053H2G型護衛艦的線型逐漸擺脫了中國系列護衛艦上蘇式艦艇的設計風格,更接近歐洲的線型。《簡氏艦船年鑒》介紹,其長寬比約為8.2,低於其他國家的護衛艦。它采用了豐滿的吃水線,浮動的船頭,方形的楔形尾翼。年鑒聲稱,這種線性船體可以提供更好的抗縱搖能力,在高海況航行時不會埋得太深,同時尾部有更大的浮力來平衡大型球鼻聲納造成的向前縱搖。“姜維”I配備大型聲納,具有很強的反潛能力。《姜維壹號》水線附近的線型與《江湖三號》非常接近,但浮弓增加了船艙面積。
機艙增加的面積往往用來布置被主設備擠掉的設備或裝置,“姜維I”級也是如此。改進型艦空導彈、作戰指揮系統等主要相關設備主要集中在艦橋和壹樓艙室。作戰指揮系統部分布置在艦橋上,主要部分布置在艦橋下壹層的艙室裏。這種布置使安裝在駕駛臺和前桅上的設備具有最短的信號傳輸距離,對改善雷達波導和電纜傳輸信號有非常重要的影響。船長可以在指揮橋附近使用指揮系統,便於指揮和觀察航行情況。萬壹系統出現故障,他可以迅速切換到傳統方式繼續指揮和控制飛船。80年代初,在設計江湖ⅲ型護衛艦時,加大了艦橋以增加設備安裝空間,而姜維ⅰ型的設備比江湖ⅲ多得多。由於改進後的艦空導彈發射裝置體積非常龐大,只能切掉壹號樓的前部,將其布置在主炮後部的主甲板上,占用了原有的艙室空間。此外,兩個雙聯裝的自動37毫米艦炮彈藥供應室和驅動機構占據了第壹棟建築頂部的空間。“姜維”我將增加橋的尺寸,以彌補壹樓空間的減少。艦橋前部采用類似英國護衛艦21的弧形,據說是為了減少對雷達的有效反射面積。
姜維壹號的艦橋因為改進型導彈的布置被迫後移,使得艦橋與直升機機庫之間的空間縮小了近壹半,反艦導彈只能水平布置。水平布置自20世紀70年代以來壹直是美國海軍的常用方案,並逐漸成為現代水面艦艇導彈布置的主流方式。這種布置的好處是導彈發射裝置的尾部正對著海的壹側,氣體不會掃到甲板,不會幹擾其他設備和武器的工作,也省去了大面積加班清理的費用和人工。缺點是只能射擊壹側的目標。“姜維”I也是中國海軍第壹艘水平布置反艦導彈發射裝置的水面艦艇。
1984年,中國海軍對1“江湖”I型護衛艦進行了改裝,拆除了尾部的反艦導彈發射裝置,改裝成直升機機庫,測試了壹艘2000噸級護衛艦裝備直升機的可行性。這次改裝的體會是直升機機庫太高,降低了護衛艦的穩定性。該艦改進後,系統進壹步完善,但高海況下作戰能力降低,因此這種改進沒有繼續。“姜維”I直升機機庫甲板的設計被降低並布置在主甲板的後部,作為主甲板的壹部分,因此穩定性比之前的“江湖”改裝有了很大的提高。“江湖”之所以改在主甲板後段建造直升機起降甲板,主要是為了保留後甲板的反潛操作平臺,方便安裝設備和武器。“姜維”I也面臨這個問題,但在直升機甲板下重新打開了壹個開放的下層甲板尾部平臺,以布置反潛設備和武器。有人認為這種尾部甲板平臺靠近水面容易沖浪。但船尾甲板平臺距離水面的高度超過了037型獵潛艇的幹舷高度,而且在大多數情況下,037艇在南、北海域並沒有頻繁的海浪。即使護衛艦在海浪上,也不會影響反潛和水面附近的行動。
053H2G的艦體吃水線較寬,船首較寬,船首彎角較大,浮在吃水線以上的艦體外部,展弦比較低(8.2),側面有弧形過渡。艏樓,全封閉中央橋樓,鋼制船體,鋁合金弧形上層建築,其側墻向內傾斜。主桅桿是塔式桅桿和格構桅桿的混合結構。該型艦最明顯的變化是建造技術的提高。在此之前,中國建造的海軍艦艇鋼板和甲板都是直角焊接,“姜維”壹型首次采用了弧形過渡。直角搭接雖然簡單,但垂直側板鋼板需要高於甲板鋼板,以保證焊接面足夠大。通常高於甲板的側板會堵塞甲板排水,產生無數類似於角反射器的雷達信號。壹些精細的焊接處理,把高甲板垂直側板的邊角料切掉,使側板與甲板平齊,導致搭接處理麻煩,浪費材料。