各国AIP潜艇比较
国外常规潜艇AIP系统技术现状及发展趋势_方晓旻_宋义超
国外常规潜艇AIP系统技术现状及发展趋势方晓旻1,宋义超2(1.海军驻桂林地区军事代表室,广西桂林541000;2.海军装备部驻武汉地区军事代表局,武汉430064)摘要:本文论述了潜艇AIP系统的分类、基本原理、结构组成、技术特点及发展现状,对AIP系统的性能参数和国外AIP潜艇的装备现状进行了比较分析,介绍了FC/AIP系统的技术研究动态和发展方向,提出FC/AIP技术更符合未来常规潜艇超静音、大潜深、长续航力的发展趋势。
关键词:常规潜艇燃料电池FC/AIP SE/AIP中图分类号:U674.76文献标识码:A文章编号:1003-4862(2015)01-0040-05Review on Air Independent Propulsion System Technology forConventional SubmarineFang Xiaomin1,Song Yichao2(1.Naval Representatives Office of PLAN in Guilin,Guilin541000,China;2.Naval Representaives Office of NavalArmament Department of PLAN in Wuhan,Wuhan430064,China)Abstract:The classification,fundamental,configuration,technique characteristics as well as developing status of FC/AIP system for conventional submarine are discussed in detail,and the performance parameter of AIP system and the arming status of AIP submarine of overseas are compared and analyzed,indicating that the FC/AIP technologies are more suitable for satisfying the development trend(super quiet,extreme deep diving,sustainable sailing)of conventional submarine in the future.Keywords:conventional submarine;fuel cell;FC/AIP;SE/AIP0引言不依赖空气推进系统(AIP)是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能提供推进动力和其他动力的能源系统。
瑞典装备斯特林AIP系统“哥德兰”级潜艇
瑞典装备斯特林AIP系统“哥德兰”级潜艇“哥德兰”级第二艘艇下水时的情景,首部部分鱼雷发射管和尾部“X”型舵明显可见。
“哥德兰”级上的9SCS MK3型指挥和武器控制系统“哥德兰”级潜艇是瑞典考库姆公司于20世纪90年代初着手研制的一型装备斯特林AIP系统的新型潜艇,也是世界上第一艘装备不依赖空气推进装置的常规潜艇。
该级艇长60.4米,宽6.2米,吃水5.6米,水面排水量1240吨,水下排水量1490吨,水下最大航速20节,在水下用蓄电池以4~6节航行时,可连续航行3~4天,用蓄电池+AIP航行时,可连续航行20天,下潜深度300米,自持力50天,人员编制25人。
就基本性能参数而言,“阿穆尔”级和“哥德兰”级潜艇大致相当,但“哥德兰”级在自持力和自动化程度方面明显高于“阿穆尔”级潜艇。
哥德兰(上图)的SE-AIP和阿穆尔的FC-AIP都把液氧贮存槽罐布置在艇体内。
老道的俄罗斯人为了避免出现212A和214的相同问题,阿穆尔的吨位被设计的较大,舱室容积也较为宽裕,所以能把贮氢容器也布置到耐压舱室内(叠立的绿色瓶状物),大大改善了系统维护和保养的能力。
隐蔽性能潜艇的隐蔽性是由潜艇自身的安静性能所决定的,安静程度主要取决于潜艇噪声大小。
在海战中,潜艇的低噪声航行,不仅能保持行动的隐蔽,避免被敌方声呐发现,而且可以增大自身声呐的探测距离,做到先敌发现,保持作战的主动权。
