潛艇
维基百科，自由的百科全书
潛艇，又称潜水艇，指主要在水下运行的舰艇[1]。潜艇包括大型舰艇（主要为军用）、中型或小型的艇（袖珍潜艇、潜水器），或者其他水下自动机械装置。
潜水艇最初广泛的军事应用是在第一次世界大战中，并在许多大国海军中佔重要位置。军事用途包括攻击敌人的军舰或潜艇、近岸保护、突破封锁、侦察和掩饰特种部队的插入。潛艇的非軍事用途包括了海洋科学研究、抢救财物、探堪、开采、科学侦测、维护设备，也能用作搜索和援救，或者海底电缆维修等专业工作，还能用做海下旅游观光业和学术的调查；有超级富豪甚至用潛艇作海下移动豪宅。
潜艇的种类繁多，从小型全自动或一两人操作、僅能維持幾小时的民用潜水探测器，到可容納数百人、連續潛水3至6个月的俄罗斯台风级核潜艇，應有盡有。起源于深海潛水器的现代深海潜艇可潛入潜水员無法工作甚至人類無法生存的深度工作。
大型潜水艇多呈圆筒型，設有一个通常固定在船中部的垂直结构（舰桥），其中設有通讯、感应器和潜望镜。这种舰桥结构早期称为“指挥塔”——一從圆柱形艇体凸出的壓力特殊舱室，其中安置了潜望镜和控制设备。而深潜艇或专业潜艇则往往没有这种凸出的舰桥。
潛艇在裁軍或擴軍談判時已普遍被各國公認是戰略性武器。大部分的潛艇都是用作軍事用途，只有少量的潛艇是用作科學研究、觀光等和平用途。
潜艇研制需要高度和全面的工业基础和水平，目前世界上只有少数国家能够自主设计和生产潜艇。
目录 |
[编辑] 發展歷史
[编辑] 早期历史
潜艇最早可以追溯到列昂纳多·达芬奇在世的时候，据说达芬奇曾经考虑过设计“可以水下航行的船”，但在水下航行一直被认为是“邪恶的”，所以达芬奇并没有画出潜艇的设计图，实际上直至一战之前，潜艇仍被视为一种“非绅士风度”的武器，乃至当时民众认为被俘潜艇艇员应同海盗一样论处。[2]潜艇一词真正意义上的出现则要到了16世纪前。1578年一位名叫威廉·伯恩的英國人在他的著作《發明與設計》一書中提到潛艇，随后1620年，英国的克尼利厄斯·雅布斯纵·戴博尔（Cornelius Jacobszoon Drebbel）建造出了世界上第一种可以从史料中找出来可以潜水的船只。戴博尔是一个效忠于英王詹姆斯一世的荷兰裔人。这个被称为“可潜水船只”（submersible vehicles）的大致部分由数学家威廉·伯恩（William Bourne）设计而成。这种潜艇的推进力由一种特制的橹产生。对此历史上有一定争议，一些人认为这个只不过是“一个铃铛状的东西被缚在水上的船上的东西”，根本不可以被称为“潜艇”。在之后的1620年至1624年，两种改进型在泰晤士河上进行了实验。2002年，由BBC的电视节目“Building the Impossible”[3]，马可·德华兹公司（Mark Edwards）根据原来戴博尔的图纸复建了一个双人型号的戴博尔型潜艇，并成功地在伊顿的Dorney湖下航行。
虽然第一种被称为“可潜水船只”（submersible vehicles）的潜艇仅仅是用于探索水下世界，但很快的潜艇的军事价值就被發掘出来。1648年，切斯特主教约翰·维尔金斯（John Wilkins）在所著的《数学魔法》（Mathematicall Magick） 中就指出了潜艇在军事战略上的优势：
- 私密性：任何人可以驾驶潜艇前往世界上的任何海岸附近，并且可以不被發现或被制止其航行。
- 安全性：无常的潮汐和强烈的暴风雨无法影响海下5至6步[4]；海盗和劫匪也无法对水下的船只进行抢劫；冰和霜冻也无法危及潜艇中的乘客，即便他们在南北极海域的水下。
- 可以作为抵抗敌人海军的利器，破坏和击沉水中的船只。
- 可以支援一个被水环绕的地方，将补给品无声无息地运送至该地，也可以用这种方式增援任何接近水的地方。
- 可以作为极为有益的水下试验场所。
早期潜艇最有名的一艘潛艇莫過於在美國獨立戰爭期間由耶魯大學的大衛·布希奈爾（David Bushnell）所製造的海龜號（Turtle），这种潜艇是世界上第一个用于军事用途的潜艇，其內部只可以容納一人操作方向舵和螺旋槳，1776年海龜號企圖攻擊英國皇家海軍的老鷹號（HMS Eagle）軍艦但是失敗了。美國南北戰爭期間漢利（Horace Lawson Hunley）研製出漢利號潛艇，一个乘員八人，以手搖柄驅動的潛艇。该潜艇前部外伸一个炸药包，炸药碰触敌舰即爆。1864年2月17日夜9时许，漢利號潛艇成功地引爆炸药炸沉北方聯邦軍隊的豪薩托尼克（USS Housatonic）號護衛艦，但自己也因为船爆炸时产生的漩涡而沉没，這是第一艘成功炸沉船艦的潛艇。
