AIP装置的发展综述

Equipment Manufacturing Technology No.1，2013
不依赖空气的动力装置—ＡＩＰ系统，将这种技术应用于常规潜艇，将对潜艇的未来带来深远影响，甚至是革命性的变化。

不依赖空气动力装置的出现，可使常规潜艇的通气管航行方式得以减少，极大地降低了潜艇的暴漏率，同时也延长了潜艇的水下续航力，增加了潜艇的隐蔽性，提高了常规潜艇的生命力和战斗力。

ＡＩＰ系统在潜艇上的安装，使常规潜艇首次部分具备了如同核潜艇那样的长时间潜航能力，而且其造价也比较低廉。

根据当今国际形势，唯有装备了ＡＩＰ艇的海军力量，才能在各国相互军事竞争中占得先机。

本文针对典型ＡＩＰ技术原理及国外海军ＡＩＰ发展及装备情况进行分析阐述，并对典型ＡＩＰ技术特点进行评价对比，以期借鉴国外海军ＡＩＰ发展经验的同时进一步探索总结，得出适合我国海军ＡＩＰ装置发展的方向。

１ＡＩＰ典型技术及工作原理
１．１燃料电池
燃料电池是把燃料和氧化物的化学能直接转化为电能和电化学装置，其直接输出直流电，无需发电机和变压器，无电能和机械能损耗，燃烧后的副产品是水，无须排污设备。

燃料电池的工作原理是靠氢气反应直接产生电能而工作的，与电解水产生氢气和氧气的过程相反。

目前，存在的问题主要是氢的携带问题。

除低温储存法外，还研究了金属氰化物储存的方法，但还有一些技术问题待进一步解决。

比如在经过几次取氢和注氢（称为析出作用和吸附作用）循环后，金属氰化物就分裂成为约５μｍ大小的粉末。

不能让粉末进入减刑燃料电池，所以，要求装置中的滤器的筛眼尺寸为１μｍ。

此外，氢的储存模块多，需要配置很多遥控阀件，传感器类模块间连接的管道也多，相应的焊缝也长，这就增加了泄漏的风险，也难以确定泄漏点的位置。

１．２闭式循环柴油发动机
该系统以闭式循环柴油机为发电机原理。

为使柴油机在没有空气供气的状况下工作，必须提供拟空气成分的进气气体，使柴油机发火燃烧工作。

因此，将柴油机派出的废气经吸收器吸收部分ＣＯ２气体，废气中未被吸收的部分气体再加入适量氧气和氩气，即组成人造大气，使气体能够被燃烧室重复使用。

这样柴油机既可在闭式循环状态下正常工作，也可在开式空气供应时正常工作，实现开、闭合用。

柴油、氧气和氩气都被储放在潜艇上，后两者以液体形态存放在真空隔离的双层容器内。

除了柴油机本身，该系统的其他关键技术有吸收器和水管理系统。

但与其他两种技术相比，必是循环柴油机的技术要相对成熟。

１．３斯特林发动机
斯特林发动机是一种外然式发动机，其采用液氧加柴油作燃料，一般以氦气作循环工质。

通过外部燃烧的高温气体经加热管加热，内部循环工质受热推动活塞作功，将热能转化为机械能带动发动机发电，目前，还有部分关键技术问题尚待进一步解决。

２国外海军ＡＩＰ发展概况
２．１美国“重起炉灶”
从２０００年开始，美国恢复了非核动力潜艇的建
ＡＩＰ装置的发展综述
刘一
（９２４９３部队８８分队，辽宁葫芦岛１２５０００）
摘要：简述了不依赖空气动力装置——
—ＡＩＰ的典型技术及工作原理，介绍了美国、法国、西班牙、日本、韩国等国外海军ＡＩＰ发展情况，最后根据对三种典型ＡＩＰ技术性能指标评价对比，展望我国ＡＩＰ应用前景，提出我国适合利用现有成熟的柴油机主机技术，进一步研发适合装备我国海军的闭式循环柴油发动机。

关键词：ＩＰ；常规舰艇；燃料电池；闭式循环柴油发动机；斯特林发动机
中图分类号：Ｕ６７４．７６文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１３）０１－００９４－０２
收稿日期：２０１２－１０－１０
作者简介：刘一（１９８２—），女，辽宁葫芦岛人，助理工程师，学士学位，研究方向：试验信息研究。

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《装备制造技术》２０１３年第１期
ＳｕｍｍａｒｙｏｆｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡＩＰＤｅｖｉｃｅ
ＬＩＵＹｉ
（８８Ｂｒａｎｃｈ，９２４９３ＴｒｏｏｐｓｏｆＰＬＡ，Ｈｕｌｕｄａｏ１２５０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｄｎｏｄｅｐｅｎｄｏｎａｉｒｍｏｔｉｖｅｅｑｕｉｐ———ＡＩＰｔｙｐｉｃａｌｍｏｄｅｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，
ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｎＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ、Ｆｒａｎｃｅ、Ｓｐａｉｎ、Ｊａｐａｎ、Ｋｏｒｅａｅｔｃ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｒｅｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｂｏｕｔＡＩＰ，ｉｔｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆＡＩＰｉｎｏｕｒｎａｖｙｂｙｕｓｉｎｇｏｕｒｍａｔｕｒｅＣＣＤ／ＡＩＰ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｒｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ；ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｕｂｍａｒｉｎｅ；ｆｕｅｌｃｅｌｌ；ＣＣＤ／ＡＩＰ；ｓｔｉｒｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅ
造，进行２５００ｋｗ舰船日用燃料电池发电模块的项
目开发。