势均力敌的作战双方,谁在接敌机动和占位、攻击过程中更安静,谁就最有可能夺取胜利;在执行侦察、布雷等特种任务时,低噪声可以降低敌方探测器材的发现和跟踪概率。
潜艇的噪声源主要由螺旋桨噪声、机械噪声和水动力噪声3部分组成。
为降低噪声,“哥德兰”级采取了许多有力措施。
瑞典"哥德兰"号潜艇“哥德兰”级潜艇为长水滴形艇型,这是由于增设了一段安装斯特林发动机系统的舱段,因而使得该艇比一般潜艇长出15%左右。
在设计时,这种艇型经过了多次流体动力学试验,证明非常适于水下活动,具有航行阻力小、噪声低的特性,还具有良好的稳性和操纵性能。
中日两国主力潜艇大比拼
中日两国主力潜艇大比拼日本亲潮级潜艇中日在东海上的争端,已经不可避免地把潜艇卷入进来,而它往往成了一种最具威慑力的武器。
出于提高潜艇作战实力的需要,中日两国从20世纪的80年代末开始,就计划加大对潜艇的采购和装备。
据英国《简氏防务周刊》透露,中国海军在20世纪90年代中期,向俄罗斯购买了4艘号称“大洋黑洞”的基洛级柴电潜艇。
每艘基洛级潜艇平均价为2.5亿美元。
1995年2月和11月,分别交付了两艘编号为364和365的潜艇。
1998年夏天和冬天又交付了两艘,编号为366和367。
前两艘潜艇为早期877EKM型,后两艘潜艇为改进的636型。
作为日本海上自卫队最新主力的亲潮级柴油潜艇,基本也在同一时期加入自卫队服役,并且到目前为止已经有8艘在役。
这两种最新的3000吨级常规潜艇,使亚太地区的水下实力对比重新进行了调整。
人们都在问:究竟是“大洋黑洞”杀伤力强,还是日本的“潮”更厉害?名门之后单挑独斗基洛级来头不小,它是当前国际潜艇市场上用户最多的常规潜艇。
目前有30多艘安家落户在印度、中国、波兰、伊朗、罗马尼亚等16个国家海军。
基洛级是原苏联红宝石设计局于1974年研制成功的柴油潜艇。
1983年,为了增强潜艇的作战性能,红宝石设计局推出了基洛级的最后改进型——“终结者—基洛636”型潜艇。
欧美军事专家对636型潜艇的评价相当高:“最后的基洛、最安静的基洛、最恐怖的基洛……”亲潮级不仅是日本海上自卫队最新一级的骨干潜艇,也是世界上吨位最大的常规潜艇之一。
亲潮级水下排水量3000吨,创日本潜艇排水量新高。
在作战性能上,它吸纳了当前全球各种先进常规潜艇的不少长处,并注重克服以往日本早期自制潜艇的缺点,整体战斗性能上提升不少。
亲潮级目前已服役8艘,还有3艘及l艘改进型正在建造中。
我们可以断定,日本21世纪的主战潜艇群主要由亲潮级及改进型组成。
噪音的比较美国海军情报局1997年版的《全球潜艇挑战》的首页就专门说明:“基洛改进型潜艇是世界上最安静的常规潜艇之一”。
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。
“狮城瑞典新制造”“射手级”AIP潜艇
“狮城瑞典新制造” “射手级” AIP潜艇来自瑞典的“射手”2005 年11 月8 日,新加坡国防部与瑞典考库姆公司正式签署采购2 艘“西约特?m”级常规潜艇(即“西约特?m”号和“郝辛?m”号)合同,军售项目代号“北极光”,这是继“挑战者”级潜艇后新瑞两国再次实现潜艇防务合作。
该两艘潜艇被分别命名为“射手”号和“剑客”号。
“西约特?m”级常规潜艇是考库姆公司20世纪70 年代末80 年代初设计的,80 年代末服役,1999 年开始现代化改造,主要是加装斯特林AIP系统和更换电子设备。
成为“射手”级的这两艘“西约特?m”级潜艇又经过了瑞典考库姆公司和新加坡国防科技局联合的全面综合改装升级。
该艇加装了一部空调,使其能适应新加坡周边热带浅海海域作战。
采用单壳体,艇内采用双耐压舱室设计,当某个舱室渗水时,既确保了潜艇安全,又大大提升了艇员的生存能力。
艇艉装备x 型艉舵,较传统十字型艉舵效率高,降低了潜艇噪音,减少其磁性信号:四个舵面均有垂直舵和水平舵的双重功能,在水平机动或垂直升降时均发挥作用,且每个舵面都可进行独立控制,大大提升了潜艇机动性能,在濒海作战中优势更明显,尤其适宜在新加坡领海海域作战。
该级艇比“挑战者”级潜艇足足大出300 吨,是新加坡海军目前最大吨位潜艇。