在更早的1863年，法国“潜水者”号潜艇就首先使用释放贮存压缩空气取代人力成为世界上第一艘非人力驱动潜艇。[5]1879年，英国牧师雷文伦德·乔治·加莱德（George Garrett）研制了“复活号”，艇长度15米左右，中圆柱形，两端圆锥形。在水面航行时用蒸汽推进而到水下时利用锅炉中的剩余蒸汽继续驱动，这是世界上第一艘热机驱动的潜艇。
到了19世纪80年代，随着潜艇的发展，各国逐渐认识到了潜艇的重要性。除了美国和英国以外，法国、瑞典、意大利、德国和俄国等都开始了热衷潜艇制造的局面。1878年，英裔美国人约翰·飞利浦·霍兰开始了研制潜艇工作。在随后的研制工作中，霍兰研制出了霍兰-9号潜艇，并在1900年4月被美国政府购买，正式编入美国海军序列，这标志潜艇正式成为一种海军舰艇。1898年，法国的马克西姆·劳伯夫研制出了“一角鲸号”潜艇，该潜艇采用了双壳体结构，即压载水舱在两个艇体之间，具有储备浮力大的优点。一角鲸号潜艇是全世界第一艘采用双壳体结构的潜艇。后来成为了苏俄潜艇的发展类型。[6]
[编辑] 第一次世界大战
第一次世界大戰期間，各国的潜艇从近岸活动发展到了远洋活动的范围。而当时潜艇的使用策略也分为了英国和德国两种。英国以用潜艇封锁敌方港口为主，但却因为技术问题而未达到目的。德國则主张進行的無限制潛艇战，企圖以通商破壞的手段壓制英國的海運路線而達到逼迫英國和談的目的，但随着英国护航制度的完善以及大量美国驱逐舰直接参与护航而使得战争后期德国的潜艇不但很难得手，反而损失量大增而失败。
第一批在德國製造的潛艇建造於1850年，由由德國發明家威爾亨·鮑爾（Wilhelm Bauer）製造（生於1822年12月23日, 卒於1875年6月20日）。這項工程延續到1890年由諾登非厄特設計製為W1與W2潛艇。在1904年位於基爾的克魯勃船塢廠完成了售予俄羅斯的潛艇；真正為德國海軍製造的潛艇建造於1905年。
第一批德國潛艇為「卡普」（"Karp" ）級潛艇，採用双壳体结构，以科庭式煤油引擎作為動力, 武裝僅有一具魚雷發射管，這就是剛剛設計的U-1艇。等到下一艘U-2艇出現時，就足足比U-1艇大上50%的體積，並且擁有兩具發射管。不過柴油引擎一直到1912年與1913年間, 才開始裝置在U19級潛艇上。在第一次世界大戰開打時，德國海軍一共有13種不同級別共48艘潛艇，但是就役的只有29艘，餘下的還在建造中。
1914年9月，德国派遣潜艇伏击向奥斯坦德港进发的英国补给舰队。在1914年9月22日, U-9潛艇在著名的奧圖·魏迪賡（Otto Weddigen）艦長手上於一個小時內, 以艦上僅有的六枚魚雷擊沉皇家海軍HMS Aboukir（阿布基爾號）, HMS Hogue(霍格號), 以及HMS Cressy（克雷西號）一共三艘萬噸級裝甲巡洋艦。皇家海軍是役損失高達36,000噸的戰艦（克雷西級戰艦排水量都在12,000噸左右）, 以及1,459水兵陣亡。U-9潛艇在創下豐碩戰果23天後，又擊沉了一艘英國皇家海軍排水量7,770噸的愛德加級（Edgar-class）巡洋艦HMS Hawke（老鷹號）。U-潛艇在4年內擊沉了協約國艦船數百萬噸，成績十分驚人。[7]，创造一战时期一小时内击沉敌舰吨位的纪录。
[编辑] 第二次世界大战
[编辑] 德国
第一次世界大战之后，由于凡尔赛条约对于水面舰艇的严格限制，以及德国在一战时的潜艇战经验，德国在二战时期拥有了当时世界上实力最强规模最大的潜艇部队。相比潜艇实力的恢复，水面舰艇仅仅在开战前的几年才开始恢复起来。但这些质量虽高但整体实力却远远不如强大的英国皇家海军。这也造成了俾斯麦级战列舰完成之后的很多已经计划好的水面舰艇的建造被取消（如齐柏林号航空母舰，H级战列舰等等）而转为建造可以快速建造完成，快速投入战斗的潜艇。直到二战结束前夕，德国建造了1150多艘潜艇[8]。
二战时期，德国将潜艇部署于各个盟军补给线上企图切断盟军的远洋补给，最主要的是切断大西洋上对于英国的补给线。战时大西洋补给线对于英国可以说是生死攸关的，它决定了英国本土的食物和工业品的供应，还包括了美国支援的资源和武器。随着战事的发展，美国的介入，德国从中后期开始对于切断大西洋补给线已经显得力不从心了。但值得一提的是，二战期间德国将潜艇科技发展到了一个新的高度。战争期间，德国对于潜艇的无线电通讯进行了革新化的发展，其中无线电和恩尼格玛密码机的配合使得潜艇施展狼群战术变得更加自如，同时盟军俘虏德国潜艇，缴获恩尼格玛机之前，这个密码系统一直无法被盟军破获。
