常规潜艇不依赖空气的推进系统
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。
外军AIP潜艇燃料电池最新储氢技术
潜艇 空问更加拥挤 ， 而且存在很 大的危 险性。 因此 德 国海 军 在这些燃 料电池 Ａ Ｐ潜艇上采用 了金 属氢化 物储存罐 技术 。 Ｉ
高效而可靠 ， 可用性 好 。因此 ， 国 的下一 代 ２６型 Ａ Ｐ潜 德 １ Ｉ 艇虽然仍采用燃 料电池作为动力 系统 ， 是该 艇储存 氢气 的 但
李世 令 ： 军 ＡＰ潜艇 燃料 电池 最新储 氢技 术 外 Ｉ
从通常意 义上讲 ， 柴油 、 乙醇和 甲醇 这 ３种 物质 都 可 以 作为潜艇 的燃料 。但 与柴油和乙醇相 比， 甲醇 中氢 与碳 的比
偿。因此 ， 改进 的燃 料系统必须 以燃料 ＋氧气 （＋水 ） 的形 式 工作 。氧气在艇 上 以液体 的形 式存 放在 液 氧罐 内。巨大 的 液氧罐 占据 了系 统相 当大 的尺 寸。 因此 ， 于 Ａ Ｐ系 统 来 对 Ｉ 说， 氧气的消耗 非常 重要 ， 并且 应 当尽 可能 缓慢 。考 虑 到整 个 Ａ Ｐ系统的化学产物是水 和二氧化碳 。因此 ， Ｉ 在燃料 的化 学组 成中 ， 氢与碳 的 比值 应 当较 高 ， 因为 碳 比氢氧 化 时需要
中 图 分 类 号 ： Ｍ １ ． Ｔ ９ １４ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ０ ０ （０ ２ ０ ０ ３ １ ６— ７ ７ ２ １ ）６— ０ ０—０ ０ ３
自第 二次世界大 战以来 ， 潜艇 主要 还是依 靠柴 电推进系
统和铅酸蓄 电池提供 的电能进行航行 ， 这些 系统 已经获得 了 很大 的改进 ， 但是潜 艇在 信号 特征方 面 的改善 并不 是很 大 ，
形式却 与 上 述 两 级 潜 艇 截 然 不 同 ， 用 了 甲醇 转 化 制 氢 采
技术 。
也就是利 用 高 压 将 氢 压 入 金 属 内 ， 以此 来 提 高 氢 气 的储
潜艇的“水下呼吸器——ＡＩＰ系统
潜艇的“水下呼吸器——ＡＩＰ系统潜艇，一种令人生畏的“沉默杀手”。
两次世界大战中的出色战绩，让潜艇成为与航空母舰并驾齐驱的海战利器。
潜艇最大的优势在于深藏水下的隐蔽性，不过潜艇只能短时间地躲在水里，需要经常回到水面上。
而核动力的出现使潜艇拥有了几乎无限的水下续航能力，但占据全世界潜艇总数90％的常规动力潜艇的情况并未得到改善，直到AIP系统的问世。
AIP系统全称为“不依赖空气推进装置”。
顾名思义，就是指能让潜艇在没有外界空气的水下航行的动力装置。
以往，潜艇在水下是靠蓄电池带动的电动机提供动力的，而蓄电池的电量有限，只能航行几十个小时，不得不经常上浮至海面“呼吸”，即在通气管状态下使用柴油机为蓄电池充电。
这样很容易被对方雷达侦察到，同时柴油机为蓄电池充电时的噪声，也极易被对方水声器材探测到，因而大大增加了常规动力潜艇的暴露率，使其生存能力受到严重的威胁。
现在有了AIP，潜艇仿佛装上了蛙人用的“水下呼吸器”，持续潜航能力成倍增加，可以保证潜艇作战的需要。
早在“二战”期间，德国和前苏联就开始了AIP系统的研制，只是限于技术水平，到20世纪末方才有了实质性的进展。
除这两个国家外，瑞典、法国、荷兰也都已经研制出了不同类型的AIP系统，主要包括热气机型、燃料电池型和闭式循环发动机型三种。
热气机型是最早投入实用的AIP系统，1995年2月服役的瑞典“哥特兰”潜艇装备的便是热气机，开创了AIP实用的先河。
“哥特兰”号装两台功率各为5千瓦的V4——275R型热气机，每台持续功率为65千瓦。
热气机是一种外燃的、闭式循环活塞式热力发动机。
因它是1816年苏格兰的斯特林所发明，故又称斯特林发动机。
热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环。
在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔，另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
图解军舰 瑞典“哥特兰”级潜艇
瑞典海军隶下的“哥特兰”级潜艇（A-19型），是世界上第一批装备AIP （不依赖空气动力装置）的常规潜艇，主要用来执行反潜和反舰作战任务，也用来执行布雷、运送蛙人及近岸侦察等一般任务，平时用作训练平台，是21世纪瑞典海军的骨干力量。
艏部声呐鱼雷装填舱口
围壳内部通道
可伸缩潜望镜
蛙人出入舱口
围壳舵
潜艇指挥
控制舱段前部蓄电池组
前部鱼雷舱室及鱼雷发射管瑞典“哥特兰”级潜艇
28
由于“哥特兰”级潜艇的成功，瑞典决定开发新型潜艇A-26型，并逐步取代“哥特兰”级潜艇。
“幽灵模式”是A-26型潜艇的一大特点，在水下时，敌军几乎探测不到它。
此外，A-26型潜艇还会安装一个独特的豆荚式围壳，可使特种潜水部队在水下自由进出潜艇。
A-26型还将采用更先进的AIP 系统发动机，使其有更良好的隐蔽性与生存能力。
早期的AIP系统发动机
柴电发动机系统
X形尾舵
主耐压壳后部蓄电池组
液氧贮存罐A-26型潜艇
鱼雷舱段指挥控制舱段
垂直发射舱段AIP舱段
拖曳声呐
无人潜航器巡航导弹
潜望镜等光电设备29。
非核动力潜艇的AIP系统日趋成熟
非核动力潜艇的AIP系统日趋成熟
郑建华
【期刊名称】《国外舰船工程》
【年(卷),期】2001(000)001
【摘要】AIP(不依赖空气推进系统)是常规潜艇极有前景的动力装置.它可以减小常规潜艇的暴露率,从而显著提高艇的生存能力.它还能提高艇的战术灵活性.详细介绍了几种AIP系统(第二代和第三代斯特林发动机和燃料电池、闭式循环柴油机及最新的基于闭式兰金循环发动机的MESMA系统)原理、特点及其在常规潜艇上的应用.
