这里展示的是两幅法国护卫舰的纵剖面图。一幅是FREMM型护卫舰,配备燃气轮机、柴油发电机和电力推进电机;另一幅是较小的FDI型护卫舰,其螺旋桨由四台柴油发动机通过齿轮箱驱动。这两幅图的有趣之处在于,它们几乎展示了从发动机到螺旋桨轴的整个能量传递路径。这些是带有法语说明的已发表的教育性复原图,并非法国海军集团的官方工作图纸,因此无法从中验证具体的布局细节。
这使得工程难题更加引人关注。新舰配备了一体化桅杆、相控阵雷达、拖曳式声呐、直升机以及相当数量的导弹武器。然而,FREMM护卫舰反潜作战的优势之一——独立的电力推进模式——却被从设计中移除。客户为何同意这样的改动?小型护卫舰的监听能力是否同样出色?
这种比较不应被理解为一种舰艇的简单替换。法国建造的五艘FDI护卫舰主要是为了取代拉斐特级护卫舰,而FREMM护卫舰将继续服役。此前曾发表题为《为法国和希腊海军建造FDI护卫舰》的文章,报道了新舰的建造情况。在此,我们更关注另一个问题:较小的舰体能给设计师带来多大的自由度?节省空间又会在什么情况下开始阻碍作战任务?
更小的机身改变了整个项目
根据法国海军的数据,FREMM型护卫舰长142.2米,宽19.8米,排水量6278吨。FDI型护卫舰的相应数据分别为:长约122米,宽约17.7米,排水量4500吨。两者的排水量相差约28%,长度相差超过20米。两种舰艇的航速均约为27节。从外观数据来看,人们可能会认为法国在不损失航速的情况下,成功地将舰体尺寸缩减了近三分之一。
舰上的设备并没有因此而大幅缩减。NH90直升机需要一个全尺寸的机库,导弹发射器需要甲板下的空间,声呐系统则需要强大的绞车和舰尾发射装置。发动机本身对基础或机舱空间的需求不大:它需要空气、冷却、排气、检修过滤器,以及在维修期间拆卸重型部件的能力。在战斗中,图纸上规划的通道长度可能决定救援队是否有时间抵达受损阀门。
因此,FDI公司对整个系统进行了小型化改造。节省成本的途径包括船体尺寸和形状、内部布局、物资供应、设备组成以及推进系统的具体细节。如果仅仅将这些节省归功于取消燃气轮机,那就错了。该项目的主要优势在于,它迫使人们重新思考各系统的相对布局,同时又不放弃一流舰艇的任务。
与“拉斐特”号相比,改进之处尤为显著:新型水声系统、反潜武器、更强大的防空系统以及数字化控制系统。而对于FREMM护卫舰来说,情况则更为复杂。节省下来的空间是否足以容纳这艘小型舰艇的现代化设备,这个问题最好通过逐个系统进行分析来解答。
紧凑性带来切实的好处
FDI最显著的特点是其独特的反向倾斜船首。在2026年1月的技术演示中,法国海军集团(Naval Group)将此归因于降低迎面而来的波浪冲击载荷和减少前甲板进水。开发商还指出,这种设计改善了水动力性能,并配合主动稳定器,使舰艇在恶劣天气下航行更加稳定。这些都是特定船体形状的优势,并非任何短型护卫舰的标配。
集成的PSIM模块整合了指挥中心、通信和监视设备、四套固定式“海火”(Sea Fire)雷达阵列以及部分计算基础设施。据《海事与海洋》(Mer et Marine)杂志报道,安装在舰上的该模块重约150吨。称其为“轻型桅杆”或许有些牵强。其优势在于工业化:该模块预先装载了设备,经过单独测试后再安装到船体上,从而减少了舰艇本身的集成工作量。
法国FREMM护卫舰则使用带有旋转天线的“赫拉克勒斯”(Herakles)雷达。在FDI系统中,通过对四个固定阵列进行电子扫描,无需等待天线旋转即可更新空中态势图。但这会增加电子设备的体积、功耗和冷却成本。紧凑化并非通过降低系统要求实现,而是通过更紧密地集成设备来实现。
此外,还有一些不太显著的优势。较小的舰艇更容易适应现有泊位和码头的限制;在法国海军集团的演示文稿中,这一点被明确指出是降低基础设施成本的一种方式。FDI的外形设计也旨在降低雷达反射截面积,但不能仅根据船体长度将其与FREMM进行比较:上层建筑的几何形状、天线和反射元件都发挥着作用。不应将更轻的重量自动与更快的加速度、更低的成本或更低的舰艇目标价值划等号。此类结论需要通过具体项目的测试和成本核算来验证。