还有一项发展则是潜艇战术的发展——狼群战术，使得潜艇变成了拥有空前杀伤力的利器。战争期间，U潜艇会被最高指挥部派往制定海域寻找运输队，当他们发现之后会用无线电通报给其他潜艇让他们向这个运输队航线靠近，但发现者不会立即攻击运输队。当这些如同“饿狼”一般的潜艇集结于目标运输队附近之后，他们就会一起发动“群攻”。通常来说这种进攻都会在夜间进行。这样只要护航队规模不是很大，一般来说运输队是无法抵挡这种狼群进攻的。
自1939年开始到1943年，U潜艇的狼群战术得到了空前的成功，击沉了很多的运输船只，不过却没有得到战略性的成功。1943年春天开始，德国的U潜艇制造能力达到了饱和，但这些新投入潜艇相比于越来越多的盟军护航舰只和航空部队投入护航力量，以及盟军侦查探索科技的突破（诸如雷达和声纳），德国的狼群潜艇力量在慢慢的削弱。高频定向仪和对于恩尼格玛的破解使得盟军的运输队能够在狼群集结之前就能够预先知道并打击U潜艇。这一切给德国潜艇带来了毁灭性的灾难，自1943年3月至7月，德国损失了超过130艘U潜艇，其中单单在5月，德国就损失了41艘潜艇。而盟军运输队的损失则开始从1943年3月的船只损失750000吨，减少到了7月的188000吨船。盟军运输队安全得到保障，也为盟军随后的火炬行动，爱斯基摩行动以及最后的D日铺下了基石。[9]
二战之中，德军潜艇损失了807艘，击沉了2882艘盟军舰只（商船与战斗舰只总和），重创盟军舰只264艘，击沉总吨位1440万吨。[10]
[编辑] 日本
日本于1907年開始自主設計、並計劃建造潛艇[11]。而在第一次世界大戰後，因戰勝國的身份取得了七艘U型潛艇，从而吸收了德國的潛艇技術。大正時代日本潛艇发展迅速。后因華盛頓海軍條約日本潜艇走上质优量少的道路，条约解除后更擴大了潛艇的建造。在第二次世界大戰開戰前，日本海軍已擁有相当威力及種類廣泛的潛艇。
相比于德国的潜艇数量和潜艇相关技术及战术，日本则更注重潜艇类别的发展。日本拥有二战时期种类最多最繁杂的潜艇部队，隨常規潛艇之外，更包括运输潜艇（如伊三六一型潛水艦及波一〇一型潛水艦）；水上飞机补给潜艇（伊号第三五一潛水艦）；袖珍潜艇（如甲標的）及人操鱼雷（回天） 。其中比較特別的是潛水航空母艦「伊四〇〇型潛水艦」，这种潜艇携带3架特殊攻击机「晴嵐」，可以隱密地移動到目标（当时设计的目标为巴拿马运河的闸门）附近，然后上浮放出飞机起飞轰炸。还有一点值得关注的则是日本潜艇用的酸素鱼雷（95式鱼雷）可以算得上是二战时期最稳定，最先进的潜艇用鱼雷。
然而，日本潜艇的战绩却并不如意。日本的潜艇战术主要是对抗战斗舰只而不是商船。比较而言，战斗舰只防御力量强，航速快而且更适航，由此也造成了日本潜艇战绩不佳的原因。但整个战争中日本潜艇仍有建树，1942年，日本潜艇击沉了2艘盟军航空母舰。战争后期，日本潜艇除了战斗之外，也开始进行一些岛屿间的物品运输工作。
[编辑] 美国
.jpg.html)
美国的潜艇主要是用于攻击日本商船运输队，这些潜艇摧毁掉的日本船只数比其他武器摧毁掉的总和还要多，其中还包括了由“射水鱼”号潜艇创下的潜艇击沉单舰最大吨位纪录——日本航空母舰「信濃」[12]。而面对这一切，日本直到战争晚期才开始为商船提供护航，这也使得美国潜艇的攻击屡屡得手。
相比于日本拥有当时世界上性能最好的潜艇用鱼雷，美国使用的可以说是当时最差的鱼雷——马克14型（Mark 14）鱼雷，发射深度要求为10英尺，鱼雷首部为Mk VI爆炸弹头（一种以Mk V为基本，加装磁力引爆装置的爆炸装置）。这种鱼雷非常不可靠，主要毛病有鱼雷运行过深（比应该运行的轨道深10英寸），磁性引爆器提前引爆[13]，鱼雷弹头哑火，以及更可怕的是发射之后有可能出现“回马枪”——鱼雷掉头转向自己游来[14]。
其中深度控制器直到1942年8月才得到改进，但通过测试则已经是1943年中旬，1943年9月列装部队，水面部队的马克14鱼雷则到1943年末才被改进。而随后尝试取代马克14而给潜艇列装的电动鱼雷马克18仍然出现了“回马枪”事故，整个二战时期，美国潜艇因这两种鱼雷“回马枪”问题造成了美国海军的“唐”号（被马克18击沉）和“白鲑”号（被马克14击沉）沉没[15]。
二战期间，314艘潜艇服役于美国海军，其中111艘于1941年12月7日前服役，203艘小鲨鱼级(Gato class)，Balao级和Tench级则是在战争期间投入服役的。战争中52艘3506人阵亡于战火之中，这是美国二战期间阵亡率最高的部队。同时，美国潜艇击沉了1392艘敌舰，总共530万吨，其中还包括13艘航空母舰在内的213艘的战船。[16]
[编辑] 英国
_(IWM_FL_004031).jpg.html)
与一战相似，英国皇家海军的潜艇在二战中仍扮演着封锁港口和保护己方港口的角色。所以英国潜艇与德国潜艇不同，他们大多运作与英伦三岛、德国、挪威、以及地中海浅海区域。
