新雷达上舰，DDG51Ⅲ型舰进行多处设计调整

本文由蓝海星智库（ID:SICC_LHX）授权转载，作者：张旭 蓝海星

2017年5月，美国海军与亨廷顿·英格尔斯工业公司达成初步协议，将于2017财年在密西西比船厂开工建造首艘DDG 51 Ⅲ型驱逐舰。DDG 51驱逐舰是美国海军现役主力舰，已建造Ⅰ、Ⅱ和ⅡA三型。计划建造的Ⅲ型驱逐舰将升级作战系统，装备全新防空反导雷达（AMDR），提高舰艇探测能力及一体化防空反导能力，首批12艘Ⅲ型舰将采用SPY-6（V）雷达替代现有SPY-1D（V）雷达。

图 1  Ⅲ型驱逐舰作战示意图

与现役SPY-1D（V）雷达相比，SPY-6（V）能在2倍距离探测到其探测物体1/2大小的目标，可同时处理的目标数量提高30倍，可同时跟踪的目标数量提高6倍，可同时引导的导弹数量提高3倍，具有更强的抗饱和攻击能力。装备AMDR后，Ⅲ驱逐舰将具备一体化防空反导能力，提升舰队区域抗饱和打击能力。

围绕防空反导雷达上舰，Ⅲ型驱逐舰进行了舰船总体设计调整，主要包括雷达供电系统及其配套冷却系统的改造、作战系统集成方案调整，以及由于各系统变化引起的舰体内部布局变更等，并针对新雷达上舰对船体载重和重心造成的影响，进行了相应的结构改造设计。

AMDR由S波段雷达（AMDR-S，即SPY-6（V）），X波段雷达（AMDR-X）和雷达组件控制器（RSC）组成（首批12艘Ⅲ型舰中，X波段雷达将暂由诺格公司研制的SPQ-9B雷达替代）。SPY-6（V）是一款全新的一体化防空反导（IAMD）雷达，可进行远距离对空搜索。SPQ-9B是一款基于现有技术的水平搜索雷达，用于对海搜索及火控。雷达组件控制器负责协调这两部雷达，并将雷达信号传入作战系统。AMDR系统的主要组成部分如图2所示。

图 2  AMDR系统组成示意图

SPY-6（V）雷达由雷声公司集成防务系统分部负责研制，目前已完成首次弹道导弹拦截测试，进入小批量生产阶段。该雷达采用数字波束形成技术，取代了原SPY-1D（V）的模拟波导系统，节省了大量人力、物力，在性能方面拥有更先进、更强大的弹道导弹探测与识别能力。雷达平面天线及其组件如图3所示，每个平面阵由37个阵列组件组成，阵列组件为边长是0.61米的立方体，具备独立收发功能。与SPY-1D（V）相比，SPY-6（V）雷达的尺寸、重量都有所增加，需要对船体结构进行局部改造，平面阵安装区域的结构必须重新设计。

图 3  防空反导雷达的阵面及配件

Ⅲ型驱逐舰工程变更方案

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（一）发/配电系统变更方案

Ⅲ型舰的燃气轮机发电机组（SSGTG）能提供4160伏的交流电力，电压提高约8倍，减小了相关电力设备的体积与重量。Ⅲ型舰发电机总装机功率为12兆瓦（3×4兆瓦），比ⅡA型舰提高近1/3。

 图 4  Ⅲ型舰发电机单线图（蓝色为高压线路）

为降低风险和成本并提高设备通用性，Ⅲ型舰的燃气轮机发电机组由DDG 1000驱逐舰的MT-5发电机组改造而来。此前，海军已经将4160伏交流电力系统应用于其它舰型，而在DDG 51上装备该系统尚属首次。

图 5  Ⅲ驱逐舰发电系统示意图

配电系统主要由两种变电模块组成。一种是两组1.4兆瓦的全冗余变电模块，将4160伏交流电转换为1000伏直流电，供AMDR使用；两组变电模块分别位于舰艇前部和后部，既可共享负载，实现最大冗余，也可单独运行，实现最大生存力。另外一种变电模块由3个降压器组成，可将4160伏交流电转换为450伏，为避免重复设计和测试带来的资源浪费，这部分采用原有ⅡA型舰的450伏交流配电系统设计，负责向作战系统和船体、机械与电气系统供电。