长60.5 米(较原型艇长12 米),宽6.1米,吃水5.6 米,水面航速8节(较原型艇慢3 节),水下航速15 节(较原型艇慢5 节),水面排水量1400吨(较原型大330 吨),水下排水量1500 吨(较原型大350吨),艇员编制28 人(较原型艇增加4 人)。
就英吨位而言,“射手”级在东南亚地区仅次于马来西亚海军“端古•阿卜杜尔•拉赫曼” 级潜艇(水下排水量1670吨),比印尼海军性能老化的德制209/1300型“查克拉”级(水下排水量1 395吨)大出105 吨。
就其总体性能而言,当之无愧是东南亚地区最先进的潜艇。
日本“苍龙”级潜艇项目后4艘动力将用锂电池取代AIP技术
日本“苍龙”级潜艇项目后4艘动力将用锂电池取代AIP技
术
佚名
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2014(000)010
【总页数】1页(P36-36)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.日本新型AIP潜艇“苍龙”号出港海试 [J], 刘江平(图)
2.缔造日本首艘AIP&全球首艘锂电池动力最大常规潜艇--日本“苍龙”级(Soryu) [J],
3.日本首艘装备锂电潜艇苍龙级潜艇凰龙号下水 [J],
4.日本首艘装备锂电潜艇苍龙级潜艇凰龙号下水 [J],
5.日本最新“苍龙”级潜艇“凰龙”号一一世界首艘锂离子电池动力潜艇下水 [J],因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
新加坡海军最新型AIP动力潜艇射手号下水
新加坡海军最新型AIP动力潜艇射手号下水
佚名
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2009(29)11
【摘要】由瑞典考库姆公司为新加坡海军改造的两艘潜艇中的第一艘“射手”号
潜艇已经于6月16日在瑞典沿海城市下水。
“射手”号潜艇在下水后将进行海试,预计于2010年交付给新加坡。
“射手”(Archer)号和“剑客”(Swordsman)号,这两艘潜艇将用于替换新加坡海军现役的“挑战者”(Challenger)级潜艇。
【总页数】1页(P11-11)
【关键词】动力潜艇;新加坡;射手;下水;海军;AIP;考库姆公司;沿海城市
【正文语种】中文
【中图分类】U674.76;TJ765.3
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1.新加坡新型潜艇“射手”号下水 [J],
2.韩国海军“孙元一”号AIP潜艇 [J],
3.葡萄牙海军“鱼叉”号AIP潜艇 [J], 无
4.常规动力潜艇的新纪元——第一艘装备AIP系统的潜艇下水 [J], 纪金耀;贺传臣
5.新加坡海军的第一艘“射手”级常规潜艇下水 [J],
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
世界四款出口型常规潜艇性能对比
南非海军订购的德国209-1400型常规潜艇由于美、英两国将精力集中到了核潜艇的建造方面,已不再具备建造常规动力潜艇的能力。
在欧洲,最具实力的常规动力潜艇研制机构一是德国的常规动力潜艇研制厂商,二是由法国舰艇建造局和西班牙纳凡蒂亚公司组成的联合开发机构。
目前世界上出口的潜艇,德国的代表型产品是209型和214型潜艇,法国则是“阿戈斯塔”90B型和“鮋鱼”级潜艇。
2005年初,俄罗斯的“红宝石”设计局在圣彼得堡举办的国际海事防卫展上,举行了“基洛”级潜艇计划25周年的庆祝活动。
到2005年末,俄罗斯共建成了53艘877型、877EKM型和636型的“基洛”级潜艇,其中29艘出口国外。
新的677型常规动力潜艇被北大西洋公约组织称作“拉达”级,俄罗斯的出口名称为“阿穆尔”一1650型。
这些国际市场上的“当家花旦”各有哪些拿手绝活呢?214型潜艇目前,214型可称为是常规动力潜艇国际市场上的主流产品。
它是霍瓦兹·德意志造船厂在209型潜艇基础上采用全新设计的潜艇,同时也是212远洋型潜艇的姊妹艇,因此214型被看作是209型的替代产品。
214型潜艇的水面排水量为1700吨,水下排水量约为1 900吨(向不同国家出口的潜艇艇内装备不同,因此排水量也有所不同)。
艇体长度64米,耐压艇体直径6.3米,储备浮力大约为10%,下潜深度400米。