二战中英国潛艇击沉了2百万吨级的敌国舰艇，其中包括57艘敌国军舰。英国则损失了74艘潜艇，其中一半可能是被水雷击沉的。[17]战争中英国潜艇创下了一件铭记史册的事件——英国潜艇冒险者号击沉2艘德国潜行潜艇，这是全世界第一次潜行潜艇击沉潜行潜艇的案例。冒险号的艇员成功的计算出了攻击目标的三维数据并计算出了应该处于的开火位置，这些算法也成为了日后现代潜艇计算机和现代化鱼雷系统的计算原理。
[编辑] 现代潜艇
[编辑] 冷战
20世纪50年代开始，随着核动力技术的发展，核动力化的潜艇逐渐开始替代传统的柴电动力潜艇，而氧气也可以通过设备萃取海水中的氧气成分补充。这两项革新使得潜艇的潜航续航力从仅仅几小时增加到了数周乃至数月。同时伴随材料学和焊接技术的进步，使得以前从不敢想的海下航行得以实现。1954年，美国也是全世界第一艘核动力潜艇鹦鹉螺号下水服役，1958年该艇成为世界第一艘抵达了北极点和北极冰盖的潜艇；1960年，美国核潜艇海神号（USS Triton）完成了环球潜航[18]。对于现代潜艇来说，动力燃料和氧气不再是限制条件，最大的限制条件变成了舰艇提供的食物和淡水限制以及封闭空间对于艇员的心理影响。
潜艇作为武器性质性改变则发生在1959年和1960年。苏联弹道导弹潜艇H级和美国弹道导弹潜艇乔治·华盛顿级先后服役参与战略值班。自此之后由潜艇为主力的“第二次核反击力量”诞生，这可以说是“相互保证毁灭”理论发展到的顶峰。也是从那时候，冷战双方都建造了一批弹道导弹潜艇，这些弹道导弹潜艇中苏美任意一方所携带的弹道导弹都足以数次炸平对方每个角落。根据公开的资料，1985年，苏联仅仅参与战备值班的潜艇所携带的弹道导弹达到了982枚[19]，而且这些导弹至少携带2个当量为0.1兆吨的核弹头。而根据美国公开的资料，冷战时期每一艘战备值班的弹道导弹潜艇中都有一发弹道导弹所携带的弹头指向莫斯科，基辅和列宁格勒（今圣彼得堡）[20]。
在冷战最激烈的时候，美国和苏联双方的潜艇都在进行一种“猫捉老鼠”的游戏。在冷战初期，潜艇由于没有拖拽雷达，苏联潜艇为了追踪美国潜艇而时常使用“瘋狂伊凡”战术。冷战时期虽然双方都没有确实证据证明双方开火，但冷战时期双方的核潜艇仍出现了不幸。苏联方面公开的冷战时期沉没的核潜艇有K-129号[21]，K-65号，K-8号，K-219号，K-27号，唯一一艘M级核潜艇K-278“共青团”号（1989年）[22][23]，而由于潜艇事故以及后期保养问题出现的严重事故也很多，最知名的莫过于K-19号，这个潜艇的事故被改编拍摄电影《K-19:寡妇制造者》[24]。美国方面公开了冷战中损失了长尾鲨号和天蝎号。长尾鲨号是因为试航中设备故障导致沉没，而天蝎号的沉没原因虽至今仍未被官方公开 [25]，不过有书籍认为是被苏联潜艇击沉[26]。
[编辑] 其他国家及冷战之后
尽管冷战时期美苏双方海下潜艇火药味十足，但第一个真正有明确证据证明在第二次世界大战之后被潜艇击沉的战斗舰则为1971年，印巴战争时期印度海军的Khukri号护卫舰。而第一艘和目前唯一一艘被敌方火力击沉的潜艇则是印巴战争中巴基斯坦海军Ghazi号潜艇。在二战之后1982年的福克兰岛战争中，英国皇家海军征服者号核潜艇击沉了阿根廷的贝尔格拉诺将军号巡洋舰，这是核动力潜艇击沉的最大吨位的战斗舰只。（潜艇击沉最大纪录为二战时期美国海军射水鱼潜艇击沉日本航空母艦信浓）
相比于冷战北约-华约双方的“潜艇竞赛”和冷战之后美俄双方强大的潜艇力量来说，其他国家相比之下要显得“温和”得多。在二战中奉行中立原则的荷兰和挪威战后收编了一些德国的潜艇为自己的海军潜艇部队，1946年，瑞典自行研制建造了“鲨鱼”级潜艇，这种潜艇近乎直接照搬了二战德国U-XXI潜艇，20世纪50年代，荷兰设计建造了“海豚”级潜艇，这种潜艇不仅吸收了德国的技术，而且成为了当时常规潜艇中综合性能较高的潜艇，使当时的世界开始瞩目荷兰潜艇技术，同时代末期，瑞典也研制出了自己的“天龙”级潜艇。60年代的1964年荷兰研制出了“旗鱼”。而到了70年代，与此同时60年代末期，瑞典研制了第一个具有本国特色的“海鹰”级潜艇。20世纪70年代后期，荷兰研制出了“海象”级而到了80年代至90年代，瑞典荷兰的潜艇纷纷外销到其他海防小国。1995年，瑞典“格特兰”号，这是全世界第一级量产型AIP潜艇。而90年代末期，荷兰也开始了AIP潜艇的研究。