其主要包括：基于ＭＣＦＣ（熔融碳酸盐燃料电池）的舰船日用ＦＣ发电模块研究、
基于ＳＯＦＣ（可重复使用固态氧化物燃料电池）的潜艇动力电源研究、基于ＳＰ１０００型空间技术热离子反应堆ＡＩＰ研究等。

２．２法国“另辟蹊径”
在ＡＩＰ研究领域，法国另辟蹊径进行闭式循环汽轮机系统开发，在ＤＣＮ（法国舰艇建造局）组织下，伯廷公司研制被称之为自主式能源舱（ＭＥＳＭＡ）的ＡＩＰ系统在该领域一枝独秀，是最早上艇使用的闭式循环汽轮机系统。

除现有的２００ｋｗ的ＭＥＳＭＡ／ＡＩＰ
系统，伯廷公司还进行６００ｋｗ、
１３００ｋｗ的闭式循环汽轮机开发。

２．３西班牙“暂露头角”
西班牙最新一代潜艇Ｓ－８０Ａ已经逐渐浮出水面，该潜艇将采用由美国联合技术公司（ＵＴＣ）开发的３００ｋｗ甲醇重整制氢及纯氧为燃料的ＰＥＭＦＣ／ＡＩＰ装置，西班牙参与了此项研究。

２．４日本“八方取经”
２００７年１０月起，日本防务省投入５１亿日元的预研经费，正式启动了紧跟欧美等国最新技术的新一代“高科技潜艇”计划。

整个项目中高新技术将占３０％的比重。

德国燃料电池ＡＩＰ模块技术、美国ＴＡＮＧＯＢＲＡＶＯ潜艇计划的核心无轴无桨技术和外部武器装载技术都是该计划的追踪目标。

２．５韩国“抢得先机”
韩国在９０年代就提出了“远洋海军”ＫＳＳ－２发
展计划。

这项计划在雄厚资金支持下进展神速，
将巨资购买由德国ＨＤＷ公司部分部件及技术，装备２１４型ＡＩＰ艇。

而采用钠硫高能电池的首艘ＡＩＰ艇“孙元
一”
号于２００６年已在现代重工尉山船厂下水。

３ＡＩＰ在我国的应用前景
世界各国海军应用的ＡＩＰ技术系统各不相同，
说明都有各自的优点和不足，如果要问我国ＡＩＰ如何选择，那必须考虑到管理需要、后勤保障、预算问题等。

国内相关专家经计算分析认为：在５００海里左
右的近海作战时，装备斯特林发动机和闭式循环柴
油机的小型潜艇费用比最佳；在１５００海里左右时，装备燃料电池的中型潜艇费用比最佳。

但从长远发展开，燃料电池为清洁能源，它能够满足常规潜艇高指标的作战要求，且噪声、红外等特征均很低，使潜
艇更加安静、
隐蔽，更适合未来发展趋势，其中ＡＩＰ技术性能指标评价如表１所示。

综合分析三种典型ＡＩＰ技术性能指标，同时结合我国的实际情况，得出我国适合利用现有成熟的柴油机主机技术进行研制，这样的研制方法周期短、经费低，会使闭式循环柴油发动机可较快研制成功。

而且辅助系统，如ＣＯ２吸收器、水处理系统等均可随之试验研制，这样主机和辅机系统能同步发展。

４结束语
根据国际及周边环境，常规潜艇装备ＡＩＰ是必然趋势，更是迫切要求，必须加速研究我国自主ＡＩＰ系统，特别是闭式循环柴油发动机研究，使得中国常
规潜艇能够在全球竞争中获得份额，让我国潜艇
“屏住呼吸”。

参考文献：
［１］王屈平，叶烽，刘爱玉．当代海军ＡＩＰ技术发展动态［Ｊ］．船电技术，２０１０，（７）：１７－２２．
［２］齐耀久．伴随时代发展的潜艇ＡＩＰ技术［Ｊ］．现代舰船，２００５，（１１）：２２－２５．
［３］王晓武．国外常规潜艇ＡＩＰ技术现状及发展趋势分析［Ｊ］．舰船科学技术，２００９，（１）：１７３－１７５．
表１
三种典型ＡＩＰ技术性能指标评价
ＡＩＰ技术性能指标
航程潜水深度低噪声级散发至舷外热量
研制费用运行费用研制周期维修性能研制风险
闭式循环柴油发动机
中等中等较差中等好好好好好
斯特林发动机
中等中等中等中等中等中等中等中等中等
燃料电池
好好好好较差较差较差好较差
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