1.4 潜艇的操作性能
1.4.1 动力装置
潜艇的动力装置根据动能转换方式的不同，主要分为常规动力装置和核动力装置两种。常规动力装置主要应用于常规潜艇，可以分为柴-电动力装置和AIP装置两种，而核动力装置则应用于核潜艇。
●柴-电动力装置
柴-电动力装置是潜艇发展史上应用最早、最广泛的动力装置，主要由柴油机、蓄电池和主电动机等部分组成。柴油机是常规潜艇水面航行的主要动力装置，可使潜艇的水面航速达到10～15节。主电动机是常规潜艇水下航行的主要动力装置，以蓄电池带动，可使潜艇水下航速达15～20节。柴-电动力装置还装有作为辅助动力的经济型电机，水下航速通常为2～4节。
不过，由于受到蓄电池电量的限制，潜艇潜航一段时间就需要上浮至通气管航行状态，利用柴油发电机组对蓄电池进行充电。此时潜艇很容易被发现，从而遭到攻击。
俄罗斯的W级常规潜艇也采用柴-电动力装置。
●AIP装置
AIP，英文全称为“Air-Independent Propulsion”，译为“不依赖空气推进”。AIP装置最初由瑞典研制成功，利用潜艇自身携带的氧气为发动机提供燃烧条件，完成能量转换，提供潜艇水下航行所需的推进动力。
瑞典“哥特兰”级常规潜艇，是世界上最先采用AIP技术的潜艇，其采用的AIP技术最为成熟，综合性能最好。
与普通常规潜艇相比，装备AIP装置的潜艇（后文简称AIP潜艇）可以更长时间地潜伏水下，至少达到一个星期。此外，AIP潜艇隐身性较普通常规潜艇也更好。AIP装置使常规潜艇的作战效能成倍提高，已经接近于核潜艇。大多数国家的海军由于军费和作战海域的限制而无法购买核潜艇，AIP潜艇就成了他们不错的选择。
目前，AIP技术已经开始大量应用于潜艇中，AIP装置的技术特点也日益多样化，包括斯特林发动机（SE/AIP）系统、闭式循环柴油机（CCD/AIP）系统、燃料电池（FC/AIP）系统、闭式循环汽轮机（MESM/AIP）系统和核电混合推进（SSN/AIP）系统等。
日本“苍龙”级常规潜艇，采用了瑞典研制的AIP系统，融合了日本最先进的潜艇建造技术。
法国“阿戈斯塔”级常规潜艇，后期型号均采用了AIP装置，很受市场欢迎。
韩国从德国购买的214级常规潜艇，该级潜艇采用燃料电池（FC/AIP）系统，静音效果更佳。
美国“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇，采用核动力装置，是目前世界上现役数量最多的一级战略核潜艇。
●核动力装置
核动力装置主要由核反应堆、蒸汽发生器、主循环泵和蒸汽轮机等构成。核潜艇使用的核反应堆大多是轻水型压水反应堆，核燃料在核动力装置的反应堆中产生裂变反应，释放巨大能量，被不断循环的冷却水吸收，后者又通过蒸汽发生器将热量传给第二个回路中的水，使之变为蒸汽后到汽轮机中作功，将热能转变为动力。
法国“凯旋”级弹道导弹核潜艇，采用核动力装置，是目前法国乃至全世界最先进的战略核潜艇之一。
利用核能作动力，使潜艇动力发生根本性的变革，推进功率达数十或数百兆瓦（1兆瓦=1000,000瓦），一次装料可连续运转多年，续航力增大到数十万海里，甚至更大。由于核动力装置不依赖空气，使潜艇可长期在水下航行，极大地提高了隐蔽性。
俄罗斯“台风"级弹道导弹核潜艇，是目前世界上吨位最大的一级潜艇，被誉为“深海怪兽”。
美国“洛杉矶”级攻击型核潜艇，采用核动力装置，是美国目前水下攻击力量的主力。
由于核动力装置的特殊性，通常核动力装置用作核潜艇的主动力装置。核潜艇还会安装柴油发电机组、蓄电池和电动机等辅助动力装置及通气管，用于在需要时为核潜艇提供应急动力。
俄罗斯“阿库拉”级攻击型核潜艇，采用核动力装置，是俄现役排水量最大的攻击型核潜艇。