装备有8具鱼雷发射管,武器装载总数为16枚。
该级潜艇的海上自持力50天,水下航速20节。
在通气管状态下,航速为6节时续航力可达到12 000海里。
水下续航时间21天。
燃料电池AIP推进系统功率为2x120千瓦,主机功率2xl 000千瓦。
艇员人数27人。
艇上装备有两根潜望镜、ISUS90型综合作战指挥控制系统以及鱼雷对抗系统。
艉部稳定翼采用传统的“十”字型布置。
与209型、212型相比,214型潜艇增加了下潜深度。
另外,214型采用了与212型相似的低噪声机械和设备,使用永磁电动机以避免瞬态噪声,并将机舱内所有的机械设备置于一个公共的筏形平台上,使用弹性减振装置,使筏形平台与耐压艇体实现声学隔离。
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。
国外潜艇AIP技术发展现状与趋势分析
1 引言
2 几种典型 AIP 基本原理及发展现状
常规动力潜艇以其造价低、机动性好、技术成 熟、辐射噪声小、适于中近海作战等特点,一直备受 各国海军的重视,而其水下续航能力较差、通气管 航行暴露率高的缺点,严重制约了进一步的发展。 为提高常规潜艇的综合作战效能,许多国家都在探 索不依赖空气的推进装置(Air Independent Propul⁃ sion,AIP)。AIP 技术的应用使常规潜艇进入了一 个新的发展时代,同时也对常规潜艇兵力作战使用 带来了深远的影响 。 [1-3] 目前相对成熟,且进入了 实用阶段的 AIP 技术可分为热机系统、电化学系统 和小堆系统三大类,其中热机系统包括斯特林发动 机(SE/AIP)、闭 式 循 环 柴 油 机(CCD/AIP)、闭 式 循 环 涡 轮 机(MESMA/AIP)等 形 式 ;电 化 学 系 统 以 燃 料电池(FC/AIP)形式为主;小堆系统是基于低功率 核动力装置(LLNP/AIP)的动力系统。
2.1 斯特林发动机 AIP 系统(SE/AIP) SE/AIP 系统主要由斯特林发动机、发电机、液
氧系统、供油系统、冷却系统、工质系统及控制系统 等组成,其工作过程是:在燃烧室内,氧气和燃油持 续燃烧,燃烧的火焰将加热器加热,由加热器把热 能不断地传递给流经其内部的工作介质(氦气或氩 气),介质吸收热量膨胀做功,推动活塞运动,再通 过曲柄、连杆机构变往复运动为旋转运动,使曲轴 旋转并输出功率。
总第 285 期
75kW[4]。瑞典对 MK2 型斯特林发动机的改进很缓 慢,后续型是 MK3。MK3 主要在发动机效率、输出 功率、水下运行深度、隐蔽性等方面有所改进。目 前装备有 SE/AIP 系统潜艇的国家有瑞典、新加坡、 日本等,其中日本 SE/AIP 技术引进于瑞典,并于 2003 年在“春潮”级和“朝潮”级常规潜艇上试航成 功。 2.2 闭式循环汽轮机 AIP 系统(MEMSA/AIP)
五种AIP潜艇谁更有前途 自我鉴定
五种AIP潜艇谁更有前途自我鉴定生活负载的能量需要,充其量还只是减少通气管航行时间,降低暴露率。
这主要是由于常规潜艇空间小,AIP系统的燃料和氧化剂携带量有限。
当前这几种AIP的输出功率,斯特林发动机约为240千瓦,燃料电池约为300千瓦,闭式循环汽轮机约为200千瓦左右,闭式循环柴油发动机可达到400千瓦。
这种功率水平是什么概念只相当于常规潜艇上装备的标准柴油机电机推进系统最大输出功率的10%。
斯特林发动机是瑞典于1988年出台的,到现在有多少改进郭:目前,装V4-275R斯特林发动机的潜艇除“哥特兰”级3艘外,还有瑞典在役的“西约特兰”级和日本“苍龙”级,都是MK2型。
瑞典对MK2型斯特林发动机的改进很缓慢,后续型是MK3。
MK3主要在发动机效率、输出功率、水下运行深度、隐蔽性等方面有所改进。
“哥特兰”级水下排水量1490吨,用柴油机推进时,水面最高航速11节,短时间水下最高航速20节。
它装的2台V4-275R斯特林发动机单台最大输出功率75千瓦,持续功率为65千瓦。
两台总共可持续发出130千瓦的功率,主要用于艇上生活设施,如照明、烹调、加热器以及电子设备等,这方面大约要消耗80千瓦,剩余的50千瓦被用于水下航行,可在5节速度下水下连续航行14天。
“哥特兰”级最初曾考虑装3台斯特林发动机,后因经费不足等原因,第3台没装,但艇上已预留了空间及配套设备。