弧形過渡是指焊接時,甲板與豎側板不直接焊接,而是用小圓弧鋼板對焊連接,不需要仔細處理鋼板的接口,可以避免直角搭接焊造成的角反射器效應和甲板積水。冷戰結束前,歐洲大部分護衛艦都是以柴油發動機為動力。原因是歐洲海軍主要執行近海作戰任務,作戰目標首先是蘇聯海軍潛艇,其次是水面艦艇。反潛戰要求中低速,以方便聲納系統的使用,所以反潛護衛艦多數情況下以經濟航速巡航。70年代設計建造的護衛艦已經全部裝備了艦載直升機,所以在前往反潛作戰時,形成了高速遠程直升機和低速安靜搜索的護衛艦體系。常規潛艇的水下速度通常只有20節左右,在這個速度下噪音很大。但在低速和極低速航行時,噪音很小,很難被發現。核動力潛艇的水下速度雖然可以達到30到35節,但是噪音極大,很容易暴露位置。因此,潛艇的高速航行不僅能被護衛艦或直升機遠距離探測定位,而且很快就會被艦載直升機追上,最後被迫終止高速航行,轉而靜坐或極低速機動。基於這種想法,西方認為護衛艦不需要追求高速度。另外,在20世紀70年代之前,大部分燃氣輪機在油耗和可靠性方面都不如柴油機,所以當時大量的護衛艦使用柴油機,只有美國海軍的護衛艦使用燃氣輪機。
1982“江湖”III型護衛艦在設計時采用了新鑒定的柴油機作為動力,而改進型“姜維”I型仍采用氣燃結合的動力,總持續功率為24000馬力,大量采用國產裝備。
1980年代設計和建造的護衛艦開始使用燃燒柴油的混合動力,其中壹些使用全燃燒動力。這其實要歸功於燃氣輪機的進步。美國海軍裝備的船用LM2500燃氣輪機平均油耗已經下降到170克每馬力每小時,而同等輸出功率的高速柴油機平均油耗為155至190克。實際上國產柴油機的油耗可能比LM2500燃機還高。“姜維”I柴油-柴油聯合動力系統可以滿足使用要求,但絕不先進。對於當時的中國海軍來說,最重要的是適用性和穩定的來源。柴油機的缺點是難以消除振動和低頻噪聲,容易成為潛艇探測系統的定位信號源。現代潛艇裝備有水下發射的反艦導彈,可以在艦載反潛武器射程之外對反潛艦進行射擊和殺傷。因此,安靜不僅是潛艇的生存因素,也是水面反潛艦捕捉潛艇信號降低噪聲的需要,也是在沖入潛艇射擊死角之前避免被潛艇反艦導彈突襲的需要。我國船用柴油發電機組的安靜性、燃油消耗率、穩定性和可靠性需要不斷提高。空中搜索
水面艦艇防空系統包括其空氣狀態探測系統和武器系統。空情探測系統主要是雷達和光電探測系統,電子偵察系統也是對空監視和預警的重要手段。由於不同距離目標的探測波段不同,海軍艦艇通常配備不同的雷達。姜維I遠程對空警戒雷達與蘇聯時代綽號“刀架”的P-8和P-10雷達非常相似,因此通常被稱為“刀架”雷達。該雷達最初是20世紀50年代從蘇聯引進的“刀架”雷達的發展型號。這種雷達之所以用在護衛艦和驅逐艦上,是因為它的天線重量輕,可以安裝在細小直徑圓柱形桅桿的頂端,魚骨八木天線的風阻小,不會影響各種氣象條件下的穩定性。在蘇聯雷達裝備手冊中介紹,P-8“工具架”雷達對高空目標的探測距離為75公裏,主要用作防空導彈系統的目標指示雷達。類似的517雷達最大探測距離約100公裏。
該雷達於20世紀70年代末首次出現在051型驅逐艦上,以取代原設計中相對笨重的雷達。上世紀80年代,中國開始用微處理器改進雷達信號處理子系統,據說該型雷達也在改進中。從新型驅逐艦仍裝備該型雷達來看,這種雷達可能在不斷改進,以滿足21世紀的作戰需要。自20世紀90年代以來,中國陸基和艦載雷達系統的技術突飛猛進,特別是UHF和VHF波段雷達的國際技術合作的發展,使得看起來像老式P-10“工具架”雷達的517雷達具有更強的探測和抗幹擾能力。據俄羅斯《武器》雜誌報道,中國繼續為新艦裝備該型雷達不僅是為了性能的提升,也是為了反隱身飛機的需要。美國《信號》雜誌評論稱,中國海軍將雷達隱身飛機視為主要威脅,未來將繼續在新艦上裝備甚高頻和超高頻米波雷達。國內沒有隱身飛機作為研究雷達反隱身試驗的樣本,所以探測隱身目標的效果是個謎。