【总页数】6页(P44-49)
【作者】郑建华
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U674
【相关文献】
1.基于U-212潜艇的第5代非核动力潜艇初步设计 [J], 李大鹏;尉斌;陈铝;唐成旺;肖常硕;董安辉
2.非核动力潜艇的推进和自动化系统 [J], 王小平;魏士力
3.俄罗斯非核动力潜艇推进系统的选择与发展趋势 [J], 李大鹏;张晓东
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5.非核动力潜艇AIP嵌入舱段设计 [J], 李大鹏
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“哥特兰”级潜艇
联盟
“哥特兰”级潜艇是瑞典海军隶下的一型常规
潜艇，它是世界上第一批装备了不依赖空气推进
装置的常规潜艇。
研发历史
20世纪80年代，瑞典的“西约特兰”级潜艇
服役后，瑞典海军便开始酝酿研制以21世纪作战
需求为目标的下一代新式潜艇，即“哥特兰”级
潜艇。
经过研究之后，设计人员决定选择增加水
下续航力这个突破点，即在新设计的潜艇上安装
一套技术成熟的不依赖于空气推进的装置。
“哥特兰”级潜艇于1988年开始设计，首艇
于1992年开工建造，1995年下水，次年服役，共
建造了3艘。
性能解析
“哥特兰”级潜艇所携带的武器不仅性能先
进，而且种类较多，仅鱼雷就有3种。
它所使用
的鱼雷作战潜深更大，攻击时不留航迹，可用于
攻击高性能快速潜艇。
另外，“哥特兰”级潜艇噪声低，航行阻力
小，操纵性良好，无论水下航行，还是水上航行，
都具有较好的航向稳定性和机动性。
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现代常规潜艇的小堆AIP 技术
第31卷 第2期 核 技 术 V ol. 31, No.2 2008年2月 NUCLEAR TECHNIQUES February 2008——————————————第一作者：刘光亚，男，1959出生，1997年于华中科技大学获硕士学位，现为南华大学博士研究生，研究员级高工，动力与电气工程专业 收稿日期：2007-02-09，修回日期：2007-11-12现代常规潜艇的小堆AIP 技术刘光亚1,2 凌 球11（南华大学核科学技术学院 衡阳 421001） 2（湖北工业大学电气与电子工程学院 武汉 430068）摘要 本文从现代潜艇对动力系统的要求出发，提出了现代常规潜艇的小堆不依赖空气推进系统(Air Inde-pendent Propulsion ，AIP)的技术原理、结构配置与适用堆型；并展望了小堆AIP 系统现代常规潜艇的性能状况。
关键词 常规潜艇，核潜艇，小堆，AIP 中图分类号 U674.76现代战争更加依赖于具有最大限度隐身能力的潜艇[1]，而潜艇的隐身能力主要取决于潜艇动力装置的配置。
核潜艇推进功率达数万千瓦，一次装料可连续运转多年，续航力数十万海里，几乎可不受时间限制地高速航行。
但是，核潜艇反应堆一回路大功率主泵发出较大噪声，影响潜艇隐蔽性；核潜艇的建造与全寿命期保障的总费用是一艘常规潜艇的数倍；另外，制造和使用核潜艇还受到政治和社会因素的制约。
常规潜艇的造价和维护费用低，但其水下航行动力为蓄电池，因容量有限，蓄电池的重量可占排水量的10％左右，且其维持水下航行的时间也有限，蓄电池电量下降到一定程度，潜艇须上浮到通气管深度，由柴油发电机组给蓄电池充电，此时的潜艇易受攻击。
上世纪80年代以来，发达国家纷纷开展潜艇改造研究，以避免常规潜艇通气管状态的使用、增加水下续航行时间、降低暴露率、提升其战术水平，发展了由不依赖空气推进系统(Air Independent Propulsion ，AIP)给潜艇提供辅助动力的设计理念。
各国AIP潜艇比较
世界各国AIP潜艇性能对比（瑞士哥特兰型潜艇；德国209型潜艇、212型潜艇；俄罗斯阿穆尔型潜艇；法国阿戈斯塔型潜艇；法国西鮋鱼型潜艇；日本苍龙型潜艇）20世纪下叶，电化学发动机在航天器上得到实践应用，随后引起了潜艇设计者的注意。
这种不依赖氧气的工作模式是常规潜艇的理想动力来源，引起各国的争相研究。
C-273号柴电潜艇试验中使用燃料电池的AIP系统的212型潜艇早在19世纪上叶，电化学发动机作用原理已经被发现，但直到20世纪下叶，电化学发动机才在航天器上得到实践应用，随后引起了潜艇设计者的注意。
一些国家由于各种原因不能或不愿建造核潜艇，特别是德国和瑞典，只向国际市场推出范围较窄的柴电潜艇，因此，他们提供的产品，即使不能在所有参数上达到核潜艇的水平，也必须在一系列性能上相当接近，才具有较强的竞争力。
另外，造船专家对单纯发展核潜艇制造业的合理性产生了怀疑，现代化核潜艇造价惊人(平均单价13-23亿美元)，战斗使用和维修保养费用较高，销毁难度较大，潜艇设计师们被迫考虑研制其替代型产品。
众所周知，潜艇战斗效能在很大程度上是由其隐蔽性所决定的，也就是说，潜艇必须能长时间地在水下停留，噪声水平要低。
当然，在水下续航性能上，没有哪种潜艇能与核潜艇相抗衡，而且，近年来，核潜艇在降低声纳场水平方面，成绩也比较突出。
但是，现代化柴电潜艇同样也需要大幅降低噪声水平。
因此，提高非核动力潜艇战斗效率的问题开始提上日程。
关键是要提高水下续航时间，要想达到这一目的，必须建造、使用和掌握厌氧能源装置，只有它才能够保障常规潜艇较长时间的水下航行。
苏联率先进行了这方面的研究，到50年代中期前，苏联是厌氧能源装置方面无可争议的先锋，共进行了几种类型单发封闭循环柴油发动机的试验，批量生产了装配这种能源装置的A615型潜艇。
