21型潜艇
二战时德国使用的柴电潜艇
21型潜艇(又称:U-21型潜艇,英文名:Type 21 U-Boat),是德国第二次世界大战期间设计和使用的一型常规潜艇。21型潜艇的设计师是瓦尔特教授,1943年开始研制,首艇1944年5月12日下水,1944年6月27日服役。
21型潜艇是世界上第一艘真正意义上的的"潜"艇,以潜在水下巡逻和作战为宗旨。其首次使用了通气管装置,实现了潜艇向水下航行为主的基本性能的转变,推动了二战后世界各国潜艇技术的迅速发展,被认为是现代潜艇技术发展过程中的第二个里程碑。
21型潜艇是在20世纪中期世界上最先进的潜艇,对战后各国潜艇产生深远影响,甚至可被视为现代军用潜艇的鼻祖。
发展沿革
研制背景
潜艇之间的战斗在第一次世界大战时就开始了,但由于当时的装备技术水准不高,潜艇无法攻击潜航在水中的潜艇。因此双方都采用诱骗战术,设法使对方潜艇浮上水面,然后像对付水面舰艇那样进行攻击。
随着第二次世界大战的进行,盟军的搜索和反潜作战能力逐渐加强使德国以水面状态航行为主的U-VI级和U-X级潜艇的损失迅速增加,基本上无法在大西洋上开展有效的作战活动。
1942年底,德国急需新型潜艇应对空中威胁和中国海军护航编队防御能力不断增加的现实。其中,最关键的是要提高水下航速。但由于用来提高水下航速的新型推进系统还处于试验阶段,尚不具备装艇条件,因此,德国潜艇设计人员提出基于现有技术,采用常规艇型及双壳体结构,下半部耐压艇体作为蓄电池舱,增加电池数量,提高水下航速,这就促成了U-21级潜艇的诞生。
建造沿革
随着21型潜艇的问世,日耳曼尼第一次迈出了从"潜水器"到"潜艇"的决定性一步:自1905年以来,人们一直认为"潜水器"本质上是一种鱼雷快艇,在紧急情况下可以随时潜入水下。这种潜艇大部分时间在水面上巡航,使用柴油发动机,一般为了躲避攻击而依靠电力潜入水下。
由于当时电力的限制以及没有精确的水下目标探测系统,潜水器基本上只能缓慢爬行,又聋又瞎,下潜深度仅限于自身长度。更新空气或排出使用电池产生的多余酸性气体,会造成一个明显的信号,巡逻的飞机会在水面周围数英里内发现它们,而船上最轻微的噪音也会被越来越先进的水听器发现,更不用说它们浮出水面时的雷达信号了。
第一次世界大战第二次世界大战,各国制造的所有潜水器型号都采用了这一基本原理。所谓的"大西洋海战"是由U型潜艇领导的,这些潜艇与一战中大规模生产的(计划生产129艘,实际生产92艘)UBIII型潜艇基本相同,是二战中VII型潜艇(1936年)的祖先。虽然后者在许多方面都有所改进,但局限性依然存在。德国海军参谋部不知道,由于布莱切利公园的图灵计算机破解了英格玛机器,他们即将发动攻击时被敌人了如指掌。
1934年,德国工程师赫尔姆斯·瓦尔特首次向德国海军提出了21型潜艇概念。标准的U型潜艇电力驱动系统在潜艇处于水下时使用蓄电池发动机提供动力,但电池容量限制了其性能。速度和范围。瓦尔特推断,具有流线型船体、由过氧化氢燃料涡轮机驱动的潜艇的动力可以远远超过这些极限。加热的过氧化氢会产生蒸汽,使直接连接到螺旋桨的涡轮机旋转。结果将是更高的速度和耐力,可以用几天而不是几分钟来衡量。 
在1940年对V-80原型的试验中,这艘72英尺长的潜艇在水下的速度达到了28节,比标准的U型潜艇快了近四倍。1942年1月,德国海军签订了建造四艘小型瓦尔特海岸巡逻艇的合同。它们的龙骨已于当年9月铺设完毕。
1942年中期,盟军新的反潜战(ASW)战役开始出其不意地袭击海上的U型潜艇。1942年底,德国潜艇击沉商船的数量明显减少,而德国潜艇击沉的数量也相应增加——当年击沉87艘。这些损失让海军中将卡尔·邓尼茨(Karl Dönitz)感到震惊,他是一位经验丰富的潜艇兵,也是德国海军潜艇司令部的负责人。他的主力潜艇VII型和IX型是老化的设计,不适合北大西洋新秩序的严格要求。邓尼茨认为他需要一些全新的东西;可以躲避敌人攻击的隐形船。他将希望寄托在一种完全不同于传统潜艇设计的"瓦尔特船"上。