現代水面艦艇通常將對低空和水面目標的探測雷達合二為壹,因為超低空目標往往處於對海搜索雷達的扇束視場內,在相位和速度頻移上與水面艦艇的回波不同,會出現鏡像信號。超低空目標在信號處理前的雷達信號往往表現為壹對相對海面對稱的目標,因此有很多特征可以被雷達處理器分辨出來。掠海飛行中對低空和水面目標的探測主要受限於地球水天線的視距,約為45公裏。由於這類目標速度高,雷達最大探測距離小,需要較高的數據刷新率才能在盡可能大的距離內及時攔截。“姜維”I配備了新型低空和海面探測雷達,速度很快,數據刷新率高達每分鐘30次。從低空高速接近的目標,在闖入這種雷達的最大探測範圍後2到6秒就能被可靠地攔截和識別。法國湯姆森公司稱,中國制造的很多雷達技術來自法國湯姆森“海虎”雷達。有移動目標指示和多普勒檢測系統來從目標信號中分離海雜波。特別是多普勒探測對速度頻移非常敏感,正面投影小的導彈也會被探測到。早期中國海軍的雷達信號處理技術落後,導致回波信號中的許多有用成分被丟棄,從而大大降低了在復雜雜波中分辨目標的能力。“胡亥”雷達測量精度高,能粗略描繪目標的水平輪廓。很可能新的雷達也會有這種能力。該型雷達天線采用扭曲拋物面反射器和自動穩定基座,可在高海況下保持對目標的高截獲率。老式雷達是薄拋物面,需要靠反射面背面的機翼力矩來平衡風阻慣性。然而,這種表面結構不僅復雜,難以真正平衡風阻,而且會造成較大的角反射器效應。為了降低風阻,該型雷達的天線反射面采用了網格結構,因此不僅省略了機翼,還減少了角反射面效應,實現了更好的轉動慣量平衡。
艦空導彈
“姜維”I是第壹艘具有防空能力的國產護衛艦。主炮和壹號樓之間的主甲板上安裝有1六聯裝艦空導彈發射裝置。雖然使用了與“江東”號護衛艦相同的半主動制導艦空導彈,但發射裝置卻大不相同。“江東”艦采用雙臂支架旋轉式發射裝置,優點是便於快速重復裝填,但維護性差,發射準備時間稍長。“姜維”I艦不打算在艦上設置彈匣,而是用壹次性發射包裝管安裝在發射架上。“江東”級艦的實踐證明,在2200噸級的艦上很難擠出足夠的空間布置彈艙和裝填機構。將艦空導彈直接安裝在密封的發射容器中,布置在發射架上,可以減少占用空間,加快射擊準備時間。這樣做的前提是解決導彈的長期儲存和免維護問題。姜維I艦空導彈的這種儲存和發射方式,說明中國已經解決了導彈儲存問題,改進後的艦空導彈相當可靠。唯壹的缺點是發射包裝管直徑太大,導致只有6枚炸彈。造成這種現象的原因是沒有使用折疊翼,導彈以全翼展狀態懸浮在彈筒內。為了支撐大型發射裝置,發射裝置的尺寸需要體積龐大,這就帶來了需要大功率驅動系統來保證發射裝置快速性的問題。
艦空導彈的制導雷達是安裝在主桅中間平臺上的雷達,稱為“霧燈”。該雷達具有壹個圓形拋物面反射器天線和壹個喇叭天線,采用單脈沖和差分幅度測角系統。拋物面天線主要用於跟蹤目標,而喇叭天線是壹種連續波天線,為導彈提供燒穿信號。兩個天線的電軸平行且非常接近。當跟蹤天線瞄準目標時,照明天線也瞄準目標。另壹種觀點認為,艦空導彈采用脈沖連續波制導方式,跟蹤天線提供制導燒穿信號,不需要喇叭天線,因此光電跟蹤裝置安裝在跟蹤天線的右側。