当然，由于发动机性能不够完善，潜水员培训水平不高，潜艇经常处于失火和爆炸的危险之中。
不过，类似能源装置发展方向本身则是非常有前景的，可惜，随着核潜艇时代的到来，其研制热潮暂时冷却下来。
基于AIP技术的常规潜艇战法设计与思考
虽 然现 代海 战存在 于联合做 战的框架之 下 ，但发 掘潜艇 这单 一技术 兵器 的最 大作 战效能 再融 入海上 作 战兵 团体系有
巨大 意 义
二 战后 ，卫 星 、声 呐 、雷 达 、反 潜机等 装备 的发展 极大 地 拓宽 了反潜 手段 ，使得 反潜技 术上 升 了一 个层 次 ，最 直观 的表现 为 ：大 范 围、多信 号特征 、立体 探测 。反潜 技术 的发
的逃逸 机率 ， 可 以说 Ａ Ｉ Ｐ技术给常 规潜艇 带来 了本 质 的变化 。
自二 战常规 潜艇 的大规模 使用 以来 ，发 展 出了一 系列经 典 的潜艇 战术 ，如著 名 的邓 尼 茨 “ 狼群 战术 ” ，即在单 艘潜
艇 发现 目标后 联络 附近海 域潜 艇 ，在水 面实 施机 动 ，到达攻 击 阵位后 再潜 入水下 ，对 目标实施 合击 从而达 到较 高 的攻击 成 功率 的一种 战术 。这种 战术模 式在二 战 时期 取得 了巨大 的
ＡＣ Ａ ＤＥ ＭＩ Ｃ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ ＡＲ Ｃ Ｈ 学 术研究
基于 Ａ Ｉ Ｐ技术的常规潜艇战法设计与思考
◆ 姚 蓝
摘要 ：Ａ Ｉ Ｐ（ Ａｉ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｉ ｏ ｎ）即不依 赖 空气的推进 系统 ，它的 出现使常规 潜艇 的作战性 能有 了 很 大提 高，为常规潜艇 的战法运 用提供 了全新 的思路 。本文分析 归纳 了各 型Ａ Ｉ Ｐ 常规 潜艇 的几种 作 战模 式 ，并提 出了Ａ Ｉ Ｐ 潜艇的作战样式设计 的思考。 关键词 ： Ａ Ｉ Ｐ 技 术 ；常规 潜艇 ；作 战模式 设计
潜艇AIP系统技术特点及其未来应用前景研究
文章编号：１００６－８２４４（２０２０）０４－０４０－０９潜艇ＡＩＰ系统技术特点及其未来应用前景研究Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄ ＦｕｔｕｒｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ＡＩＰ Ｓｙｓｔｅｍ伍赛特（上海汽车集团股份有限公司 上海 ２００４３８）Ｗｕ Ｓａｉｔｅ（ＳＡＩＣ Ｍｏｔｏｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３８）［摘要］基于常规潜艇的不依赖空气的推进系统（ＡＩＰ）及其总体发展历程而展开，对斯特林发动机ＡＩＰ系统、闭式循环柴油机ＡＩＰ系统、闭式循环汽轮机ＡＩＰ系统、燃料电池ＡＩＰ系统及小型核动力ＡＩＰ系统进行了详尽介绍，并对其技术特点进行了比对研究，重点对上述几类ＡＩＰ系统的未来发展前景进行了展望。
就目前而言，常规潜艇上所采用的ＡＩＰ系统均有其各自的技术优势及劣势，考虑到海防局势的日益复杂及世界各国武备力量的与日俱增，目前我国直接发展核动力潜艇更为适宜。
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｉｒ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＡＩＰ）ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｖｅｒａｌｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ，ｉｔ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅ ＡＩＰ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｙｃｌｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ＡＩＰ ｓｙｓ－ｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｙｃｌｅ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ＡＩＰ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ＡＩＰ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ＡＩＰｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｆｕ－ｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ－ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ＡＩＰ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ＡＩＰ ｓｙｓｔｅｍｓｕｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ ｈａｖｅ ｔｈｅｉｒ ｏｗｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｓｔａｌ ｄｅｆｅｎｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｒｍｅｄ ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅｗｏｒｌｄ，ｉｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｏｒ ｍｙ ｃｏｕｎｔｒｙ ｔｏ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐ ｎｕｃｌｅａｒ－ｐｏｗｅｒｅｄ ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ． 