美国“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇，采用核动力装置，是美国目前正在建造的新一代攻击型核潜艇。
1.4.2 操纵系统
潜艇的操纵系统用于实现潜艇下潜上浮、水下平衡、保持和改变航向及下潜深度等，包括潜艇水舱、升降舵、方向舵和操舵装置等多个组成部分。
美国“洛杉矶”级攻击型核潜艇紧急上浮，这种看似平常的动作对于潜艇而言是非常危险的，不是所有潜艇的操控技术都能达到这种程度。
TIPS：
需要注意的是，单壳体潜艇因为主压载水舱在耐压壳体内，且储备浮力小，对操控的要求高，所以不及双壳体潜艇。
潜艇的主压载水舱通常设在耐压艇体外的左右舷和首尾端，并沿潜艇纵向前后、左右对称布置。
●潜艇水舱
潜艇水舱是用于保证潜艇下潜上浮、调节浮力和纵倾等的专用贮水舱柜。主要包括主压载水舱、辅助压载水舱和补重水舱等。
※ 主压载水舱：用于保障潜艇下潜和上浮。通过向主压载水舱注水，增加潜艇重量以抵消其储备浮力，使潜艇由水面潜入水下；用压缩空气将主压载水舱内的水排出，潜艇重量减小，储备浮力恢复，使潜艇浮出水面。通常其设在耐压艇体外的左右舷和首尾端，并沿潜艇纵向前后、左右对称布置。
※ 辅助压载水舱：包括浮力调节水舱、纵倾平衡水舱和快潜水舱。浮力调节水舱位于潜艇重心附近，通常为左右舷对称布置，属于耐压结构。当潜艇浮力（重力）改变时，向该舱注入或排出适量的水，以保持潜艇平衡，也可用来调整潜艇的横倾；纵倾平衡水舱设在耐压艇体首端和尾端，主要用来调整潜艇的纵倾；快潜水舱在注满水时使潜艇产生一定的负浮力，加快潜艇下潜速度。
※ 补重水舱：包括鱼雷补重水舱和导弹补重水舱等，用来补偿消耗掉的备用鱼雷和导弹的重量，以保持潜艇在水下静力平衡。
除上述各种水舱外，在潜艇上还有淡水舱、污水舱等。
潜艇之所以能具有良好的稳定性，这与潜艇的水舱设计是密不可分的。
●升降舵
升降舵是潜艇水下航行时用于保持稳定，保持或改变深度的装置，由于都是水平安装，也称水平舵。升降舵根据安装位置不同，分为前升降舵和后升降舵。
※ 前升降舵：舵叶对称布置在艇艏或指挥塔围壳两侧，舵面较小，舵力不大，主要起稳定作用。布置在艇艏上部的称为艏水平舵，通常可以伸缩，使用时伸出，不用时收回，这样可以防止在潜艇停靠码头时被撞坏；布置在指挥塔围壳上的称为围壳舵，一般为固定安装方式。
图为潜艇艇体艏部的艏水平舵。
图为潜艇指挥塔围壳上的围壳舵。
TIPS：
潜艇在航行时，艏水平舵受到海水的撞击和搅动，会产生噪声，这种噪声妨碍和干扰了艇艏声呐探测目标。所以部分潜艇将艏水平舵移到了指挥塔围壳的两侧，形成围壳舵，但这种设计产生的力矩要变小，操控性不及前者。围壳舵和艏水平舵，两者只取其一，不能同时设置。
图为美国“洛杉矶”级攻击型核潜艇水面航行的情景，方向舵清晰可见。
※ 后升降舵：舵叶对称布置在尾轴螺旋桨前面或后面，舵面比艏水平舵大，直接受螺旋桨水流的作用，产生的舵力较大，是水下操纵潜艇的主升降舵。
图为布置在潜艇艉部的升降舵。
升降舵由平衡式舵叶、舵轴、转舵传动装置和操舵装置组成，如果艏水平舵为可伸缩式，还包括伸缩装置。通过操舵装置驱动转舵传动装置，使舵轴转动，舵轴两端的舵叶随之上下摆动并置于所需上浮或下潜的舵角上，其动力一般采用液压或电动。升降舵的操纵原理与飞机机翼类似，当海水流经这些舵面时，产生的压力就用来控制潜艇的行驶方向，把前水平舵向上翘起、后水平舵向下倾斜，潜艇就上升，反之则下降。
●方向舵
方向舵是用于改变或保持潜艇的运动方向的装置，垂直布置在潜艇艇体的尾端、螺旋桨前面或后面，就像鱼儿的尾巴一样。由于方向舵是垂直安装的，人们又称其为垂直舵。
方向舵的操纵原理更简单，只要把方向舵的舵板扳成斜角，潜艇就向左转或向右转，与水面船舶上的舵非常相似。
●操舵装置