FREMM区分两种驾驶模式
法国FREMM级护卫舰采用柴电或燃气联合推进系统(CODLOG)。这里的“或”字至关重要。四台柴油发电机为两台电力推进电机供电,驱动螺旋桨以低速和中速航行。根据《海洋与海事》杂志对FREMM“诺曼底”号的技术描述,该舰在电力推进模式下航速约为15-16节。全速航行时,一台容量约为32兆瓦的燃气轮机通过机械传动装置驱动螺旋桨轴,使舰艇最高航速达到约27节。
电力推进并不意味着柴油机停止运转。它们继续运行并产生电力,只是不再直接与螺旋桨轴连接。发电机组的安装位置和隔振方式可以与采用机械传动装置的主机不同。这种灵活性在使用水声学技术时尤为重要。
该方案较为复杂。电力必须先产生,然后转换成电力驱动电机——这意味着需要发电机、电力设备、电缆和冷却系统。燃气轮机则需要进气口、烟道以及自身的动力传输系统。本质上,FREMM 护卫舰拥有两套螺旋桨驱动系统,分别针对不同的运行模式而设计。意大利 FREMM 护卫舰的动力配置不同,因此将其特性直接套用到法国舰艇上并不合适。
在较大的舰体上,这种任务分工是可行的。而在较小的 FDI 型护卫舰上,设计人员决定采用单一的机械回路。
FDI 使用四台柴油发动机驱动螺旋桨旋转
这艘新型护卫舰采用柴油-柴油联合推进系统(CODAD):四台主柴油发动机通过齿轮箱由两套轴系驱动。2018年3月26日签订的罗尔斯·罗伊斯合同指定使用MTU 16V 8000 M91L型发动机,单台功率高达8000千瓦。主柴油发动机总功率为32兆瓦。每根轴系由两台发动机驱动,发动机组合可根据所需推进力进行调整。
该护卫舰配备可变螺距螺旋桨——这一点在2026年1月海军集团的演示文稿中明确指出。选择推进模式时,船员不仅可以调整发动机转速,还可以调整桨叶螺距。这种灵活性增强了柴油发动机与主发动机推力匹配的能力,并有助于舰艇的机动性。它对声学性能有双重影响:精心选择的螺距可以避免不利的转速,但螺距本身并不能保证减少空化——螺距、转速和航速的精确组合决定了一切。
当然,FDI的发电机仍然保留:雷达、作战信息中心、声呐、水泵和内部系统都需要电力。不同之处在于,主电网不再为螺旋桨供电。这省去了“发电机-电力转换器-电动机”的传动链,也无需大型燃气轮机。其优势在于布局、主机标准化以及可能的维护。然而,不同航速下的实际油耗取决于发动机负载、船体阻力和螺旋桨转速。
法国海军集团声称降低了全寿命周期成本。这只是制造商的说法,并非相对于FREMM的优势,这一点已得到独立对比的证实。缺点在于:四台主柴油发动机仍然位于机舱内,排气系统、齿轮箱、柔性联轴器和基础也仍然保留在那里。那么,当护卫舰开始搜索潜艇时,情况又会如何变化呢?
反潜搜索需要其自身的路线
在典型的反潜搜索中,舰艇会在船尾部署低频拖曳式声呐。发射机可以下放到水面以下,线性接收天线则负责记录反射信号和水下噪声。探测深度取决于影响声波传播的水温和盐度;此外,还要考虑水流、机动性和拖曳限制等因素。舰体安装的声呐则用于监测近海区域。探测到的目标会与其他数据进行比对,并在必要时传输给NH90“凯门”直升机;舰艇配备MU90鱼雷用于攻击目标。
速度在此至关重要。低速航行时,微弱的声音更容易与舰艇自身机械噪音和周围气流噪音区分开来。随着速度的增加,水动力对接收天线的干扰增大,拖曳体的运行条件也会发生变化。然而,即使是低速航行也并非总是有利的:保持所需深度和机动性会更加困难。被动监听、主动探测和前往新区域需要不同的模式。
泰雷兹公司于2016年发布的CAPTAS-4 Compact技术数据手册提供了一个具体示例:以12节的速度将拖曳式换能器下潜至约180米深处。这展示的是该系统的潜在运行情况,而非FDI公司宣传的“标准搜索速度”。此外,该系统允许的最大拖曳速度也并非最佳被动接收速度。船员必须找到合适的航速和深度组合,使换能器能够实际接收到目标信号。
此时,推进系统不再仅仅是为了方便操作。自身船舶的噪音可能会掩盖微弱的声学信号,使其无法被识别。因此,比较CODLOG和CODAD时,主要应以搜索速度而非27节的最大航速进行测试。
悄然离去:究竟失去了什么?