关键词：潜艇 斯特林发动机 柴油机 汽轮机 燃料电池 核动力 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ 中图分类号：Ｅ２７３．２ 文献标识码：Ｂ作者简介：伍赛特，男，１９９１，工学硕士，主要研究方向：内燃机与动力装置。
常规潜艇的_芯动力_AIP原理比析
近年来，随着科学技术的进步，反潜 探测装备和技术迅猛发展，各型声纳、磁 探仪、天基雷达、激光探测器、红外探测 仪等新型反潜设备投入使用，大大降低了 常规潜艇的作战效能。这其中的主要原因 就是常规潜艇水下航行时，蓄电池储备电 能极其有限，当电能消耗到一定程度时， 就需要上浮至通气管航行状态利用柴油发 电机组对蓄电池进行补充充电。而此时是 常规潜艇最容易暴露的时刻，这也是常规 潜艇最致命的弱点之一。因此，增大常规 潜艇水下续航力和续航时间，减小通气管 航行状态的暴露几率，提高隐蔽性，一直 是常规潜艇设计者和使用者长期为之奋斗 的目标。
除却是难中之难，主要方法是碱溶液吸收 所用的一样，可广泛采购，不存在后勤供
法、再生吸收剂吸收法和海水溶解法，其 应问题；随时可以在闭式循环和开式循环
中最好的应是海水溶解法，原料取之不 两种工况下进行自由转换，因为该系统所
竭，用之方便，实现难度较小。其二是使 用柴油机与普通柴油机一样，所以可以进
柴油机在使用循环气体的情况下能保证足 行自由转换，增加潜艇使用的灵活性；由
存在的缺点和不足 工作效率低、氧
主要的技术优点 柴油机技术成熟， 气消耗量大、排出的热量多，按 １３０００ 海
性能比较可靠，寿命长，目前此 ＡＩＰ 系统 里的续航能力计算，一艘２０９型潜艇采
所用柴油机可以是标准的潜艇用柴油机， 用燃料电池仅需携带 １５ 吨左右
制造和装配技术非常成熟，工作寿命要比 的液氧，而采用闭式循环柴油机
36
2006.3
液氢罐
MILITARY TECHNOLOGY 军事技术 ■
“斯特林”动力工作流程系统简示图
废气
液氮罐
“斯特林”主机
直流发电机
瑞典考库姆公司“斯特林”动力舱段
潜艇动力装置
• 在1954年1月24日开始首次试航，到1957 年4月止，“鹦鹉螺”号在没有补充燃料旳 情况下连续航行了11万余公里，其中大部分 时间是在水下航行。1958年8月，“鹦鹉螺” 号从冰层下穿越北冰洋冰冠，从太平洋驶
进大西洋，完毕了常规动力潜艇所无法想
象旳壮举。
核潜艇旳相对于常规潜艇
优点： 具有动力输出大
▪ 212级潜艇旳“不依赖空气推动”（AIP）系统使 用一种装备氧和氢仓储旳燃料电池系统，也被集 成于潜艇旳操作系统和自动控制系统。氢燃料不 以气态或压缩形式，而以金属氢化物旳形式储存， 这种物质能够大量吸收、保存并分解氢气燃料， 每个储存单元有几组金属氢化物构成，它所容纳 旳氢气燃料要比低温集装箱内旳液体氢多许多， 在封闭旳燃烧室内使用是具有以便、容量大、生 态安全性较高和非常利于环境保护旳优点。全部 系统由九组PEM（质子互换膜）燃料电池模块所 构成，每组提供功率在30-50千瓦之间。单独使用 燃料电池能够使潜艇旳巡航速度到达8节。燃料电 池输出旳总功率大约是300千瓦。
长度 40.9米（134尺2寸） 全长/ 27.8米（91尺2寸）压力壳
宽度 4.1米（13尺5寸） 全长/ 4米（13尺1寸）压力壳
高度 8.6米（28尺3寸）
吃水深度 3.8米（12尺6寸）
动力 2 × MWM RS127S 6缸柴油引擎， 700 hp （522 kW） / 2 × SSW
PGVV322/26 双动电力发动机， 402 hp （300 kW）
• Air Independa”旳英文缩写，如
今它已为人们普遍接受，日渐风行各国海军并大有引
领常规潜艇发展之势。
•
既有旳常规动力潜艇,在水面航行时,用些油机作
动力,同步给蓄电池充电；在水下航行时用蓄电池提供
安静型潜艇的AIP动力系统及其废气管理
关键词院安静型潜艇；AIP 动力系统；废气管理
0 引言 潜艇指的是能够在水下运行的舰艇，一战之后，潜艇 被广泛应用于军事当中，是一种公认的战略性武器。而闭 式循环柴油机、斯特林发动机等潜艇上的 AIP 动力系统装 置，在燃烧的时候会产生一些废气，如果不对废气进行科 学排放和管理的话，就会影响到潜艇的隐蔽性，因此在排 放废气时需要保证安静型潜艇的隐蔽性。 1 安静型潜艇 二十世纪初，潜艇上装置的是大型的低速柴油机，但 是利用这种柴油机直接驱动的方式会产生强烈的低频噪 音，而且需要经常维修。但是，潜艇多应用于军事当中，所 以这种低频噪音会降低潜艇的隐蔽性，不利于作战。因此， 在潜艇中安装 AIP 动力系统可以有效提高潜艇的潜水深 度、隐蔽性以及续航能力。 2 AIP 动力系统 当前，可以大致将 AIP 动力系统分为四种基本类型， 分别是闭式循环柴油机、斯特林发动机、闭式循环蒸汽轮 机以及燃料电池[1]。