潜艇的操舵装置一般位于中央指挥舱，现代潜艇都装有由计算机控制的升降舵和方向舵联合操舵装置，能够根据操作员的指令自动控制潜艇在水下航行的深度和航向。
1.4.3 艉舵布局
目前，潜艇的艉舵布局主要包括十字舵和X舵两种。采用什么类型的艉舵布局，需要根据潜艇的作战环境来进行选择。
●十字舵
十字舵的舵面采用十字型布局，即潜艇的艉水平舵和方向舵相互垂直，看起来像一个“十”字形，这是一种传统的艉舵布局。优点是控制系统简单，具有良好的操作性，并且制造方便，机械加工有一定的偏差也能够接受。
潜艇艉部的十字舵，由后升降舵（水平舵）和方向舵（垂直舵）组成。
十字舵的缺点也很明显，四个舵面只有两个舵面同时参与潜艇机动，产生的力矩较小，需要较大的舵面尺寸，才能达到较高的工作效率。由于十字舵的纵向和横向尺寸大，可能超出潜艇外径尺寸。当方向舵的下舵吃水大于艇体，在浅海区域航行或坐沉海底时，容易因触碰造成损伤。而艉水平舵的长度大于艇体，潜艇靠岸时，容易出现碰撞，存在一定的危险性。而且，当某个舵面出现卡舵现象时，其他舵面无法用来替代，从而造成潜艇无法正常工作。
俄罗斯“雅森（北德文斯克）”级攻击型核潜艇，艉舵采用了十字舵布局。
美国“洛杉矶”级攻击型核潜艇，艉舵采用了十字舵布局。
俄罗斯“基洛”级常规潜艇，艉舵采用了改进后的“T”形舵布局。
TIPS：
美国对十字舵进行改进，通过在十字舵的前下方两侧的45度处增加一对稳定翼，形成独特的“木”字形艉舵，以兼顾深海和浅海两种水域的作战要求。美国的“洛杉矶”级、“海狼”级，乃至最新的“弗吉尼亚”级核潜艇等都应用了这种设计。
图为潜艇艉部的X舵。
虽然十字舵有很多缺点，但部分缺点能通过提高建造工艺和操作技术来克服，以降低其故障率和危险性。所以，十字舵现在仍然是大多数国家建造潜艇时采用的艉舵布局。不过部分国家根据需要对其进行了改进，例如美国“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇的“木”字舵、俄罗斯“基洛”级常规潜艇的“T”形舵、法国“凯旋”级弹道导弹核潜艇的“H”形舵等。
美国“海狼”级攻击型核潜艇，艉舵采用了改进后的“木”字形布局。
●X舵
X舵，舵面采用X形布局，这种舵的操纵性比十字舵好，当艇体转动时，会同时产生水平偏航和垂直俯仰的力矩，潜艇机动性更佳。单个舵面发生卡舵时，靠另外三个舵亦可实现机动，可靠性更高。此外，X舵的尺寸更小，宽度小于或等于潜艇的艇体，对坐沉海底很有帮助，并且在停靠码头时不会与码头发生碰撞，更安全。
荷兰“海象”级常规潜艇采用了X舵布局。
X舵顶端还布置了拖曳线列阵拖带装置。
X舵最大的缺点就是操控复杂，对操控系统要求较高，要精细地计算出4个舵叶的角度，才能使潜艇按正确的航向航行，稍有偏差，就会导致潜艇失去稳定性甚至倾覆。操控装置设计复杂，需要为4个舵面分别设置操控台，操作人员也需要进行专业训练。
美国早在20世纪50年代就在“大青花鱼”号试验潜艇上对X舵进行试验，结果发现艉舵所产生的力矩对潜艇运动姿态的影响令人难以控制，要把普通的艉舵角和下潜指令转换成X舵相应的舵板运动，需要经过繁琐的转换和计算过程，必须利用计算机。出于对当时计算机可靠性的怀疑，美国海军最终放弃使用X舵布局。
早在20世纪50年代，美国“大青花鱼”号试验潜艇就安装了试验用的X形舵面，这应算是X舵的鼻祖。
德国212级常规潜艇，艉舵采用了X舵布局。
TIPS：
十字舵布局技术成熟，操控简单，虽然操控性能不如X舵，但综合能力较好，更适合在深海海域中长时间航行。而X舵的操控复杂，不太适合长时间的深海潜航，比较适合浅海区域。
图为早期潜艇通常采用的五叶螺旋桨。
图为主流潜艇上使用的七叶螺旋桨。