中国第一艘潜艇1880年制造出来的，不仅制造潜艇的时间较早，而且性能先进。[27]但由于随后国力贫微以及战乱一度停滞，随后的中华民国政府海军部于1913年提出建造潜艇，随后也规划了一系列潜艇建造计划，但又由于国力问题而取消[28]。中国共产党创建政权之后，开始接受苏联的援助。早期中国潜艇以本地生产苏联W级潜艇为主要型号。在中苏关系破裂之后，中国大陆政府开始自行研制潜艇。20世纪70年代先后服役了091型核潜艇和092型核潜艇[29][30] 以及后来90年代初的039型潜艇，两型核潜艇由于噪音级别过大等原因造成其一直“限制使用”而039型潜艇在不断的改进之后则成为中国海军潜艇部队的主力型号。到了21世纪初期，中国大陆政府官方则公开了093型核潜艇和094型核潜艇。而移居台湾后的民国政府潜艇部队于1956年创建，从意大利购买了随后命名为“海龙”、“海蛟”号潜艇，70年代台湾从美国购买随后命名为“海狮”和“海豹”号的潜艇。[31]1987年和1988年，台湾接收2艘从荷兰购买的剑龙级“海龙”和“海虎”号潜艇。这两艘潜艇是目前台湾公开最先进的潜艇。[32]
冷战之后最大的潜艇艇难莫过于俄罗斯的库尔斯克号潜艇事故，这次事故官方宣布的原因是由于潜艇装备鱼雷故障在艇内爆炸造成，但也有言论认为是与其他潜艇发生严重撞击后沉没[33]，整个事故中全部艇员阵亡。[34]
[编辑] 潜艇的技术
[编辑] 深潜原理
所有在水面上的船只，包括在上浮之后的潜艇，它们所受的正浮力一定大于重力。所以如果要潜下去，潜艇必须得到更多的负浮力，也就是说潜艇或者将自身的重力大于其所受浮力，或者降低其排水量。而相对于排水量（排水的体积）的控制，对于重力的控制则完全可以通过装备一种叫做“沉浮箱”的水箱来控制。即通过控制沉浮箱中的注水情况来改变潜艇的重力。
对于普通的下潜和上浮动作，潜艇通常用前后两个沉浮箱来完成，这两个沉浮箱也称作主沉浮箱或称主水柜（Main Ballast Tank，简称MBT）。当潜艇需要下潜的时候，主沉浮箱水口完全开启并注水以增大潜艇重力，而当潜艇需要上浮的时候，主沉浮箱的水口再次打开与此同时向主沉浮箱中注入压缩空气以排出箱中的水从而减小重力。主沉浮箱主要负责大幅度的潜艇沉浮动作，水箱也通常安置在漂浮吃水线以下，而如果需要更精确的控制潜艇的所处深度，则需要用深度控制水柜或称“硬水柜”（Depth Control Tank，简称DCT，或称hard tank）来控制。被称为“硬水柜”主要由于它们必须要承受相比主水柜来说更大的压力。深度控制水柜的水量可以控制反映变化的外部条件或改变下潜深度。这种水柜既可以安置在靠近潜艇中心的地方，亦可以单独安置在艇身上以防止对于艇平衡性的影响。
当潜艇下潜时，潜艇壳体通常可以承受的水压可以达到4兆帕，而对于像阿尔法级核潜艇那样的钛合金外壳的潜艇则可以承受10兆帕的压力。但在壳体内则要保持普通的海平面大气压力左右的气压。由于水的盐度不同，盐度越大的水其在同样深度所产生的压力也越大。在潜航中的潜艇往往处于一种不稳定平衡状态，或者处于一种向海床下潜的下潜或者上浮之水面。控制潜艇处于一个确定深度则需要连续控制潜艇的深度控制水柜以及整个水柜体系。[35]
潜艇在保持固定浮力状态时齐平衡状态并不是固有的状态。为了维持理想的平衡性，潜艇通常用专用的平衡舵以及内部的平衡水柜来控制。平衡水柜内部管线连通，用水泵调整各平衡水柜之中的水，从而调整个部分重力而创造出平衡向上与向下的力矩。
[编辑] 潛艇的動力
現代潛艇都是依靠電力驅動馬達推動螺旋槳前進。根據電力產生的方式，分爲柴電動力，核動力和AIP。
[编辑] 柴电动力与呼吸管
最早期曾經嘗試過做為潛艇動力來源的有壓縮空氣、人力、蒸氣、燃油和電力等等。而真正成熟的第一種潛艇動力來源是以柴油機配合電動馬達(柴电)做為共同的動力來源。
第一次世界大战之前，潜艇开始使用柴油机配合电动马达作为潜艇的动力来源。这种动力是第一种潜艇用机械动力。柴油機負責潛艇在水面上航行以及為電瓶充電的動力來源，在水面下，潛艇使用預先儲備在電瓶中的電力航行。由於電瓶所能夠儲存的電力必須提供全艦設備使用，即使採取很低的速度，也無法在水面下長時間的航行，必須浮上水面充電。后来出现的呼吸管则使得潜艇的潜航能力增加。
呼吸管在第二次世界大戰前由荷蘭開發出來，其後由德國進一步的改良並首先使用在他們的潛艇上面。呼吸管的基本構造很簡單，就是一個可以伸長的通氣管，將外界的空氣引導至柴油引擎，產生的廢氣也經由呼吸管排送出去，另外再附加防止海水進入以及將進入的海水排除的管線。通过使用呼吸管可以让潜艇在潜望镜深度情况下使用柴油机，这样潜艇就不必上浮即可补充电力。
呼吸管的使用大幅改變當時潛艇的作業方式與彈性。在使用呼吸管以前，潛艇一定要浮出海面進行換氣和充電的作業，而這個作業時間限制在夜間。採用呼吸管之後，潛艇只需要將呼吸管伸出海面就得以進行充電的工作，不僅降低潛艇被發現的機率，也擴展潛艇可以充電的時機。