淤闭式循环柴油机动力系统：闭式循环 柴油机是一种最为简单的 AIP 动力系统，主要包括海水冷 却回路、柴油机动力以及废气管理系统。闭式循环柴油机 产生的废气经过预冷器的一系列作用之后排出潜艇之外， 这些作用包含脱水、降温，以及高压海水吸收式废气管理 系统的处理。这种动力系统具有技术纯熟以及成本低的优 势，但是会产生很大的噪音，所以还需要对噪音进行处理。 于斯特林发动机动力系统：斯特林发动机是一种比较早的 AIP 动力系统，也是一种闭式循环、外燃的发动机。在斯特 林发动机运转的过程中产生的废气会进入到冷却器当中， 然后冷却器将其中的水蒸气分离并排到艇外。水蒸气排出 之后，废气当中的主要成分就变成了氧气以及二氧化碳， 这些废气会经过废气管理系统的处理然后排出潜艇之外。 盂闭式循环蒸汽轮机动力系统：这种蒸汽轮机的寿命比较 长，对燃料的要求也比较低，但是启动的速度不是很快，而 且会产生较强的红外信号。榆燃料电池动力系统：燃料电 池动力系统是一种不经常用的 AIP 动力系统，但是能够将 化能变成电能，产生的信号也比较小，在未来的发展中应 该会广泛应用。 3 AIP 动力系统废气管理 AIP 动力系统的构成部分主要是主机、液氧系统、控 制系统以及排气系统。排气系统的主要功能就是处理发动 机运转过程中产生的废气，并且将排放废气时产生的红外
性能领先的德国U212级常规潜艇
性能领先的德国U212级常规潜艇德国的212A型AIP混合动力潜艇采用X舵德国最新的U212级常规潜艇能够实现远距离水下航行，水下耐久力可以达到14天以上。
性能上的突破，主要由于在世界上首次成功采用燃料电池“不依赖空气推进”（AIP）系统提供动力。
与核潜艇相比，全新动力方式使U212级在水下耐久性跃升同时更安全，发展前景非常广阔。
在1913年德国率先研制出了潜艇专用柴油机，建造出柴油机-电动机潜艇，成为常规潜艇的典范沿用至今。
德国由此一直保持常规潜艇建造技术上的优势，并建立起一支强大的水下力量，在两次世界大战中战果显赫。
二战后，前西德在1955年加入北约后，开始重建潜艇工业。
德国海军规模不大，其潜艇以出口为主。
最新的U212级常规潜艇，是德国潜艇先进技术的集中体现。
德国海军已经订购四艘U212级潜水艇。
由位于基尔的HDW造船厂和位于艾登的TNSW造船厂共同建造，HDW负责潜艇前部而TNSW负责潜艇后部。
HDW总装第一和第三艘潜艇，TNSW总装第二和第四艘潜艇。
德国海军U212级的第一艘U31号，2003年4月7日在德国北部基尔港下水，开始首次试航。
由于在世界上首次采用燃料电池“不依赖空气推进”（AIP）系统和配备了极其先进的“指挥和武器控制系统”（CWCS），当时被誉为“目前世界范围内最先进的非核动力潜艇”。
意大利的芬坎蒂尼造船公司（Fincantieri）参与了U212级建造，意大利海军订购了两艘。
第一艘，S526 Salvatore Todaro号，2003年11月6日在Muggiano船厂下水，并且将在2005年正式服役。
第二艘预计在2006年将会正式服役。
在外销方面，HDW公司在U212级基础上设计了U214级专门用于出口。
希腊海军是U214级的第一个客户，合同于2000年2月签订，订购三艘。
2004年4月22日，HDW公司为希腊海军建造的第一艘Papanikolis（S120）号U212级潜艇下水，工程号为361。
常规潜艇不依赖空气的动力装置AIP之热机类
常规潜艇不依赖空气的动力装置AIP之热机类英文名称；Air Independent Plant for Conventional Submarine(AIP)技术类别：船用特种动力;动力推进;苍龙级潜艇使用了瑞典考库姆的斯特林热气机技术[定义]不依赖空气的动力装置是指潜艇在水下不需要外界空气而依靠艇内所带的能量物质提供推进的动力装置，简称AIP系统。
现在核潜艇的动力装置虽然是真正的不依赖空气的推进装置，但不在目前所称的常规潜艇不依赖空气动力装置的讨论范围之列。
目前出现的各种常规潜艇AIP系统不是作为主推进的动力使用，而是在常规潜艇保留原有的柴油机电力推进系统的前提下，加装一套新型的AIP系统，作为其水下低速航行的动力，以达到增加常规潜艇低速潜航的能力、减少暴露率的目的。
常规潜艇AIP系统主要由液氧等能量储存供给系统，能量转换装置、废气物排放处理系统、辅助系统、隔振装置和控制系统等组成。
目前研制的AIP系统依能量转换装置的不同有多种形式，主要有斯特林发动机、闭循环柴油机、闭循环汽轮机、燃料电池和小型核动力装置。
[相关技术]液氧贮存技术；燃料处理技术；降噪技术；材料技术；密封技术[技术难点]不依赖空气的动力装置能否在潜艇上使用主要取决于潜艇要求的技术性能。
因此，其技术难点也表现在满足潜艇的这些技术要求上。
这些技术要求主要是尺寸重量、对潜艇尺度的影响、振动、噪音、红外等特性信号、下潜深度，以及对潜艇性能的影响等。
除此之外，所有不依赖空气的动力装置，除小型核动力装置外，在艇上使用时都需要解决液氧在艇上储存的安全问题，对燃料电池还需解决好氢气产生和安全问题。
目前所有上述不依赖空气的动力装置，其单机功率均较小，只能满足水下低速航行的需要。
提高单机功率，在比较经济的条件下解决好潜艇的潜航是AIP系统今后要解决的重要课题。
[国外概况]不依赖空气的动力装置（AIP）一般有热机类和电化学系统类多种类型。
但当前研究得最多、且最容易在常规潜艇上使用的大概只有5种，即：（1）、斯特林发动机；（2）、闭循环柴油机（又称再循环柴油机）；（3）、闭循环汽轮机；（4）、燃料电池；（5）、小型核动力装置。
日本黑龙号介绍
日本黑龙号介绍
“黑龙”号是日本最先进的常规动力潜艇，它全长84米，水面排水量2950吨、水下排水量4200吨，X型尾舵，可保持相对长时间潜航。