艦空導彈是壹種用於覆蓋點目標的艦空導彈武器系統,其最大射程約為10公裏。美國海軍稱這種艦空導彈為點防空導彈。在防空系統理論中,點目標被定義為“壹個適當當量的常規彈藥命中時能被破壞的目標”。保護這類目標的防空導彈武器通常不需要強調遠程,更註重快速反應和短間隔連續射擊,需要與覆蓋面目標的防空武器系統協同作戰。海軍水面艦艇體積非常大,具有點目標的屬性。“姜維”I型護衛艦配備點防空導彈是非常合理的,但作為艦隊防空系統的壹部分,它只能配備在中程艦空導彈殺傷區的縱深威脅方向,在艦隊近區形成更加緊密重疊的防空火力殺傷扇區。
在防空作戰中,姜維I型護衛艦是集導彈和防空火炮於壹體的平臺,相當於壹個擁有1導彈和火炮的防空連的火力,但擁有更完善的雷達信息系統和高速機動能力。空對空雷達和海對海雷達的視野覆蓋了從水面到高空的空域,任何目標只要進入其中壹個的探測範圍,都會被迅速攔截。但這兩種雷達都是兩坐標雷達,只能提供目標方位和距離的跟蹤參數。美國海軍安裝了點防空導彈的驅逐艦的作戰過程是,艦上的兩部空中情報雷達攔截目標後,將數據傳輸到艦上的作戰指揮系統,由作戰指揮系統將目標分配給艦空導彈系統,引導制導雷達瞄準目標位置,然後將班次交給導彈系統。制導雷達進行俯仰搜索,直到截獲目標。在被攔截目標進入制導精確跟蹤之前,作戰指揮系統會不斷修改制導雷達的俯仰搜索空域。“姜維”I型護衛艦的空戰過程大致相同。
中國海軍兩艘053K型護衛艦突然退役後,053H2G型護衛艦前甲板上以六聯裝發射裝置的形式出現了紅旗-61的改進型。其巨大的外形壹度讓西方國家誤以為是反潛導彈發射裝置。其實這是因為紅旗-61采用了“+-X”和不可折疊的彈翼布局,使得這種射程不足十公裏的導彈擁有如此巨大的發射架。
高射炮
和所有艦空導彈壹樣,姜維I上安裝的艦空導彈也有近邊界死區和射擊通道射擊速度限制,而且目標離護衛艦越近,要求攔截武器射擊速度越快,才能在安全距離內摧毀目標。高射速艦炮壹直是近場殺傷最有效的武器,“姜維”級裝備了4門37毫米雙聯裝自動炮作為近程防禦武器。37毫米艦炮由安裝在直升機機庫頂部的火控雷達提供跟蹤目標運動要素,37毫米艦炮與火炮瞄準雷達組成單目標通道、多火力通道的全天候射擊單元。此外,光學指向儀或光電跟蹤系統構成了另壹個目標通道,可以共享壹個方向的火力控制。
80年代初,中國對意大利“布雷達”雙聯裝40毫米自動艦炮進行了詳細研究。37mm艦炮受“布雷達”40炮的設計影響很大,但由於技術水平的限制,“布雷達”40炮最尖端的無彈鏈供應系統並沒有被37mm艦炮采用。采用鏈條供彈的37毫米艦炮很難快速更換彈藥類型,只能采用在鏈條上交替插入不同類型彈藥的傳統形式發射多種彈藥。在姜維壹號上,4門37mm艦炮以兩座的形式排列在艦橋前的第壹棟建築頂部,1排列在直升機機庫兩側。艦橋前兩座分別有前向和舷側射擊邊界,直升機機庫兩側的37 mm艦炮只有舷側射擊邊界。這種布置使兩個消防通道能夠在任何舷側角度射擊目標時同時提供服務。除了中國和意大利的海軍,其他國家的海軍很少有在護衛艦上使用單管37mm及以上口徑艦炮作為近距離殺傷手段的。與意大利“布雷達”40mm艦炮壹樣,中國37mm艦炮也是利用近炸間接命中的毀傷機制來摧毀進入近界的目標,但這種毀傷機制的效果存在爭議,尤其是對於超音速反艦導彈。
防空作戰
中國海軍防空作戰包括艦隊防空和延伸沿海防空深度。因為姜維壹號護衛艦裝備了艦空導彈,單艦可以承擔1988江東、江湖三號艦需要完成的所有任務。由於中國大陸沿海城市分布的地理特殊性,有必要在沿海威脅方向建立防空區。延長防空縱深通常是指在沿海重要目標的威脅方向部署防空艦艇,在威脅方向近海構築壹定的防空縱深。與陸基防空陣地相比,海軍艦艇可以通過高速機動快速轉移目標。海岸雷達結合編隊中擔任雷達哨的艦艇、潛艇的低空預警,其他艦艇在無線電靜默中不斷機動,來襲作戰飛機很難確定和判斷艦空導彈的殺傷區。在臺灣省領導人陳水扁宣稱要"決戰境外"的情況下,這種作戰方式對遏制臺灣省空軍進攻上海、香港等城市起到了重要作用。