針對這個威脅，盟軍是利用巡邏機攜帶的特殊雷達來尋找微小的呼吸管，即使無法擊沉潛艇，至少也要迫使它無法充電而沒有能力持續的追蹤與攻擊。
[编辑] 核动力
核动力是继柴电动力之后发展的又一种动力。核动力的原理是通过核子反應爐產生的高温让蒸汽机中產生蒸氣之後驅動蒸氣渦輪機，來帶動螺旋槳或者是发电机產生動力。最早成功在潛艇上安裝核子反應爐的是美國海軍的鸚鵡螺號潜艇，目前全世界公开宣称拥有核子動力的国家有5个[36]，其中以美国和俄罗斯的使用比例最高。美国甚至在1958年宣布不再建造非核动力潜艇。
核动力潜艇相比于传统的柴电潜艇，具有动力输出大，动力续航高（由于核动力潜艇的燃料的补充更换通常在10年以上，相比于仅仅几周或几月的柴电动力潜艇要大大增加，所以也通常被视为无限续航），速度快等优点。但核动力潜艇却有技术难度大，稳定性差，建造费用高，噪音大以及维护要求高的缺点。由于柴电潜艇和絕氣推進技术的发展，核动力潜艇已经不再是先进潜艇动力的唯一标准。
[编辑] 絕氣推進系统
AIP是Air-Independent Propulsion的简称，中文称为絕氣推進。1930年，德國沃爾特(Walter)博士提出以過氧化氫做為燃料的动力机系统，经过数年的研究和试验，在二战末期，沃尔特发明了“沃尔特式动力机”，原理是通过燃烧过氧化氢推动内燃机工作，由于过氧化氢燃烧反映产生氧气，所以不需要额外空气，但是早期的沃尔特式动力机並不可靠，因為過氧化氫容易發生自燃反應，因此德國只生產幾艘XVIIB，以過氧化氫為動力的潛艇。
第二次世界大戰之後，許多國家開始研究其他可能的替代動力來源，以延長潛艇在水面下持續作業時間，採用柴油機與電力馬達加上電瓶的搭配，但是在潛艇中攜帶氧化劑或者是其他不需要氧氣助燃的設備，如此一來可以在水面下驅動柴油機進行充電，或者是由新的動力來源為電瓶充電與驅動電力馬達。
尽管絕氣推進拥有大大提高了柴电动力潜艇的能力，但由于过氧化氢等氧化剂的稳定性差，使得絕氣推進的安全性常被质疑。实际上无论早期沃尔特试验还是二战后美国，苏联的深入研究，都出现了或多或少的事故以及问题。
现代絕氣推進装置类别主要为空气封闭柴油机、闭式循环汽轮机、斯特灵闭式动力机以及燃料电池等。[37]
[编辑] 潛艇的耳目
[编辑] 聲納
由於電磁波在水中衰減的速率非常的高，無法做為偵測的訊號來源，以聲響訊號探測水面下的人造物體成為運用最廣泛的手段。
聲納的英文原名SONAR來自於「音響導航與測距」（sound navigation and ranging）的縮寫，無論是潛艇或者是水面船隻都利用這項技術的衍生系統探測水地下的物體或者是做為導航的依據。
聲納系統可以大致上分為兩類：主動與被動。主動聲納會自己發生音響訊號，藉由這個訊號接觸物體後反射回來的變化，做為計算這個物體的相對方位與距離的資料。被動聲納的作用和收聽裝置極為相近，不發出任何訊號，只接收來自於周遭的各種音響訊號來判斷與識別不同的物體。
傳統上潛艇安裝聲納的主要位置是在最前端的位置，由於現代潛艇非常依賴被動聲納的探測效果，巨大的收音裝置不僅僅讓潛艇的直徑水漲船高，原先在這個位置上的魚雷管也得乖乖讓出位置而退到兩旁去。
其他安裝在潛艇上的聲納型態還包括安裝在艇身其他位置的被動聲納聽音裝置，利用不同位置收到的同一訊號，經過電腦處理和運算之後，就可以迅速的進行粗淺的定位，對於艇身較大的潛艇來說比較有利，因為測量的基線較長，準確度較高。
另外一種聲納稱為「拖曳聲納」，因為這種聲納裝置在使用時，以纜線與潛艇連接，聲納的本體則遠遠的拖在潛艇的後面進行探測，拖曳聲納的使用大幅強化潛艇對於全方位與不同深度的偵測能力，尤其是潛艇的尾端。這是因為潛艇的尾端同時也是動力輸出的部分，由於水流的聲音的干擾，位於前方的聲納無法聽到這個區域的訊號而形成一個盲區。使用拖曳聲納之後就能夠消除這個盲區，找出躲在這個區域的目標。
潛艇和水面艦隻在航行中，由於馬達，螺旋槳以及艇体形狀的不同，會產生固定頻率的回波，這種類似于人指紋的回波被稱爲聲紋，現代聲納接受到信號后和聲紋數據庫中的信號比較就能確定對方是哪一級別甚至具體是哪艘潛艇或艦隻，然後跟据對方的特性識別敵友並作出最好的戰鬥判斷。
[编辑] 潛望鏡
潛望鏡使用在潛艇上的歷史比聲納還要久，美國南北戰爭期間使用的龜形人力小潛艇已經使用類似簡單潛望鏡的光學裝置作為航行時的導航依據。
潛望鏡利用光學鏡面反射的原理，在一個長管子的兩端安裝鏡片，上端的鏡片會將面對的影像向下反射，位於底部的鏡片將反射過來的影像作第二次反射，觀測人員透過底部的反射鏡就可以看到上方鏡面對準的方向上的影像。透過這個裝置，潛艇內部的人員可以對周遭的環境進行肉眼的實際觀測。在作戰上，潛望鏡也是辨識目標種類與敵我的重要手段。