从“拍客”发在网上的照片显示，该艇通体呈黑色，外形如同水滴一样流畅光滑，这可使其水下航行阻力减到最小。
尽管“黑龙”号与之前曝光的日本苍龙级系列潜艇造型区别不大，但“包子有肉不在褶上”，它的秘密集中在动力舱内安装的一台瑞典考库姆公司特许生产的“斯特林”发动机，它能让“黑龙”号在水下潜伏时间达到10天以上，中间无需浮出水面充电，换句话说，“黑龙”号几乎能像核潜艇那样成为“超级水下忍者”。
“黑龙”号的推进系统采用闭式循环柴油机，不依赖外部的空气，以自带的氧气和氢气按一定比例混合成的气体输入到柴油机的气缸中，然后与柴油发生燃烧反应，产生的热能推动活塞运动，使潜艇有了运行的动力。
这种不依赖空气推进的动力装置(AIP)非常时髦，是日本上世纪90年代末从瑞典引进的，经过近10年的消化、吸收和创新，日本才真正掌握该技术。
2009年3月30日，定名为苍龙级AIP潜艇的首艇“苍龙”号下水，被装备到日本海上自卫队第一潜水队群，长驻广岛县基地，主要负责保卫从本州至冲绳的南部海上交通线。
该潜艇采用新式潜艇中较为流行的X形尾舵，比传统的十字形尾舵潜艇具有更高的可控性，更适合在水文环境相对复杂的海域作战。
根据日本政府通过的《2001—2005年度中期防卫力量整备计划》，“苍龙”号下水后的5年内，每年3月份都有一艘苍龙级潜艇下水，而新下水的“黑龙”号正是苍龙级的第六艘，也是最先进的一艘，编号为“506”。
安静型潜艇的AIP动力系统及其废气管理
舰船科学技术
Vo1 . 26 No . 5
2004 年 10 月
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Oct . ，2004
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文章编号：1672 - 764（9 2004）05 - 0022 - 05
斯特林发动机是最早的 AIP 解决方案，其原理如 图 2 所示。斯特林发动机是一种外燃的、闭式循环、 往复活塞式热力发动机。斯特林发动机可用氢、氮、 氦或空气等作为工质，其中氦用得较多，按斯特林循 环工作。在斯特林发动机封闭的气缸内充有一定容 积的工质———氦。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。 工质在冷腔中压缩，然后流到热腔中迅速加热、膨胀 作功，推动活塞往复运动，带动发电机发电。燃料在 气缸外的燃烧室内连续燃烧，热量通过加热器传给工 质，工质不直接参与燃烧，也不更换。离开燃烧室的 废气温度约为 760C，废气离开燃烧室后首先进入排 气 冷却器，水蒸气得到了分离，然后排至艇外。经过
隐蔽性是潜艇最重要的特征。潜艇的信号特征 包括声呐、视觉、金属磁信号、红外热信号、化学信号 及尾迹信号等。对应于各信号特征，反潜专家先后开 发了声呐探潜、磁探测、热探测、废气的化学探测、尾 迹探测、流体内部扰动探测以及激光微光探测、卫星
收稿日期：2003 - 07 - 28
第5期
黄志光，等： 安静型潜艇的 AIP 动力系统及其废气管理
图 2 潜艇斯特林发动机 AIP 动力系统原理
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舰船科学技术
第 26 卷
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常规潜艇的核心技术AIP推进系统
发 电机 时低 ２ ５至 ３ ０分 贝 。
燃料 电池
最 有 前 途 的 不 依 赖 空 气 式 推 进 系
每 组 可 提 供 １ ０ ｋ 的 功 率 。ＲＥＭ 燃 ２ Ｗ
斯 特 林 Ａｌ 引 擎 所 排 出 的废 气 经 Ｐ 由 一个 吸 收 器与海 水 混合 后 排 出 ， 无 既 气 泡产 生 ， 无残 留的 化 学 物 质 ，让 敌 也 方 的热 侦测 与化 学侦 测 部无 法侦 查到 其 所 排 放 的 废 弃 物 。 目 前 瑞 典 海 军 在 其 Ｇｏｔ ｎ 级 以 及 Ｎａ ｋ ｎ 潜 艇 上 安 装 ｌ ｄ ａ ｃ ｅ级 斯特 林 Ａｌ 统 ，Ｋｏ ｋ ｍｓ公 司共 制 Ｐ系 ｃｕ 造 了１ ０部 Ｍｋ 与 ｆ Ｍｋ １ ０部 ２斯特 林 Ａｌ Ｐ 引擎 （ － ７ Ｒ， 部 最 大 功 率 ７ ｋ ） Ｖ４ ２ ５ 每 ５Ｗ 分 别 卖 给瑞 典 海 军 、 大 利 亚海 军 （ 澳 安 装 于 Ｏｏ ｎ 级 潜 艇 ） 以及 日本 三 菱 重 ￣ｓ ， 工 （ Ｉ ＭＨ） ，进 行研 究 与 试 验 。 除 了 较低 的 噪 音 外 ， 配有 两 部 斯 特 林 Ａｌ ｊｆ 的 潜 艇 扣 除 一般 生 活 所 需 Ｐ 擎 的 电力 （ ７ 至 ８ ｋ 约 ５ ５ Ｗ）后 ， 余 的 电 剩
Ａｌ 进 系 统 （ ｉｉｇ Ａｌ ｓ ｓ ｅ 、 Ｐ推 Ｓｔ ｌ Ｐ ｙ ｔ ｍ） ｒｎ
Ｄｉ ｅｌ ｅｓ ，ＣＣＤ四 种 不 依 输 空 气 式 推进 系 统 的发 展 与应 用 情 况 ， 望 期 大 家 对此 种先 进的 潜艇 技术 有 更深 一层
燃 料 电池 ｛ ｅ １、ＭＥｓＭＡ Ａｌ Ｆｕ ｉＣｅｌ ） Ｐ 推进系统 （ ＭＥＳＭＡ Ｐ ｙ ｔ ｍ） ＡＩ ｓ ｓ ｅ 、 密 闭 循 环 式 柴 油 引擎 （ ｏ ｅｄ Ｃｙ ｌ Ｃｌｓ ｃｅ
何谓AIP系统
何谓AIP系统
詹姆斯·帕顿;刘军（译）
【期刊名称】《外国海军文集》
【年(卷),期】2009(000)006
