本页使用了标题或全文手工转换

不依赖空气推进

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
義大利S-526 AIP潛艦

不依赖空气推进英文Air-Independent PropulsionAIP、亦稱:不倚賴空氣推进),是指無需获取外間空气中氧气的情況下能夠長時間地驱动潜艇的技术。使用该技术的潜艇的自持力比一般柴電潜艇的大一倍以上,也即連續的潛航時間及潛航距離較長,但仍比核潛艇短很多。其造价介乎一般柴電潛艇與核潛艇之間。

目前明确拥有该项技术的只有中國俄罗斯德国瑞典法国西班牙日本本身并无聲明擁有此项技术,而是从瑞典引进了斯特林发动机並由川崎重工生產。日本本身擅長燃料電池技術,但因為現行的質子交換膜燃料電池技術無法滿足日本的大型潛艦需求故不採用,日本預計於蒼龍型的下代潛艦採用儲氫金屬技術的燃料電池來滿足需求。此外据说针对日本的相关动作,韩国也正在向瑞典申请要求引进同类型斯特林发动机。美國因為負擔得起昂贵的核潛艇及对淺水區作戰能力的需求不迫切,所以並無發展AIP推進系統。有传言說中国也拥有该技术,但官方并未证实。从另一方面来说,核动力潜艇也属AIP,但一般将核潜艇独立分类,不算入普通柴电级AIP潜艇中。因此中国,美国,俄罗斯,英国,法国这些拥有核潜艇的国家对发展AIP技术均无很迫切需求,多用于经费紧缺时期或出口型号。

由於德國與日本曾在二戰中戰敗,同盟國針對戰敗國實施禁止生產、引入與擁有任何形式的核兵器(包含核動力潛艦)的禁令,如日本戰後的國策《戰後憲法》與「非核三原則」。相对于英法美俄中擁有可遠洋進攻作戰的核動力潛艦,德國與日本不满足于僅供近海防衛作戰的柴電動力潛艦,故德日兩國基於傳統柴電動力潛艦動力技術,進一步發展出絕氣推進引擎並成為德日海軍的主要水下戰力。

动力[编辑]

闭式循环柴油机(CCD)AIP、斯特林发动机(SE)AIP以及燃料电池(FC)AIP。这三种AIP方案都已被各海军强国分别采用;如英国、荷兰等已采用CCDAIP方案,瑞典等已采用SEAIP方案,德国已采用FCAIP方案。

内部氧气供给[编辑]

历史[编辑]

1935年,苏联第18中央设计局的设计师S.A.Bazilevskiy提出了在潜艇中使用不依赖空气系统并在M-92号潜艇上实验,并取得了大量的实验数据。不过那时该项技术并未成熟,该设计师将不依赖空气技术也仅仅作为一种实验课题提出。

第二次世界大战中,德国沃尔特公司尝试在潜艇中使用压缩过氧化氢作为柴油机水下的氧气来源。原理是在水下运作的时候通过燃机的热能加热以高锰酸钾作为催化剂的过氧化氢从而制造出氧气供给柴油机使用。后来德国建造了少数这种不依赖空气推进潜艇,其中一艘U-1407艇在战争末期被遗弃,战后又被英国人重新服役改名为陨星号(HMS Meteorite),之后英国根据陨星号又建造了两艘相同的潜艇探索者号(HMS Explorer)和神剑号(HMS Excalibur)。

战后苏联又重新开始了过氧化氢燃料的实验,但由于过氧化氢在转化氧气时的极端不稳定而最后被放弃。苏联和英国在看到美国已经拥有潜艇可用的核反应堆之后都开始了自己的核动力研究而放弃了进一步的研究。但这项推进系统仍然在苏联和英国的鱼雷之中使用,然而这种不稳定的燃料依然造成了英国皇家海军西顿号和俄罗斯海军库尔斯克号核潜艇的惨剧。

闭式循环柴油机[编辑]

闭式循环柴油机技术是让潜艇柴油机可以像在水面运作一样在潜行的时候运作,通常来说是通过使用制氧剂,或压缩液态氧气来提供柴油机所需的氧气。由于金属会在纯氧环境中燃烧,所以通常来说闭式循环柴油机中运作所需氧气都会加入杂质气体,比如氩气或者柴油机产生的废气。

苏联非常看重这种技术,在冷战时期建造了30艘特殊动力的Q级潜艇——潜艇拥有三台燃机,两台为正常燃机,一台为闭式循环燃机,通过压缩液态氧气提供燃机需氧。但这种技术的不稳定使得Q级潜艇的名声非常差,其中M-256艇因火灾引发液态氧气爆炸使得潜艇沉没,而因此Q级也被冠上了“打火机”的外号,全部Q级艇在20世纪70年代前期被全部解体。

德国海军205型艇U1号也是建造用于进行闭式循环柴油机的艇,实验中潜艇动力输出可以达到3000马力(2.2兆瓦)

斯特林式轮机系统[编辑]

瑞典Kockums造船公司为瑞典海军建造了三艘安装了斯特林发动机系统的试验性哥特兰级潜艇。这种潜艇所装的斯特林式轮机系统以液态氧搭配柴油机作为动力原理并加装75千瓦的发电机作为推进电力并为电池充电。这种不依赖空气推进系统可以让1500的潜艇的潜航自持力达到9节14天。

Kockums公司也将这种斯特林式轮机系统出口给日本,日本新型潜艇将会装备这种斯特林式轮机系统。其中的苍龙号潜艇已于2007年12月5日下水,并将于2009年3月交付海上自衛隊

据相关报道,部分中国潜艇如032型潜艇已采用斯特林发动机(SE)AIP技术,采用的热气机(Stirling Engine)是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机。

燃料电池[编辑]

船坞中装备燃料电池组的德国海军212型潜艇

西门子公司设计出了一种输出功率可以达到30至50千瓦燃料电池。德国海军的212A型艇中将9个这种电池作为一组电池组装备于潜艇中。而后209型214型也使用了这种技术,在这些潜艇上装备的是输出功率为120千瓦的电池组。[1]

使用不依赖空气推进系统的潜艇[编辑]

装备不依赖空气推进系统的潜艇(潜艇级别)有:

另外瑞典销往新加坡海军的2艘瓦斯特哥特兰级也将改装斯特灵式轮机系统。

其他接受AIP改装的船厂:

AIP技术的未来发展[编辑]

AIP技术的未来发展应朝向安全,经济,可靠,低噪声(高隐蔽)。目前技術分為兩大類:(1).燃料電池,(2).斯特林發動機/閉式循環柴油機。

燃料電池[编辑]

目前看来,燃料电池具有最大优势。燃料电池在工作时不发出任何噪声,但能以极高的工作效率输出电能。但目前对于燃料电池燃料的储存,补充还存在问题。燃料电池的燃料往往易爆,储存和补充时需要特殊设计的设备。但使用新设备既增加成本,又增加了故障的可能,大规模战争下很难大量维护。

斯特林發動機/閉式循環柴油機[编辑]

而斯特林发动机,闭式循环柴油机均存在活塞做工动作,会发出大量噪声。而闭式循环柴油机因为工作噪声大,工作时有气体要排出艇外,因此只能在较浅的深度运行(大深度下压强大,排出气体困难),而排出气体也会暴露潜艇位置。但其技术简单,成本低,其与斯特林发动机是目前AIP潜艇的主力军。

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]