潛望鏡通常提供兩種倍率，一種放大倍率較小但是視野範圍較廣，適合快速的搜索週遭的海域，另外一種倍率較大，提供潛艇識別與判斷目標動向的能力。二次大戰以後有些公司推出的產品將兩者的功能分開到個別的搜索和攻擊潛望鏡上。在肉眼觀測的部分另有刻度協助觀測者根據可能的目標型態進行粗淺的距離判斷。在二次大戰後期美國開始在潛望鏡上搭配測距雷達，另外一種測距儀是測量水平線與一個已知物體高度間的夾角的間距儀（Stadimeter）。近代的另外一種替代產品則是雷射測距儀。
潛望鏡在不使用的時候會降入潛艇的帆罩（Sail）當中以縮小突出的距離，當需要使用的時候，潛艇首先必須改變深度到較淺的海域，才能夠使潛望鏡伸出水面進行觀測，這個操作深度範圍一般稱為潛望鏡操作深度，實際上的高度則要看每種潛艇與潛望鏡搭配而定，在這個深度範圍上潛艇有可能和水面船艦發生碰撞，因此潛艇通常需要先以被動聲納判斷附近船隻的情形，避開可能發生碰撞或者是被目視發現的可能。
現代的潛望鏡除了提供更好的觀測效果以外，也增強在惡劣天後與夜間觀測的能力，配合一般光學攝影機、紅外線攝影機或者是低光度電視攝影機等的協助，潛艇在操作潛望鏡的彈性上遠勝於過去，錄製下來的影像以電子訊號儲存後，還可以事後的分析與情報的擷取。近代潛望鏡設計上的一個大挑戰是操作速度的提升，由於需要在較高的航行速度下操作，同時維持影像的穩定，各公司以不同的方式去克服高速下帶來的震動與其他的問題，其中一種常見的設計為加大潛望鏡尺寸以提高對震動的吸收能力。
潛望鏡可以說是造成潛艇失去隱敝性的一大元兇，必須突出海面操作的先天弱點，在二次世界大戰後期首度被盟軍利用來發現德國的U-潛艇。盟軍的巡邏機以特殊的雷達偵測突出海面的潛望鏡產生的回波，加以定位之後迅速發動攻擊，如此一來讓潛艇利用夜間在水面充電或者是進行攻擊受到很大的限制，德國曾經試圖利用一些塗料降低潛望鏡的雷達波反射強度，不過效果不高。現代潛艇多半在攻擊潛望鏡上加裝雷達警告接收器（Radar Warning Receiver, RWR），提供威脅警告。
[编辑] 雷達
雷達在第二次世界大戰初期開始出現在水面艦艇上面，潛艇也在稍後開始配備，協助於夜間或是不良天候下的搜索。潛艇的雷達在不使用的時候和潛望鏡類似，要降低高度貼近帆罩的位置，或者是具備摺疊的天線能夠收進船帆當中，由於雷達天線的高度以及大小，搜索距離不會很遠，效果也比不上一般水面艦艇的搜索雷達，但是這項裝備提供更廣泛的偵測效果，現代的潛艇上幾乎都看得到。
雷達雖然好用，然而他發出訊號的必然缺點也導致潛艇在使用雷達上必須謹慎小心，以免被敵人做反偵測與定位的訊號來源。
[编辑] 電子偵測設備
德國在第二次世界大戰後期在潛艇上加裝專門探測盟軍巡邏機上的搜索雷達的電子設備，這種電子支援裝置（Electronic Support Measurment，ESM）算是近代潛艇裝置電子偵測設備的起源。除了自衛的需求之外，潛艇還可以利用不同的電子支援與偵測裝置進行對敵人的通訊，雷達或者是其他的無線電訊號的監視與搜集。
冷戰開始之後，各國紛紛利用潛艇隱密的特性，配合各類電子偵測裝置搜集情報，這又以美國和蘇聯之間進行的最為激烈，美國不僅僅派遣潛艇到蘇聯的沿海搜集資料，還讓潛艇在蘇聯的海底電纜上面放置竊聽錄音系統，獲得許多重要的情報。
即使在今日，潛艇依舊是一個非常重要的電子情報搜集工具。
[编辑] 潜艇壳体结构
[编辑] 总述
现代潜艇通常来说是雪茄型的，这种设计相比于最早海龟号的“蛋型”已经有了很大改变，这样的壳体也通常被称为“水滴型壳体”。经过了很长时间的发展，潜艇设计者们发现水滴型壳体是目前发现的水下阻力最小壳体形状，但不得不说的是这种形状却在海面漂浮时抵御海浪的能力也较差一些。早期的潜艇由于推进力的限制，其水下的速度不会超过10节，作战方式是平时在水面航行，发现敌情后潜水航行，所以早期潜艇的外形都是不严格的“雪茄型”，其所产生的额外水阻力也是可以接受的。直到第二次世界大战末期，德国潜艇研制技术和思想都得到了巨大的改变，他们开始注重水下航速并且第一次建造出了水下航速比水上还要快的潜艇——U-XXI型，随后又建造出了U-XXIII型。这两种型号的潜艇不但使用了近水滴型壳体，而且第一次撤销了潜艇甲板上的甲板火炮，舰桥部分也“近流线型”，这样潜艇不仅更快而且相比于当时盟军的潜艇更加安静，在水下的战斗力更强。现代潜艇在水滴型外壳外面通常都要铺设消声瓦，实际上是一种降低本艇声音辐射以及吸收外部声波的材料，使得潜艇更加安静。