中國海域獨特的地理條件,使得部署在大陸沿海基地的岸基戰機作戰半徑可以覆蓋大部分海域,因此岸基航空兵戰機可以為大部分海域的編隊提供空中掩護。2001年6月進口俄羅斯“現代”級驅逐艦服役前,中國海軍沒有區域艦空導彈,岸基航空兵承擔主要的遠程攔截。在部署遠程地對空導彈系統的海岸附近,護衛艦可以得到岸基區域防空火力的支持。2002年,《當代海軍》雜誌刊登了“現代”級驅逐艦與幾艘護衛艦編隊航行的照片,其中包括至少兩艘“姜維”I型護衛艦。
衡量防空作戰能力的壹個重要指標是作戰指揮自動化程度。在需要與時間賽跑的防空作戰中,分發和收集各種艦載傳感器快速變化的海量數據,及時控制和調度各種武器系統,是最重要的能力。這些過程的人工操作效率極低,而且在現代精確制導武器占主導地位的攻擊戰中,很可能根本打不到來襲目標,因此需要借助自動化作戰指揮系統來解決。“姜維”級護衛艦的指揮系統很可能是“江湖”III的改進型。這種作戰指揮系統的性能很可能相當於上世紀80年代的歐洲系統,足以控制姜維I艦上的所有防空武器系統。美國《海軍雜誌》認為,“姜維”I型護衛艦防空作戰的主要問題是37毫米自動炮的毀傷機制的有效性。
反艦反潛
中國海軍從20世紀70年代開始研制輕型反艦導彈。1982馬島作戰表明,“飛魚”等反艦導彈足以摧毀壹艘驅逐艦。這場戰爭最大的收獲是讓科研管理部門明白了輕型反艦導彈並不比笨重的“上遊”壹號導彈差,從而加快了裝備水面艦艇的“鷹擊”導彈的進度。“姜維”I型護衛艦雖然噸位較小,但裝備了6枚“鷹擊”8A反艦導彈,齊射能力相當於051型驅逐艦。但令人不解的是,兩套三聯裝導彈發射箱是並排放置的,而不是像美國海軍那樣疊放在壹起。如果疊加,導彈運載能力可以增加到8枚。
中國海軍強調水面艦艇對岸攻擊能力,所以艦炮通常保持100 mm以上的口徑,並要求壹定的射速。“姜維”I型裝備100 mm雙聯裝自動艦炮,最大射程超過20公裏,高射角85°。理論上可以對空射擊,但配備的雷達只能提供方位和距離數據,無法像37毫米炮的341火控雷達那樣測量目標在三維空間的位置。“姜維”I作戰指揮系統似乎可以提取其他雷達的測量數據,供100毫米火炮射擊指揮儀計算數據。因此,在作戰指揮系統的控制下,79A炮可能具有壹定的對空射擊能力。
中國海軍聲納系統是最神秘的系統,很少公開報道。據美國《信號》雜誌報道,“姜維”I型護衛艦的球鼻聲納是SJD-5B,這應該是壹種老式的數字化SJD-5聲納,便於與數字化作戰指揮系統連接。在艦首艦體中,還安裝了SJC-1F偵察聲納和SJX-4C通信聲納。這兩種聲納也是舊聲納的數字化改進。上世紀80年代中期,國內大量普及微處理器改造老式設備的時候,很多所謂的數字化設備只是在傳統的機電設備上增加了微處理器監控裝置,這些裝置之間的傳輸通常使用低速的軍用或工業總線。即便如此,數字化接入還是讓中國的裝備水平有了革命性的飛躍。
在1986之前,中國海軍護衛艦的主要反潛武器是兩座1500五聯裝火箭深彈發射器。護衛艦需要使用聲納與水下目標信號保持聯系,並且不斷接近,直到距離目標不到1500米,可以齊射火箭深彈,而現代潛艇可以從數十甚至數百公裏外發射反艦導彈攻擊護衛艦。在護衛艦接近1500m距離之前,被追擊的潛艇完全可以發起反擊,或者爬出通信天線等。,並召喚遠處的鄰船發動攻擊。這種情況在80年代中期從意大利和美國引進輕型反潛魚雷後開始改變。“姜維”I型護衛艦的遠程反潛武器是直-9直升機,可攜帶2枚宇-7輕型反潛聲自導魚雷,在護衛艦300公裏範圍內進行反潛作戰。這個距離超出了大多數潛射反艦導彈的射程,可以有效壓制潛艇攻擊。