随着相关技术的发展，X舵的可靠性问题逐步得到解决。目前，瑞典、荷兰和德国等国的潜艇都广泛采用了X舵布局，例如瑞典的“西约特兰”级和“哥特兰”级、荷兰的“海鳝”级和“海象”级、德国的212级等。这些国家的主要作战海域是北海和波罗的海这类浅海海域，特别是瑞典和荷兰，可见X舵在浅海区域的表现非常优异。
1.4.4 推进器
现代潜艇主要采用螺旋桨推进和泵喷射推进两种推进方式，下面简单介绍两者的特点。
●螺旋桨推进
螺旋桨是一种非常传统的推进器，大多数舰船上都采用这种推进器。现代潜艇中大多数也仍然采用螺旋桨作为推进装置。螺旋桨的工作原理很简单，潜艇的动力装置产生动力，通过尾轴带动螺旋桨转动并推动水流，使潜艇前进。
螺旋桨的加工非常精密，不同叶片上的曲度和转角等要尽可能相同。
螺旋桨的叶片越少，推力就越小，同等推力下，转速就需要提高，但噪音也会随之增大，所以潜艇的螺旋桨一般都是五、六、七叶居多。其中又以七叶效果最好，因为在叶片数相差不大的情况下，非对称叶片比对称的共振小。
当然，九叶螺旋桨更好，但是九叶的加工难度更大，不易成型。在同一块材料上面进行同步加工，制成的螺旋桨的平衡性最佳，而同步加工几叶螺旋桨就需要几联动的数控机床，螺旋桨的线形不合理、加工面不光滑等都会造成湍流（无规律地流动），这是人们不希望发生的。
螺旋桨高速旋转时，桨叶周围的海水会形成空泡，从而产生空泡噪声。艇体表面与水流之间还会产生摩擦，形成流体水动力噪声。为降低噪声，各国都在不断进行改进，采取的方法有降低螺旋桨的转速、改变螺旋桨叶片的数量、改变叶片的面积和形状、提高叶面光洁度、使用气幕降噪等。
随着技术的发展，产生了很多改良的螺旋桨设计。美国“海狼”级核潜艇上安装的闭式呈后掠型螺旋桨，可使空泡数量减至最少。俄罗斯主推的双七叶大侧斜螺旋桨，通过加大桨叶直径，将总的螺旋桨负荷一分为二，降低了螺旋桨转速，并能有效抑制空泡的产生和破碎，从而降低螺旋桨的损害程度，并降低噪声。英国采用了用高阻尼与高强度复合材料制造的螺旋桨，减震效果是一般螺旋桨的20倍。法国采用的新型螺旋桨，既能降低噪声又能提高推进效率。
●泵喷射推进
为了充分发挥核潜艇的作战效能，攻击型核潜艇逐步向高航速、低噪音方向发展。如果仍旧采用传统的单七叶大侧斜螺旋桨推进，则无法满足作战需求。为此，美、英、法等国家经过多年研究和试验后，发明了一种全新的推进方式——泵喷射推进。
泵喷射推进技术最先由英国研制成功，并于20世纪80年代首次应用在其“特拉法尔加（Trafalgar）”级攻击型核潜艇上。应用结果表明，泵喷射推进器可以有效降低航行噪声。欧美国家新近建造的核动力攻击型潜艇均采用这种推进方式，例如美国的“海狼”级和“弗吉尼亚”级核潜艇、法国的“凯旋”级和“梭鱼”级核潜艇等。
图为美国“海狼”级攻击型核潜艇艉部安装的闭式呈后掠型螺旋桨模型。
法国“凯旋”级弹道导弹核潜艇，其艉部安装了泵喷射推进器。
美国“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇上采用了泵喷射推进器。
TIPS：
潜艇的推进系统由于暴露在艇体外，很容易向水中传播噪声，是潜艇的主要噪声源。在低速航行时，推进器的低频线谱噪声的频率低，强度大，传播距离远；在中、高速航行时，噪声随航速提高而增大。因此，降低核潜艇的噪声必须先降低推进器的噪声。
图为现代潜艇艇艏外表敷设的消声瓦。
主流潜艇的艇体外部都敷设了消声瓦。
泵喷射推进器外表类似加了导管的螺旋桨，内部由固定叶片和十几片旋转侧斜叶片组成，而导管螺旋桨没有固定叶片。泵喷射推进的工作原理和抽水机非常相似，水从导管的艏部流入，再由艉部喷出，使用无轴推进方式，通过动力机组提供的电力驱动电动机获得推进动力，由于少了尾轴传动，所以没有机械噪声。
由于泵喷射技术比较复杂，一些国家还没有完全掌握，所以没有在各国普及。目前，泵喷射推进主要应用在核潜艇上，因为核潜艇的噪声一般比常规潜艇大，所以核潜艇的降噪更为重要。