【摘要】AIP系统，即不依赖空气的推进系统（Air Independent Propulsion System），它使得潜艇无需浮出或靠近海面来换气即可获得航行动力，并且为传感系统、武器系统和生命维持系统供电。
AIP系统发展的最终形态是使用大型核反应堆。
【总页数】4页(P23-24,25,26)
【作者】詹姆斯·帕顿;刘军（译）
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U674.76
【相关文献】
1.推动群众发明创造，为建创新型国家做贡献——“袁华梓注塑模具智能化工程系统（AIPS-mold）鉴定会”实录 [J], 李坤
2.AIPS—先进的综合塘系统：城市,工业和农业废水的多级生物反应处理 [J], 张震天
3.绽放异彩的燃料电池AIP系统——国外常规潜艇燃料电池AIP系统的应用现状[J], 吴飞;周蕾;皮湛恩
4.AIP系统能源--未来潜艇推进系统的关键 [J], 李继源
5.AIP系统能源——未来潜艇推进系统的关键 [J], 芳菲
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关键词
1 前言
潜艇由于其隐蔽性好、 攻击力强, 在海战和海 防中都起着重要的、 不可替代的作用。但是由于常 规潜艇必须频繁地处于通气管航态 , 先进的探测技 术正在使常规潜艇的效能日益降低 , 特别是近些年 来, 由于科学技术的进步 , 尤其是卫星、 声纳和红外 等探测技术的不断提高, 对常规潜艇的技术性能指 标提出了更高的要求。要求其具备更长的水下持 续能力 , 尽量减少通气管状态航行的时间和次数 ; 降低潜艇噪声, 而潜艇动力装置的结构噪声是主要 噪声源之一。 因此, 需要一种不依赖空气、 安静、 振动小、 低 红外线辐射的推进系统。安静型、 水下持续力长的 潜艇也是当今世界常规潜艇的发展方向。西方主 要常规潜艇的拥有国都非常重视新型推进动力系 统的研究与开发 , 提出了 混合推进 的新概念 , 并 很快地被人们接受, 成为常规潜艇推进动力的发展 方向[ 1] 。 所谓 混合推进 是指在基本保留现有柴电装 置的前提下, 增加一套新颖的不依赖空气的推进系 统 ( Air Independend Pow er Syst em, 简称 AIP 系 统) , 潜艇在水面和通气管航态工作时, 利用现有的 柴油机组充电、 航行, 在水下状态时除了可应用原 有的蓄电 池推进 外, 还 可以应 用 AIP 系统 航行。 混合推进 动力系统由三部分组成 : 1) 不依赖空气的小功率持续动力源 , 用于逃避 探测的水下巡航状态 ; 2) 大功率铅酸电池组 , 作水下高航速动力 ; 3) 大功率柴油机动力装置 , 在通气管状态下 , 用于蓄电池组再充电及小规模反潜战的长距离高 航速。
武
汉 造
船
No. 3. 1998
图 3 闭式循 环柴油机工作原理图
120 kW 的 柴油发 电机组 , 它 所 储备的燃油、 氧气、 氩 气能提 供 50 000 kW 的能 量, 能使 2 000 t 级的常规潜艇在水下以 7 kn 的航 速航行 17 天。另外, 英国纽卡斯尔大学研制了一 台 ARGO 闭式循环柴油机为动力的潜艇, 水下工 作深度为 450 m, 水下航速 8. 5 mile/ h 。意大利研 制的采用闭式循环柴油机为动力的小型潜艇 , 排水 量为 100 t 左右, 后来发展成 400 t 级 , 其中 100 t 级潜艇可以 5 kn 的水下航速连续航行 66 天。 3. 3 热气机( 斯特林机) 期特林发动机的基本原理不同于一般的内燃 机, 工作原理见图 4。该机是一种外燃机, 将外部 热源产生的热作用于闭式循环系统中的工作气体。 这样, 发动机将外 部热源产生的热 能转化为机械 能, 再将机械能转化为电能。而系统要求的热能是 由燃烧室的高压燃烧提供的。燃烧的热能通过发 动机的加热头传给工作气体, 燃烧产生的废气经过
图1
加装 AIP 系统前后的性能比较
2 AIP 系统介绍
2. 1 AIP 系统类型 AIP 系统一般分为热机系统和电化学系统。
热机 AIP 系统有 : 闭式循环柴油机、 斯特林发 动机、 再循环燃气轮机、 蒸气兰金循环、 有机流体兰 金循环。目前比较成熟的是斯特林发动机和闭式 循环柴油机。 电化学 AIP 系统有 : 铅酸蓄电池、 高能可充电 蓄电池、 碱性燃料电池、 质子交换膜燃料电池、 铝动 力电池。其中质子交换膜燃料电池和碱性燃料电 池是目前比较成熟的电化学 AIP 系统。 2. 2 燃料和氧化剂 不同的 AIP 系统使用不同的 燃料, 但氧 化剂
1998 年第 3 期
武
汉 造
船Hale Waihona Puke No. 3. 1998常规潜艇不依赖空气的推进系统
黄国华 张建华 唐 滢 ( 中国船舶工业总公司第 701 研究所)
摘 要 介绍目前世界上几种比较成熟的 A IP 系 统 , 分析其特点、 工作性能以及对常规潜艇的影响。 潜艇 AI P 系统 斯特林发动机 闭式循环柴油机 燃料电 池
多为氧气或过氧化氢。一般的热机 AIP 系统以柴 油为燃料 , 以氧气为氧化剂; 电化学 AIP 系统以氢
44
1998 年第 3 期 ( 或铝 ) 为燃料, 以氧气或过氧化氢为氧化剂。
武
汉 造
船
No. 3. 1998
