一定的航安隱患例如海上避碰，或在上浮時，稍有風浪就會有海水打上甲板，影響人員安全，甚至於海水從艙門灌入。

出於安全理由，帆罩就一直留著。事實上許多國家的潛艦帆罩沒有耐壓措施，裡面僅有在下潛時會被海水淹沒的簡易駕駛台和各類可伸縮的探測器。

帆罩的阻力問題

帆罩產生了相當大的阻力，水流在帆罩和艇身的交界處還會產生馬蹄渦，帶來大量的噪音，大大的影響隱蔽性。除此之外，在轉彎時，帆罩還會產生側向升力，使得艦體側傾搖擺。直線航行時，航速越高，帆罩在中心軸線上的阻力越大，會對艇身產生俯仰力矩，嚴重影響航行安全。

從潛艦艦身佈局來看，艦身有三個主要地方會產生阻力：艦艏、帆罩、艦艉。在艦艏方面，該處直接迎流，流體流速幾乎為零。帆罩前端的局部壓力較高，因為指揮台阻礙流體運動，流體流速較小。艉舵之前的局部壓力較高，因為艉舵阻礙流體，以產生俯仰與平移運動，流體流速也不大。

附加在艦身的附體越多，阻力也越大，例如有的帆罩會加裝舵面、或在艦身載入特種作戰艙，也會加大潛艦阻力。按照摩擦阻力係數與黏著阻力係數對艦身影響，從大到小排序如下：艉舵、指揮台、艉方向舵、艉升降舵、帆罩舵。

總的來講，主要就是艦艏、指揮塔、艦艉三大部分會產生阻力；而艦艏與艦艉的布局幾乎無法改變，能變動的就是帆罩，如果刪除帆罩，阻力就只存在於艦艏與艦艉，至少可以少掉三分之一的阻力。

IDSS不是異想天開

IDSS要求帆罩展開後，能為潛艦提供16英尺（4.87m）的乾舷高度。同時這個充氣的帆罩還要有一個簡易的駕駛台，駕駛台前後寬度可讓兩名水手肩並肩站立，還要配備必要的電源、擋風玻璃、儲物櫃、照明和與耐壓艦體內部的通信線路等。

一方面沒有帆罩的優點，但在另方面又顧及帆罩的安全。美國海軍想到運用充氣結構來解決問題，下潛時收起來，避免噪音和阻力，上浮時能打開充當臨時航海駕駛台，的確不是異想天開。

取消指揮台的概念設計很早就有了，例如1960年代蘇聯所設計的Project 673試驗核潛艦、再如2018年法國推出的「SMX-31未來潛艦」，都是無帆罩設計。現在有許多奈米新材料可應用在「充氣式可展開帆罩」，美國海軍並沒有瘋。

帆罩的優化

在無帆罩設計尚未推出之前，各國在現有帆罩的基礎之上開始優化。例如俄國極大的縮小帆罩，使其能夠降低流體噪音、減少阻力、提升水下航速。如下圖885型亞森級帆罩。

除此之外，還可運用「填角弧形」（Fillet Arc）技術製造帆罩，就是盡量把前後上下的角度線圓弧化（包括帆罩舵），同樣為了降低流體噪音與減少阻力，日本蒼龍級潛艦和解放軍039型潛艦也採用類似設計，如上圖所示。

結論

這是我國海軍第一次設計與建造潛艦（按黃曙光說法），既然是第一次，我們就不能苛求潛艦設計師能有多大的能耐。

所謂先求有、再圖發展，「有」大概就是複製或抄襲，抄誰的呢？法國的空間設計能力很強，他們能做出全世界最小的核動力攻擊潛艦，就像飆風戰機一樣。日本也非常善於運用狹小空間，看起來，這兩國可能是海軍設計潛艦的入門師傅了。

（作者為台灣國際戰略學會研究員、法國博士，本文為台灣國際戰略學會專稿，授權中時新聞網與洞傳媒同步刊登）