如果装第3台及其液氧燃料,水下航速还会提高,续航力也比装2台时要提高1/3。
斯特林发动机的原理是将液氧罐中的液态氧气化,和柴油在位于斯特林发动机上部的燃烧室内混合燃烧,产生的热量传递给工作气体氦气。
氦气在被加热体积膨胀及被冷却体积收缩过程中推动活塞运动。
活塞再带动曲柄转动,曲柄提供机械能量来驱动发电机,电流供给电机以带动螺旋桨。
斯特林发动机的废气排放口是经过专门设计的,尽可能保证废气气泡不被敌方声呐探测到。
燃烧系统也经过了特别设计,可保证燃料完全燃烧,大大减少了废气中其它气体的含量。
改变海战场的新技术常规潜艇AIP技术(精)
改变海战场的新技术——常规潜艇AIP技术常规潜艇的AIP动力装置是指利用潜艇自身携带的氯化剂,而不需要与空气接触就能为潜艇提供能量的一种动力装置。
AIP动力装置可明显提高常规潜艇的水下自持力和生命力。
在柴电潜艇上加装AIP装置之后,通气管航行时间减少,降低了暴露率,提高了隐蔽性和安全性。
AIP动力装置包括:斯特林发动机、燃料电池和闭循环蒸汽轮机等。
斯特林发动机技术斯特林发动机是外部加热闭式循环发动机,通过压缩和膨胀将热能转化成机械能。
与普通柴油机的不同之处是,动力活塞在闭合的氦气工作气体系统中,燃烧产生的热量经换热器传递到循环回路。
早在20世纪60年代末,瑞典联合斯特林公司(USAB)就开始研究斯特林发动机技术。
70年代初又进行了斯特林发动机水下应用研究,包括为瑞典海军和考库姆公司进行的初步研究项目,以及为瑞典海军进行的潜艇用斯特林发动机研究。
1982年该公司开始研制潜艇用V4-275斯特林发动机。
为了验证斯特林发动机的可行性,瑞典考库姆公司设计了一段浮动式舱段进行海上试验。
舱内主要装有1台V4—275斯特林发动机,以及全尺寸的液氧罐和辅助设备,并于1985年5月由瑞典海军潜艇艇员按整套系统鉴定试验要求进行运行试验。
这些试验为以后加装潜艇舱段设计提供了重要依据。
1988年,瑞典海军决定改装“水怪”号潜艇(1980年服役)。
改装后的“水怪”号于l988年9月重新下水,11月开始海上试验,l989年4月重新服役。
它是世界上第一艘使用斯特林发动机的潜艇。
1988年,瑞典联合斯特林公司并入考库姆公司后,考库姆公司开发了MK2生产型斯特林发动机,其主要目标是提高可靠性和减少维修,达到平均大修时间2000小时,最大轴功率仍为75千瓦,同时开发能在更深下潜深度工作和具有低信号特征的排气系统。
第一批4台于l990年开始制造。
1996年7月,世界上第一艘从建造开始就装备斯特林发动机的潜艇——瑞典海军“哥得兰”号服役。
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
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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
常规潜艇的“芯动力”——AIP系统
机 系 统 和 电4  ̄ 系 统 。其 中 热 E- - 机 AI 系 统 主 要 包 括 闭 式 循 环 P 柴 油机 ( CCD/ P 、 特 林 发 AI ) 斯 动 机 (E/ P 、 式 循 环 汽 轮 机 S AI ) 闭
是 :将 氧 气 和 氢 气 按 一 定 比 例
混 合 成 相 当于 空 气 成 分 的 气 体 输 入 到 柴 油 机 的 汽 缸 中 ,然 后
剩 余 废 气 进 入 一 个 吸 收 器 。 二 氧 化 碳 与 吸 收 器 喷 淋 的 海 水 混 合 并 被 吸 收 ,由 海 水 管 理 系 统
排 出艇 外 。 这 套 系 统 与 柴 油 机
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 , 高 隐 蔽 性 , 直 是 常 规 潜 提 一 艇设 计者 和使 用者 长期 为之 奋
柴 油与 氧 气 发 生燃 烧 反 应 , 产
生 的 热 能 推 动 活 塞 运 动 进 而 带
仪 等新 型反 潜 设 备投 入 使 用 , 大 大 降 低 了 g- 潜 艇 的 作 战 效 规
能 。 这 其 中 的 主 要 原 因 就 是 g-