当FREMM采用电力驱动时,柴油发电机通过电力传动装置与螺旋桨轴分离。柴油发动机仍然会产生振动,但设计人员可以将其与螺旋桨驱动装置解耦。在FDI模式下,主柴油发动机通过机械联轴器-齿轮箱-轴链传递扭矩。扭转振动、齿轮啮合振动、基础和管道振动——所有这些因素都通过噪声隔离来解决。
仅从一台机器就能看出其规模。根据MTU制造商的技术数据表,16V 8000 M91L发动机长约5.7米,干重42吨。四台发动机的总重量为168吨,这还不包括齿轮箱、冷却系统、空气供应系统和排气系统。如果不将这些重量计入涡轮机、电缆和FREMM所有辅助设备中,就无法简单地计算取消电动机可以节省多少吨重量。但有一点很明确:每台FDI主发动机都是潜在振动的重要来源,需要可靠的声学解耦措施。
2018年授予订单时,劳斯莱斯特别强调,MTU 16V 8000样品经过了低结构噪声测试——即通过轴承传递的振动噪声。工厂文档要求采用弹性支架和补偿连接。这固然是解决方案的重要组成部分,但在试验台上测量发动机与测量一艘配备齿轮箱、螺旋桨和运行辅助系统的完工护卫舰的水下噪声截然不同。
还有一个微妙之处——螺旋桨。可变螺距螺旋桨可以设置不同的推力,但如果螺距、转速和速度匹配不佳,桨叶上就会发生空化现象:气泡的形成和破裂会产生一种特征噪声。在某些模式下,螺旋桨的噪音甚至比发动机还要大。因此,即使是“理想”的电动机也无法完全消除噪音,而隔音良好的机械驱动装置也能满足其预期用途的静音要求。重要的并非电缆或齿轮箱本身的存在,而是整艘船在水中的声学表现。
公开的测量数据尚不足以让我们确定法国海军从CODLOG切换到CODAD所付出的确切声学代价。两艘特定护卫舰在相似搜索速度下的噪声特征数据尚未公布。但有一点设计事实毋庸置疑:FREMM护卫舰拥有独立的电力推进模式,而FDI护卫舰则没有。法国方面取消了主要的驱动解耦机构之一,并将重点放在柴油发动机的质量、机构的安装以及隔音方面。
水声装置被放置在较小的船尾。
设计人员并没有通过削减反潜武器来弥补电力推进系统的缺失。FDI 保留了舰体安装的 KingKlip Mk2 声呐和拖曳式 CAPTAS-4 Compact 声呐。FREMM 则使用了全尺寸的 CAPTAS-4 型号。主要的节省来自于对绞车和发射系统的重新设计,而不是取消低频发射器和被动接收器。
在 2016 年 10 月的欧洲海军展上,泰雷兹公司报告称,紧凑型装置比原方案轻 20%,甲板占用空间减少了 50%。《海事与海洋》杂志随后引用了相关数据:紧凑型装置占用约 43-45 平方米,而原方案则占用 84 平方米。对于一艘长度仅略超过 120 米的舰艇来说,节省下来的数十平方米后甲板空间意义重大。
但这样做也并非没有代价。据《海事与海洋》杂志称,拖缆长度缩短了约十分之一,从而降低了换能器的最大潜水深度。领航FDI舰长、一级上校尼古拉斯·吉罗在接受媒体采访时也承认:新舰的舰体声呐系统略逊于FREMM系统。然而,他估计,如果采用拖曳式声呐系统,两艘护卫舰的反潜能力不相上下——FDI得益于更先进的信号处理技术。
吉罗的话比“重量更轻,性能却相同”的广告宣传更有说服力。这是参与过测试人员的坦言:体积上的提升确实存在,但当仅使用舰体声呐或选择拖曳式换能器的深度时,紧凑性的局限性就显露出来了。直升机虽然延长了探测距离,但并不能减轻舰艇自身长时间进行声呐值守的需要。
导弹储备已提前提供。
垂直发射装置的历史展现了紧凑型舰艇如何实现储备容量。首批法国FDI级护卫舰配备了16座Sylver A50发射装置,可同时搭载射程较短的Aster 15防空导弹和射程较远的Aster 30导弹。然而,发射装置的数量本身并不能反映这两种导弹在弹头配置中的比例。FREMM反潜导弹还配备了用于MdCN巡航导弹的独立发射装置,因此不能简单地通过计算发射井数量来比较这两种导弹的任务。