潜艇上部突出的舰桥围壳部分可以增长潜望镜和无线电天线的使用长度。通常来说，舰桥围壳内通常都有无线电设备，雷达，电子战设备，通气管等设备。在早期的潜艇中，指挥舱都会在潜艇的舰桥围壳之中，所以潜艇舰桥围壳通常也被称为“指挥塔”。不过现在的服役的大多数潜艇的指挥舱通常在潜艇之中，而舰桥围壳现在通常的作用则是通风，作为设备舱以及用于视觉观测的地方了。
[编辑] 双壳体结构
在现代的军用潜艇结构的发展大致分为两个“流派”——单壳体结构与双壳体结构。单壳体结构顾名思义就是以一层壳体承受厅外压力，维持艇内气压。而双壳体则是在壳体外面再加装一层壳体，这层壳体被称为“外壳体”，“轻壳体”通常也被称为“非耐压艇体”。这个外壳自身不承受压力，其内部的壳与单壳体结构一样承受外压维持内压。
早在一战时期，潜艇最适于航行，并且能够很好低档外部水压同时又要简化制造工艺的方法只有在外形上改变水滴型外形或者使用双壳体。双壳体的主要目的就是：外壳保持艇型，内壳维持压力。直到二战末期部分潜艇的上甲板部，船首和船尾仍然加装一个很薄的外壳以维持外形。德国的U-XXI型是第一种完全双壳体结构的潜艇，而盟军仍然采用部分双壳体的结构。
二战之后，盟、 苏双方在潜艇的结构上开始分离。苏联将原来的与盟军相似设计结构设计方式转为了双壳体结构。值得一提的是从“铁幕”落下至苏联解体，乃至现在，双壳体结构仍然是苏联/俄罗斯潜艇设计结构的“必须结构”。相比之下，美国以及其他西方潜艇则开始转向全面单壳体的设计方式。通过材料学以及流体动力学的长期进步，西方潜艇普遍做到了以单耐压艇体抵抗压力，维持形状和内压得能力。西方潜艇虽然称为单壳体结构，但实际上大多数潜艇的艇首和艇尾需要加装一层“轻壳”。
双壳体的优势在于对耐压艇体材料要求度比单壳体要低很多，而且可以布设很多耐压设备，诸如声纳探头布设非耐压艇体中，这样不仅减小耐压艇体内的空间而且还能大大减小耐压艇体由于运转这些设备时产生抗压力下降和耐压艇体形变。在实战中，潜艇一旦受到震荡，撞击等时候，外部壳体虽然可能遭到毁灭打击，但由于其有效保护了内部耐压艇体，造成潜艇的安全性得到有效保护。同时外壳体内部加装消声材料也可以大大降低内部噪音，提高安静能力。再有就是双壳体结构的潜艇储备浮力都很大，抗沉性都普遍高于单壳体潜艇。
不过相比之下，双壳体的弊端也非常凸现。首先双壳体潜艇的排水量都偏大，这造成了潜艇阻力和噪音的增大。其次双壳体结构的焊接工艺的要求和耗费要比单壳体高很多，这样无形中增加了潜艇的制造周期和降低性价比。但值得一提的是，苏联曾考虑过制造单壳体的阿尔法级核潜艇以提高其航速和减小排水量，而美国近些年来也开始打算制造双壳体结构的潜艇以提高装载能力，安静性和操作性。[38]
[编辑] 潛艇的武裝
[编辑] 魚雷
魚雷是潛艇使用的武器當中最普遍也是歷史最悠久的一種。直到目前為止，魚雷仍是潛艇最常見的武器。
在第二次世界大戰中期以前，魚雷是沒有任何導引裝置，發射出去之後只能依照設定的方向與深度持續前進，直到動力用尽或是與目標接觸為止。中期以後魚雷開始有最初的導引系統協助提高命中率，即使如此，魚雷在二次大戰結束前的主要目標還是水面艦艇。
二次大戰之後魚雷的發展趨勢有兩個主要的方向。第一個方向是導引系統的引入與成熟化，第二個方向是在動力系統上的改進以提高射程和速度。目前魚雷的導引系統當中最普遍的是聲納，可以說絕大多數的魚雷都是使用聲納搜索與追擊目標，另外一種則是以水面船隻通過之後留下的浪跡作為導引的訊號來源。在導引的型態上面又分成有線與無線兩類。
有線導引魚雷多使用在潛艇上面，顧名思義，魚雷的後端有導線與潛艇相連接，在發射之後潛艇的射控系統得以將控制指令經由導線傳遞給魚雷，這樣可以利用更精確的控制魚雷攻擊目標。必要的時候，潛艇可以直接切斷導線，讓魚雷自行以主動聲納標定與攻擊目標。
無線導引魚雷多使用在水面艦艇和反潛火箭上面，魚雷在發射進入水中之後立刻以主動聲納搜索，發射的飛機或者是船艦對這枚魚雷不再有任何控制的能力。
二戰結束前的潛艇多在前後都有魚雷發射管，除了提高魚雷的總攜帶量以外，還可以增加潛艇的發射火力。這個設計在二戰之後逐漸消失，取代的是集中在艇首的魚雷發射管。隨著聲納的體積與空間的需求改變，艇首的位置又被聲納所取代，因此近代的潛艇的魚雷管的配置位置很多是在接近艇首的兩側。
潛艇上發射魚雷的方式有兩大类：氣壓射出與自行游出。氣壓射出就是說利用壓縮空氣與活塞作用的原理，將魚雷由發射管彈射出去。自行游出是讓魚雷以自己的動力離開發射管。
魚雷的引爆方式也有兩種：接觸引爆与磁性引爆。魚雷對於水面船隻產生殺傷力的最主要來源是水壓的劇烈變化引發船隻結構受損，而非直接撞擊船隻在水面下的部分。一般魚雷多有這兩種引爆方式。
[编辑] 火炮
火炮是早期潛艇