转载，百家争鸣，各抒己见。
最近在写潜艇桅杆的稿子，恰好在知网查到了一些关于潜艇柴油机排气口设计的相关论文，对其海上使用环境和特点，以及消音降温等技术解决方案等都有详细论述，在这里跟大家分享一下：
常规柴电潜艇不论是向战区航渡还是在作战海域待机，都需要经常进行通气管航态水下充电。航渡中每天都要进行一次至少6-8小时充电，在战区至少二天就要补充充电一次。近年来火热的AIP虽然在进出战区期间不用频繁上浮充电，但只要潜艇飙一两个小时20节航速，恐怕为了安全起见就得上浮充一次电。
此时，柴油机的排气管口布置在水线以下的围壳末端，通常在海面下1-3米以内，以实现水下排放废气，虽然减少了潜艇露出水面的时间和雷达反射截面积，但也存在很多问题：
上图为214级潜艇剖面图，围壳后沿的两根来自柴油机舱的橙色管道就是发动机排气口。
1.形成了一个很强的水下噪声源（废气在水下咕噜噜的喷）
下图是一艘荷兰海象级潜艇，使用通气管（或通气管）为其电池充电。通气管是照片中从左到右出现的第四个桅杆，此时水下桅杆上的排气孔在水下排出发动机废气，可见海面上的气泡和空中的烟雾。
潜艇水下噪声包括辐射噪声和自噪声两大部分。辐射噪声的高低决定了自身的隐蔽性，而自噪声则是影响自身声呐作用距离的主要因素。在潜艇的机械噪声源和其它的水动力噪声源得到相应的控制之后，通气管航态充电时的柴油机水下排气噪声就跃升为该航态下的最主要的噪声源。可以说柴油机水下排气形成的辐射噪声相当严重，是通气管航态下最主要的噪声源。它直接影响潜艇在通气管状态航行和充电时的隐蔽性，在控制潜艇其它噪声源的同时，必须降低柴油机水下排气噪声。削减排气噪声对抑制整机噪声进而抑制全舰噪声有着重要意义。
一方面潜艇主要依靠声呐对水噪声的探测与分析，来确定敌船的方位和距离，以便实施攻击或规避，声呐以被动方式正常探测时，当目标艇的辐射噪声降低10dB后，声呐探测距离可由22km降为11km。
另一方面性能良好的声呐是以安静的背景作为发挥性能的先决条件。降低舰船的近场水噪声可大大提高己舰所载水声探测设备的作用距离：低频被动声纳的背景噪声每降低12dB，可使其探测距离增加10倍。宽频主动声纳的背景噪声每降低4dB，可使其探测距离增加30%。中频主动声纳的背景噪声每降低5dB,可使其探测距离增加50%。由此可见，降低舰船的水噪声（辐射噪声和自噪声），一方面能改善舰船的水声隐身性能，使对方声纳的作用距离缩短，缩小对方水中兵器（音响水雷、声制导鱼雷等）的有效使用范围；另一方面又可提高己舰所载水声探测设备的作用距离，充分发挥本艇声呐性能。
2.高温排气的热量耗散到潜艇周围的海水中，在海面上形成红外轨迹，大大增加了被红外探潜仪器探测的可能。
就常规潜艇水下排气系统而言，柴油机排出的高温废气、冷却动力装置后温度升高的冷却水、高流速的排气与周围海水的摩擦等都会不可避免的引起潜艇周围海水温度升高，温度升高的海水随着对流到达海面，并维持一小段时间。
上图为被巴基斯坦海军用红外设备发现的印度海军常规潜艇画面，通气管状态航行时的海面航迹和温差极易被航空反潜设备发现。
下图为核艇升起潜望镜效果，常规艇升起通气管，并在水下排气时的海绵效果与之相比有过之而不及
这样，在水下潜艇刚经过的地方，海面上的水温与周围海水的温度就会存在差异，即其红外辐射也存在差异。利用高灵敏度的红外探测仪能把这种红外辐射差异转化成电信号从而显示出潜艇的航迹。理论上，在海面水温有0.2K温差时提供的信号就已可满足红外反潜探测的需要，降低通气管航态的水下排气温度，抑制潜艇红外目标，提高其红外隐身性能意义重大。
上2张图为潜艇通气管（柴油发电机发动机进气管）实物图和海面使画面
这张图是L3 HARRIS 公司发布的一张潜艇桅杆产品示意图，可见左侧的发动机排气管路，以及右侧的发动机进气桅杆——通气管。
3.废气排放需要冲破2米左右水深处的水压，需要解决海水在柴油机水下启动、运转及停车过程中，降低水压对于排气的影响，以及可能引起舷外海水通过排气管路倒灌入主机气缸中的恶性事故。
对了，有些类型的AIP艇虽然不用上浮充电，但是燃烧物产生的高温废气也要在水下排出，上面的麻烦事儿一个也不少。
下图可见排气口在海面一下2米左右，要想把废气平稳喷出去，还要确保海水不倒灌，是个麻烦事儿。
上面三个问题怎么解决？
1.如何降低水下排气噪声：围壳后方排气口结构上采用各种消声设计，比如设计成网状孔，鱼鳞状，甚至设计多个排气口或者做成排气管等结构，以降低气体与海水混合时的噪声。
上面这艘潜艇围壳顶端两侧突出的长条形管道排气，就像花园里扎满窟窿的水管。
基洛可顶端后方设置有较大的排气孔。
212级在围壳两侧顶部下沿设置有长条形排气管道
209级在围壳顶部后沿设置了凸出去的排气管道，下图是啊韩国张保皋级 也就是KSS-I，209-1200级的实物图：
我们从各国柴电潜艇围壳后方千奇百怪的排气口设计就能看出端倪。
2.如何降低红外特征：那当然是降低排出的废气温度，方法也有很多，比如喷淋冷却水与废气直接接触，利用水的汽化潜热高达2257 KJ／KG特点对排气进行大幅度温降。
德国 209级常规潜艇上使用了一种水冷却喷射消声器，这种系统通过喷射水雾降低排气温度抑制红外辐射，同时增大对排气噪声的衰减。
日本海上自卫队 “亲潮 ”级常规潜艇柴油机排气系统上装备了一个海水喷射腔，采用海水直接喷射能将排气温度由500℃降至60℃。
3.如何防止海水倒灌并降低排气时的外部水压：这个方法也有很多，这里说一个有意思的。围壳其实和机翼差不多，表面也会存在低压区，如果把排气口位置设计在围壳在通气管航速下的低压区位置，那么在这一位置柴油发动机的水下排气压力就相对更小，能够为发动机创造更好的工作环境。
比如上面的韩国海军KSS-II，排气口位置就将209 的围壳后沿导管，改为后沿两侧下方的方形网状排气孔。
其实上述三个问题是统一而不是孤立的，因此还有很多种能够同时解决多个问题的办法，例同时如冷却和消声，或者消声和降低背压等。例如一种三管齐下的办法：在潜艇内部设置一个集水箱。废气进去以后即可以冷水降温降低排气红外特征；又可以熄灭火花降低夜间暴漏风险；还可以在发动机和海水之间做个缓冲，确保倒灌少量海水可以在水箱内排出不会灌进发动机。
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