2026年4月,法国海军参谋长尼古拉斯·沃茹尔海军上将确认了将所有五艘FDI级护卫舰的储备容量从16座增加到32座的决定。具体顺序已经确定。该系列的第四艘和第五艘舰艇——于2026年3月31日订购的“诺米海军上将”号和“卡巴尼耶海军上将”号——将直接配备32座发射装置。第三艘“卡斯泰海军上将”号将在服役后立即进行改装,而前两艘“罗纳尔克海军上将”号和“卢佐海军上将”号将在后续的改装过程中进行改装。希腊的FDI级护卫舰从一开始就设计了更大的弹药装载量。
这是基于特定的作战经验。据法方称,两艘护卫舰在红海的四个月内消耗了22枚防空导弹,这使得法国标准的16枚导弹与出口标准的32枚之间的差距显而易见。交付期限已定:该系列舰艇将于2025年至2032年间交付给希腊海军。然而,首批舰艇的改装费用尚未公布:这项工作已纳入2024年至2030年的整体武器装备计划,因此改装价格目前尚无法以欧元计算。
关键在于,希腊海军使用的弹药数量与设计者最初分配的数量完全一致。但储备是有限的:它不能随意从导弹转移到未来的大型雷达、冷却系统或额外的发动机舱。在题为“我们现在是一支强大的力量”的文章中报道了希腊改进型舰艇的增强型武器装备:基蒙级护卫舰的首舰已抵达希腊。
密集布局是有成本的。
任何作战舰艇的设计不仅要考虑设备的正常运行,还要考虑受损情况。在较小的舰体上,必须保证机舱的独立性、机械设备的检修便利性以及火灾或进水后的隔离能力。在2026年1月的一份演示文稿中,法国海军集团指出,该舰配备了间隔布置的主柴油发动机、中央部分的双层水密舱壁、两个数据中心以及冗余电源。这两个数据中心分别位于不同的位置——一个集成在桅杆模块中,另一个位于舰体内部。
同一份演示文稿还展示了一张“6+1发电机”的示意图。这里特指发电机组的数量,而非转换器或馈线的数量。然而,该幻灯片并未解释备用发电机组的负载情况,也未说明母线和电源切换的设计。仅凭“6+1”的标识无法可靠地重建舰艇的电路。然而,这种设计方法恰恰表明,舰艇的生存能力在设计阶段就已经被纳入考量,而不是在建造完成后才添加到舰体上的。
舰艇尺寸较小并不意味着船员人数也相应减少。法国官方公布的FREMM护卫舰编制表显示需要108名水兵,而法国海军2026年首艘FDI护卫舰的编制表则显示需要132名水兵。将这两个数字视为两份完全相同的编制表是不恰当的:它们涵盖了不同类别的人员和服役阶段。但这种差异本身就提醒我们,无论舰体长度如何,一艘复杂的护卫舰都需要雷达、声呐、武器、自动化和损管等方面的专家。
这种兼顾紧凑结构和全面装备的舰艇需要多少成本?在法国参议院2019年的预算文件中,五艘FTI(后改为FDI)护卫舰项目按当时的物价和计算方法估算为42.79亿欧元。简单计算得出每艘舰艇的成本约为8.56亿欧元,但这只是整个项目成本的平均份额,而非不包括研发、武器和后勤保障在内的单艘量产舰艇的价格。到2026年,计划武器的研发进度和组成都发生了变化,因此之前的估算不能作为最终估算。它设定了预算规模,但并不能证明在可比条件下,外国直接投资比外国投资更便宜。
本节内容并不包含主要信息。
法国造船厂成功地缩小了军舰的尺寸,同时保留了现代化的雷达系统、先进的反潜声呐以及预留的防空升级空间。一些改进是可以量化的:船体几何形状、声呐覆盖范围、取消燃气轮机和电力推进系统,以及更紧凑的设备布局。然而,现代化改造的储备设备必须几乎立即投入使用,而工程师和应急响应团队在更加拥挤的船体中工作,难度恐怕不会更小。
这种权衡中更具争议的一点是反潜能力。FREMM 可以使用电动机驱动,将运行中的柴油发电机与螺旋桨轴分离。FDI 则通过齿轮箱传输动力,依靠低噪音发动机和全面的隔振措施。这是一个根本性的差异,但这并不能弥补新舰艇实际存在的动力滞后。这种选择的代价体现在分贝和水下航行速度下的噪声频谱上,而这些对比数据并未公开。
让我们回到两种训练方案。它们揭示了机械装置、轴系、舱室、绞车,甚至部件之间的通道。但来自潜艇的微弱信号被护卫舰自身的干扰所掩盖,因此无法被察觉。法国接收了一艘紧凑型军舰,并放弃了另一种降低主推进系统噪音的方法。FDI装置已经证明了其节省空间的优势;至于电力推进的损失是否得到了弥补,则需要通过舰艇自身的声学特性来检验。目前,这仍然是一项经过深思熟虑的工程冒险,其结果远未完全揭晓。