1942年中期,盟军新的反潜战(ASW)战役开始出其不意地袭击海上的U型潜艇。1942年底,德国潜艇击沉商船的数量明显减少,而德国潜艇击沉的数量也相应增加——当年击沉87艘。这些损失让海军中将卡尔·邓尼茨(Karl Dönitz)感到震惊,他是一位经验丰富的潜艇兵,也是德国海军潜艇司令部的负责人。他的主力潜艇VII型和IX型是老化的设计,不适合北大西洋新秩序的严格要求。邓尼茨认为他需要一些全新的东西;可以躲避敌人攻击的隐形船。他将希望寄托在一种完全不同于传统潜艇设计的"瓦尔特船"上。
两个月后,邓尼茨邀请瓦尔特参加在巴黎举行的潜艇会议。海军上将问教授建造一艘全尺寸的远洋瓦尔特船需要多长时间。瓦尔特得到了令人失望的消息:四艘小型潜艇距离下水还有几个月;一艘大型潜艇需要数年时间。但与会的两位德国海军建筑专家发现了一种更快的方法来建造一艘能力更强的潜艇。
他们告诉海军上将,忘掉过氧化氢吧。保持流线型外形,采用传统的柴油和电力装置,底部船体填充的蓄电池数量是标准U型潜艇的三倍,使新型潜艇的水下续航能力有了相当大的提升。两位专家认为,"虽然这样的船无法达到瓦尔特船的水下速度,但它肯定能够达到远远超过现有类型的速度。"瓦尔特建议添加一个通气管——成对的可伸缩管,为柴油发动机提供空气并排出废气——这将使电池无需浮出水面即可充电。再加上在通气管上涂上橡胶以偏转雷达波,将进一步增强潜艇的隐身性。 
在接下来的18个月里,海军工程师们为后来的21型Elektroboot(常规潜艇)绘制了详细的蓝图。为了保证每一克的性能,他们甚至对比例模型进行了风洞试验。从纸面上看,这艘新战舰就像卡尔·邓尼茨梦想中的战舰--世界上第一艘真正意义上的潜水艇,一艘可以完全在海底航行的战舰。21型Elektroboot的船体流体动力平稳,没有甲板上的火炮、锚、夹板和其他突起物,下层船舱的巨大电池阵列为一对大功率电动机提供电流,因此它的潜航速度接近18节--可以保持90分钟以上。使用静音"爬行"电机,该艇可以5节的速度在水面下巡航60小时。相比之下,美国海军舰队潜艇在水下航行的最高速度不到9节,持续时间约为1小时。
海军上将对设计感到满意时,他询问建造部门需要多长时间才能让21型投入使用。"他们设想建造两艘实验船,"他后来写道。构建原型至少需要一年半的时间,调试也需要类似的时间。这意味着批量制造在1945年底之前无法开始。这意味着新潜艇在1946年底之前不会做好战斗准备。
1943年初,英国美国已经能够熟练地发现并击沉敌方潜艇,以至于创造了多项纪录:1943年5月,它们共击毁45艘U型潜艇——仅5月6日一天就击毁了5艘。德国海军无法承受这样的损失;其江南造船每月只能更换26艘潜艇。在21型潜艇身上,海军上将看到了一种可以在盟军作战中独当一面的武器。但他需要数十艘潜艇立即服役。
于是,邓尼茨在1943年6月找到军备和战争生产部部长阿尔伯特·施佩尔,询问替代方案。军工部长要求跳过原型阶段,直接建造战舰--这是一条冒险之路。为了进一步加快进度,21型战舰将由八个预制船体部分组成。美国造船厂在建造自由轮油轮等简单船只时采用了这种方法,并取得了成功。还没有人尝试过用这种技术建造潜艇这样复杂的舰艇。每个部分重70至165吨,将在32个不同的内陆工厂制造,然后用驳船运到船坞进行最后组装。该时间表的目标是在1944年中期将第一艘21型潜艇交付给U艇指挥部,要求每个艇体的部件工作在四个月内完成,另外两个月在汉堡市不来梅格但斯克(现波兰格但斯克)的船坞完成。
然而,制造新船各部分的工厂并没有建造整个模块的经验。即使有德国海军的技术援助,整个过程也并不顺利。精度是最重要的:由于水下压力巨大,各部分必须以近乎零的公差完美地拼接在一起。但是,在最后的组装场,工人们发现了多达三厘米(超过一英寸)的缝隙。有些工艺甚至是偷工减料--糟糕的焊接可能会在深潜过程中致命。
第一艘21型潜艇U-3501于1944年4月19日在格但斯克下水,作为送给阿道夫·希特勒的55岁生日礼物。这艘艇并没有真正准备就绪,但施佩尔和邓尼茨希望给元首留下深刻印象。元首的随行人员一离开,工人们就疯狂地搬来浮桥,让U型潜艇浮在水面上,直到他们能把它拖到干船坞