450 t 级 205 型潜艇上安装 了一套碱 性燃料电 池 ( AFC) 。燃料电池以一个 3. 8 m 长舱段的形式添 加在指挥台围壳的前方。氧气储存在艇体插入分 段的外部。氢气以氢化物的形式储存在两根长 6 m、 直径 0. 25 m 的侧管中。在约 55 天的海上试航 期间 , 该燃料电池总的运行时间为 600 h。 许多国家正在积极开发质子交换膜燃料电池 , 德国、 英国、 加拿大组成的联合体是西方世界中主 要的开发者。已经计划在德国 212 型 1 800 t 级潜 艇上安装一套 PEM 燃料电池。理论上 , 对于 212 型潜艇, 执行水下持续 15 天的任务需要 14 t 液态 氧和 1. 7 t 来自金属氢化物系统的氢气。PEM 燃 料电池的工作原理图如图 2 所示。 3. 2 闭式循环柴油机 闭式循环柴油机 ( CCD) 基本上是应用人工大 气的标准柴油机。人工大气是由 氧气、 惰性 气体 ( 诸如氩、 氮) 与重新循环并经处理的废气混合后形 成的混合气体。惰性气体是保持柴油机工质比热 比基本不变所必需的。 CCD 系统的原理图见图 3。 以闭式循环方式运行时 , 柴油机产生的废气达 到 350~ 400 ! , 压力为 3 ∀ 105 Pa, 废气主要成分为 CO 2 、 氮气、 水蒸气和少量未燃尽的氧气。废气被 喷淋冷却到 80~ 100 ! 之间后 , 被送到一个由旋转 洗涤器组成的吸收系统中 , 在这里 , 废气和海水混 合, 从而除 去其 中的 CO 2 , 这 一工 作 是通 过英 国 CDSS 公司开发的水管理系统( WM S) 来完成的, 吸 收了 CO2 的海水再通过水管理系统排到艇外。由 于 CCD 系统排出艇外的是溶解于海水中的 CO2 , 没有其它不溶于海水的气体 ( 如氧气、 氮气等 ) , 所 以不会造成任何航迹。 闭式循环柴油机在德国、 英国、 意大利及日本 等国发展很快, 一些关键技术已取得突破性进展 , 并装艇使用。经过试用表明, 闭式循环柴油机, 虽 然机械噪声稍高, 最大航速也稍有下降, 但它的水 下续航力比使用燃料电池还是要长, 特别是成本大 大降低。例如德国 BMG 公司一直从事建造用于 研究和探测的潜艇即海马 # 型 , 并在此基础上改 型设计, 又建造了海马 KD 型潜艇, 该艇水下工作 深度为 310 m, 输出功率为 100 kW( 1 500 r/ m in) 。 潜艇在水面、 水下航行时 , 柴油机的运行可相互切
收稿日期 : 1998 01 06
由于应用 AIP 系统, 可使 潜艇水下持续 力大 为增加 , 暴露率大为降低 , 增加了隐蔽性。结合其 他技术的改进 , 可望发展成 安静型 常规动 力潜 艇。加装 AIP 系 统前 后, 潜艇的 排水 量、 最大 航 速、 水下续航力和暴露率对比如图 1 所示。
4
结束语
常规潜艇加装 AIP 系统是发展趋势, 西方许多
国家竞相研究 AIP 系统就说明了这一点。由于各个 国家的潜艇活动区域不同, 技术水平、 拥有的产品专 利各异, 对常规潜艇的需求也不一样, 因此形成了世界上常规潜艇 AIP 系统 百花齐放的局面 , 但随着时间的推移以 及对 AIP 系统的深入研究, 现在形势比 较明朗, 在众多的 AIP 系统中斯特林发 动机、 闭式循环柴油机和燃料电池三种 AIP 系统脱颖而出, 均已达到了实用的 阶段, 取得了预期的效果。 常规潜艇采用 AIP 系 统, 极大 地 提高了潜艇的水下 续航力 , 吸收了 常 规动力潜艇和核动 力潜艇 的长处, 必 将对常规潜艇的发展带来革命性的影 响, 可以预料 , 加装 AIP 系统必 将是 21 世纪 常规 动力潜艇的标志性技术。
不同的燃料有不同的能量储存密度 , 根据燃料 和氧化合的比例和所储存的氧化剂而具有不同的 能量值。 潜艇所处的环境特殊 , 对柴油的储存没有特别 的要求, 而氢和氧的储存则要注意许多问题。目前 潜艇的氧化剂都是以液氧的方式储存在绝热的液 氧储罐中, 气化后供给 AIP 系统使用 , 因此潜艇所 携带的液氧量就决定了潜艇的水下续航力。 氢气储存和运输都不方便 , 因此现在用于电化 学 AIP 系统的氢一般从金属氢化物或甲醇重整而 获得, 但会造成整个系统重量增加, 而且分解成氢 气过程中需要消耗一定的能量。对于大的续航力 , 最紧凑、 具有中性浮力的氢供应系统实际上是甲醇 重整系统 , 需要一定的能量、 水催化剂, 并会产生 CO2 等气体。
为了控制柴油加压力燃烧中使用纯氧产生 4 000 ! 的绝热火焰温度 , 使用了废气再循环 , 使火 焰温度降低到 2 000 ! 可接受的水平。微处理机监 测发动机的基本工况和过程变化。 从潜艇热气机 AIP 系统排出的燃烧产物温度 是很低的 , 这样红外幅射量很小。与往复式内燃机 比较。斯特林循环能保证扭矩周期变化小和噪声、 振动级很低。因此斯特林发动机的热辐射量很低 , 这对军用是很重要的。从燃烧系统释放出来的排 气仅含有燃烧产物, 而不含稀释剂 , 因此这些燃烧 产物流量小, 能排出艇外。
3 几种实用的 AIP 系统
3. 1 燃料电池 燃料电池能在很低的温度下实现能量转换、 不
需要中间机械、 可直接产生直流电, 它突出的优点 是效率高、 噪声小。其效率在满负载时高达 60% , 在部分负载时可达到 70% 或更多。 可以用于 潜艇推进的燃料 电池有几 种类型。 最 受欢 迎 的 燃 料 电 池 是 质 子 交 换 膜 燃 料电 池 ( PEM) 和碱性燃料电池 ( AF C) 。
参 考 文 献 1 黄国华 . 未 来常 规潜 艇动 力装 置探 讨 . 船舶 工程 研 究 , 1993. 4
图4
斯特林发动机工作原理图
一定处理后在 200 m 水深以内可以排到艇外 ( 2 ∀ 106 P a) , 即不使用排气压缩机可在 200 m 以内潜 航。燃烧产物为易溶于周围海水的二氧化碳 , 对于 较大的工作深潜, 比方说 600 m, 则通过增加压比 为 3: 1 的排气压缩机即可实现 , 因此机械功率消耗 较低。 46