 图 6  AMDR交流压变及UPS备份

AMDR系统的处理器机柜采用208伏交流电制。如图6所示，首先由1台变压器将450伏交流转化为208伏交流，然后由3台滤波器和3个不间断电源（UPS）模块进行电力调控，向分布式配电箱供电，同时为电池组充电。一旦舰艇失去电力，UPS可通过电池组维持电力供给。最后，将调节后的电力分配至AMDR各组件。

（二）冷却系统变更方案

AMDR的功率比SPY-1D（V）雷达提高近一倍，系统热耗也随着增大，因此对散热的要求也有所提高，需要对冷却系统进行升级改造。Ⅲ型舰采用新型高效小型压缩机（HES/C），冷却能力从ⅡA型舰的5×200冷吨提高至5×300冷吨。

图 7  300冷吨高效小型压缩机样机

Mk 99火控系统的冷却液来自原SPY-1D（V）雷达的冷却系统，因此需对火控系统的冷却系统进行改造。新的冷却系统采用CG 47巡洋舰的1044A型冷却设备设计，尺寸比SPY-1D（V）的冷却装置小，并改进了腐蚀防护和用户界面。

此外，DDG51 ⅡA型舰用电子装备液冷装置（EEFC）代替了I型和II型的声纳冷却设备和显控系统冷却设备，作为整舰作战系统装备的关键冷却设备，但Ⅲ型舰将该装置移除，为4160伏交流变电设备及其它装备腾出空间。

（三）作战情报中心变更方案

Ⅲ型舰作战情报中心（CIC）将重新配置，采用正在为ⅡA型舰（DDG 121）研发的TI-16组件，通用显示系统（CDS）控制台可灵活配置，每个控制台可执行任意作战任务。在Ⅲ型舰的设计中，还增设了4个控制台，以便舰队在执行一体化防空反导作战任务时可交替指挥。Ⅲ型舰作战情报中心的两种典型配置，如图8和图9所示。按照Ⅲ型舰能力开发文件的要求，在作战情报中心的前右角需预留两个无人机控制台的安装空间，可随时配置无人机。

图 8  单舰一体化防空反导及反潜战布局示意图

图 9  防空反导指挥中心示意图（预案）

（四）舰艇布局变更方案

AMDR及其配套电气设备、冷却装置的上舰集成要求对DDG 51级驱逐舰的布局做出重大改动，如通过加装右舷围栏来扩大甲板室容积，这一点与DDG91-DDG 96为安装遥控猎雷系统（RMS）所做的改造类似。

AMDR的天线室布局与2号雷达室处理器机柜布局的变更如图10所示。此外，为满足防空反导雷达的冷却需求，将扩大2号雷达室外侧的两个风机房。

 图 10  雷达室布局变动

如图11所示，新增的两台冷却设备（CEU）位于甲板下面的2号平台；1000伏直流变电模块和相关设备位于两个变电室内。如图12所示，其他设备安装在供电室与2号作战系统装备室（CSER）内。 

 图 11  变电模块和冷却设备布局变动 

图 12  供电室与2号作战系统装备室布局变动

冷却设备占用了先前2号住舱的船员铺位，因此需使右舷围栏外扩以增加铺位，并把大部分军官舱改为三层卧铺结构。如图13所示，把两艘刚性充气艇叠放在一起，把它们后面的右舷围栏外扩。 

图 13  01级甲板新围栏布局

（五）舰艇总体结构变更方案

除布局外，AMDR上舰还会影响船体的载重和重心，进而影响船体稳定性。为保留升级改装的余量，Ⅲ型舰增加了水线以上的甲板宽度，此举可提升船体的储备浮力，舰艇的最大排水量提高至10700吨（原最大排水量为10300吨）。这样便可增加船底的内部结构重量，从而降低船体重心，加强船体纵骨结构强度，改善水下抗爆炸冲击的能力。

DDG 51设备配置紧凑，内部空间十分紧张。其它空间、载重、电力以及冷却系统的冗余都参照合理的设计惯例，并符合能力开发文件要求。

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