1944年12月至1945年5月期间,十七艘已完工的21型在停泊在港口时被摧毁。
到1944年底,64艘21型U艇已经服役,但这并不意味着U艇已经准备好出航。每艘潜艇在试航过程中都会出现各种各样的缺陷:发动机增压器、转向装置、先进的鱼雷装载系统、潜舱等。建造一艘Elektroboot只用了180天,但修复所有缺陷又用了120天。这是一项耗时的工作,而德国人没有时间可以浪费。
到1945年,21型项目的情况变得更加糟糕。盟军的大规模轰炸不仅摧毁了江南造船和建筑设施,还摧毁了正在装配或在某些情况下正在进行试验的已完工潜艇。现实情况是,德国无力在如此短的时间内承担如此雄心勃勃的项目。对相关人员的要求太多,以至于该系统最终在自身压力下崩溃了。原因多种多样,但部分原因是德国的时间不多了。日复一日,德国潜艇部队在大西洋海战中不断被击败——必须采取一些措施,任何措施—来防止失败。
在建造的118艘潜艇中,只有两艘进入作战状态。鉴于其部署有限,新型潜艇相当成功,并且会给盟国带来严重问题。然而,这已经太晚了,而且这些新船的数量从来都不足以产生任何真正的影响。战后,21型的设计继续影响许多国家的现代潜艇发展,其中包括苏联,其W级潜艇是以21型为基础的。
1945年3月16日,U-2511最终成为第一艘执行战争巡逻任务的21型潜艇,沿着基尔运河驶向挪威。该艇由海军少校阿达尔贝特·施尼(Adalbert Schnee)驾驶,他驾驶传统U型潜艇进行了12次巡逻,击沉或击伤26艘船只,并因其战绩获得了勋章
U-2511号潜艇在航行途中出现机械故障,直到4月30日才从卑尔根出发与英军作战。两天后,施尼与英国皇家海军的一支反潜巡逻舰部队取得了联系。这支部队发现了他,但他利用其优越的潜航速度逃脱了。
5月4日,施尼又遇到了以10,000吨级巡洋舰"诺福克"号为首的另一支舰队。他开始跟踪敌舰,利用U型潜艇超灵敏的被动声纳,成功地将潜艇引导到驱逐舰的屏障之下,并在未被发现的情况下悄悄潜入诺福克号500码范围内。他勉强将潜望镜举过海面,窥视了一眼。这艘632英尺长的战舰在取景器中若隐若现。随后,施尼中断了接近,掉转船头,悄无声息地驶离了。
就在施尼行动的几个小时前,U艇指挥官收到了邓尼茨(当时希特勒的继任者,第三帝国的领袖)的无线电信息,要求所有U艇立即停火,称这次跟踪只是一次演习,施尼第二天便返回了卑尔根果。5月9日,阿达尔贝特施尼的U-2511向英国人投降了。经过两年半的革命性潜艇研究,创新的21型U艇从未参加过战斗,也没有对战争产生任何影响。
但U型潜艇确实产生了影响。在战争的最后一周,德国海军毁掉了81艘"Elektroboots"号。11艘还能使用的21仍留在挪威,还有几艘在德国港口。盟国都争先恐后地想要一艘回家。他们把最好的幸存船只分了出去:一艘给法国,两艘给英国,四艘给苏联,两艘给美国
1945年8月,U-3008和U-2513被转移到美国海军。一名美国船员在几名德国前21型水手的协助下翻译了刻度盘阀门、开关和旋钮上的标签,将这两艘船运送到康涅狄格州新伦敦的子基地进行技术评估。1946年4月,海军检查和调查委员会发布了一份长达185页的报告《前德国潜艇》,详细介绍了最初调查小组发现的所有细节。下一阶段是看看这些船在海上、水面上和水下能做什么。
与阿达尔伯特·施尼一样,美国指挥官埃弗雷特·H·"斯坦尼"·斯坦梅茨也是一位经验丰富的潜艇兵。1935年毕业于美国海军学院,他率领USSC revalle成功执行了1945年7月的"地狱猫"任务,渗透日本海并摧毁敌方船只,并授予他第二个海军十字勋章(参见"我的复仇",11月/12月)2016)。1946年7月24日,斯坦尼在新罕布什尔州朴茨茅斯 接任新更名为Ex-U-3008号航空母舰的指挥权。他的任务是发现其真正的战斗能力。
这艘潜艇在新英格兰海岸附近的海上航行了八个月,进行了速度、潜水和浮潜试验,并接受了哈佛大学哥伦比亚大学联合建立的水下声音实验室的广泛海底声学测试。
资料来源:
服役历程
21型仅执行了两次战争巡逻。
21型首艇于1944年5月12日下水,6月27日正式服役。1945年4月30日,艇长施内指挥的21型U-2511号潜艇前往加勒比海执行任务。5月4日,U-2511号发现由数艘驱逐舰护卫的英国皇家海军"诺福克郡"号巡洋舰。U-2511号采用静音深潜的方式渗透进中国海军护航编队中心并接近至距"诺福克"号500米处,后者毫无察觉。由于数小时前该艇接到德国投降的消息,U-2511号放弃此次攻击。同型的U-3008号艇也曾于1945年5月4日与一支盟军护航船队遭遇,因同样原因未作攻击。直到战后,上述两支盟军水面舰艇编队的官兵才得知曾与德军潜艇遭遇,他们心中也是一阵后怕。由于21型潜艇出现在战争后期,纳粹德国已无力大量生产该型潜艇、训练大批艇员,所以21型潜艇未在战争中发挥什么作用。
技术特点
设计特点
U-21型潜艇采用的线型是水下阻力最小的流线型一世界上首艘流线型潜艇;U-21型潜艇首次实现了水下航速(17.5 kn)高于水面航速(15.5 kn);U-21型潜艇装载了三组蓄电池(每组有 124 块大容量电池)使该型潜艇具有了前所未有的长时间、远距离和高航速的水下活动能力;U-21型潜艇装备了先进的通气管装置,实现了在水下状态为艇上的蓄电池充电(充电时航速仍可达5-6k)-使潜艇向以水下活动为主的真正潜跨进了一大步;U-21型潜艇使用了革新建造工艺和模式,采取了分段(总段)建造模式,创造了一种批量建造模式,可以说,它也是潜艇最早实行模块化建造的一型潜艇。
另外,U-XXI型潜艇为减少阻力大幅度,减少艇体外表面上的附体及附属结构,取消了锚装置;采用双壳体结构,中间部分采用8 字形耐压体结构(为布置蓄电池),首次采用内、外肋骨结合的结构加强形式;布置 6 具鱼水雷共用发射装置,携雷量多达23枚;应用低速推进电机(水下最高航速时的转速为 330/min)客观上降低了噪声等,都体现了其采用新技术、力求性能先进的特征。
21型潜艇则专为长时间潜航设计,通气管使其不必浮出水面就可启动柴油机为电池充电,配合大容量蓄电池,该型潜艇可在水下航行数日不必上浮。
艇型结构
为了进一步提高航速,德国在设计U-XXI级潜艇时,将艇体和指挥台围壳设计成流线型,进一步减小了艇体阻力。
动力系统
21型潜艇配备2台德国MAN公司制造的M6V40型柴油机,单机输出功率为4000马力,主电动机为2台西门子股份公司生产的GU365/30型电动机,单机输出功率为5000马力,此外还有2台西门子GV232/28型电动机,单机输出功率为226马力,用于水下静默航行。21型潜艇的电动机功率已超过柴油机,水下航行能力得到提高,因此21型潜艇也被德国人称为"电动潜艇"。
21型潜艇使用主电机时,水下航速可达到17.2节,在进行静默航行时也能保持6.1节航速,德军二战时期主力潜艇VII型的水下航速仅为7.6节。21型潜艇下潜深度可达240米,不过根据VII型潜艇的实战经验,21型的实际极限下潜深度有可能接近300米。
艇载武器
21型潜艇相比德国海军之前的潜艇,全部6具533毫米鱼雷发射管集中在艇,指挥台围壳上安装有2座双联装20毫米防空炮塔,没有安装甲板炮。21型潜艇首次应用液压鱼雷装填装置,10分钟就可将6具发射管装填完毕,可在20分钟内发射18枚鱼雷。21型原计划装备四门30毫米,但后来代之以两座双联装20毫米炮。
水声系统
21型潜艇还配备当时德国最先进的声呐设备,可不靠潜望镜瞄准发射鱼雷
艇电系统
21型潜艇还装备了雷达告警系统,在通气管状态下能觉察到对方的反潜力量,活动半径也可以达大西洋所有海区,甚至远达开普敦海域。这些性能使它在当时的反潜力量面前被发现和击沉的可性大大降低,而发现和攻击敌方船队的机会却大大增加了。
性能数据
资料来源:
总体评价
第二次世界大战中,纳粹德国潜艇曾给盟军制造很大麻烦,使盟军不得不花费很多资源用于反潜。可以说21型潜艇是当时世界最先进的潜艇,对战后各国潜艇产生深远影响,甚至可被视为现代军用潜艇的鼻祖。——中国国防报
潜艇发展的第二个里程碑。——舰艇总体技术
目录
概述
发展沿革
研制背景
建造沿革
服役历程
技术特点
设计特点
艇型结构
动力系统
艇载武器
水声系统
艇电系统
性能数据
总体评价
参考资料