( E M A/ P 、 电 混 合 推 进 M S AI ) 核 系 统 (s / P ; 化 学 Al 系 s N AI ) 电 P 统主 要是 聚 合物 电解 质膜 燃料
料 电池 、 子 交换 膜燃 料 电池 。 质 但 目前 国 外 技 术 较 为 成 熟 、 或 者 已 进 入 实 用 阶 段 , 能 够 大 幅 提 高 常 规 潜 艇 水 下 作 战 能 力 的 Al 系 统 主 要 是 闭 式 循 环 柴 油 P 机 、 特 林 发 动 机 、 式 循 环 汽 斯 闭
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。
日本首代实战型AIP动力潜艇苍龙号性能点评
日本首代实战型AIP动力潜艇苍龙号性能点评文/止戈袁仲2007年12月5日,倍受关注的日本2900吨型AIP潜艇首艇“苍龙”号(SS501)在日本三菱重工神户造船厂举行了命名和下水仪式,这是日本海自第一艘实战型AIP潜艇,也是继韩国孙元一级(214型)和巴基斯坦阿戈斯塔90B级(第3艘为AIP潜艇)之后的亚洲第三款AIP 潜艇。
而三者采用三种AlP技术,日本也成为世界上继瑞典后第二个采用斯特林发动机AIP 系统的国家。
它标志着H本潜艇从此步入AIP时代,潜艇作战能力也将大幅升级。
按计划,“苍龙”号将于2009年3月完成所有设备安装及调试工作,正式入役,成为日本海自新一代水下杀手。
“苍龙”号的下水,也标志着日本海自21世纪头15年中最重要的4个主战舰艇发展项目:爱宕级“宙斯盾”驱逐舰、日向级直升机母舰、19DD型通用驱逐舰、苍龙级AIP潜艇中已有3个取得重大进展,新一代日本海自主战舰艇阵容已悄然成形。
苍龙级还首次打破了日本潜艇的命名规则。
以往日本潜艇艇名均沿用二战时期旧日本帝国海军潜艇的艇名(以“潮”字来命名),但此次却以1930、40年代曾参加侵华战争、偷袭珍珠港和中途岛海战的旧日本帝国海军“苍龙”号航母(1942年6月的中途岛海战中被美国海军舰载机炸成重伤,最后被日本驱逐舰用鱼雷击沉)的名字来命名该型潜艇的首艇,其中寓意,颇堪玩味。
“朝潮”起步“苍龙”发展从1997年至1999年,日本防卫厅技术研究本部在陆地台架上对斯特林发动机开展了陆上运行试验,经过几年的研制后终于初见成效。
2000年,三菱公司神户造船厂对春潮级的“朝潮”号潜艇实施改装工程,把斯特林发动机系统装备在该艇上。
2001年11月底,改装后的“朝潮”号被移交到海上自卫队。
从2001年12月到2002年3月,“朝潮”号上的4台V4—275RMkⅡ型斯特林发动机进行了海上运行试验,期间,还对艇员进行了潜艇AIP系统的使用训练。
从2002年4月后,“朝潮”号进行了长期海上持续性运行试验,验证了艇上V4—275R MkⅡ型斯特林发动机的使用耐久性和可靠性。
各国AIP潜艇比较
各国AIP潜艇比较(瑞哥特兰;德209、212;俄阿穆尔;法阿戈斯塔;法西鮋鱼;日苍龙)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。
C-273号柴电潜艇试验开先河70年代,潜艇建造业对厌氧装置的兴趣开始复苏,苏联再次处于世界领先水平。
“天青石”中央设计局在613Э“角鲨”级潜艇方案基础上,研制出了C-273号柴电潜艇,使用电化学发动机,在轻型船体内配备了4个大型液体氢和氧燃料容器。
世界级工业帝国盘点
世界级工业帝国盘点细数世界上著名的“工业帝国”,有西门子,有通用电气,还有我国的上海电气等等。
到底谁是“工业帝国”中的龙头老大?谁又是您心目中真正的“工业帝国”?想要知道答案么?那您就耐心的慢慢往下看吧。
西门子(德国)——世界超级工业帝国(1)西门子之(一):世界第二大动力巨头西门子SGT5-8000H重型燃气轮机的高温隔热罩与转子涡轮盘西门子SGT5-8000H超重型燃气轮机的涡轮叶片,其要承受超过1500°C的高温,超过了GE90涡扇航空发动机与F404喷气发动机的涡轮进口温度。
由于涡轮叶片旋转,巨大的离心力在起作用。
每个刀片一端接触到的10,000倍,地球的引力,这是每个重达这样一个人作为一个成年人多刀片立方厘米当量最大的力量。
涡轮叶片通过单晶生长过程中使用的特殊冷却,没有任何晶粒之间在合金晶界能破裂。
透平叶片叶梢转速超过1700公里/小时,超过音速。
西门子SGT5-8000H超重型燃气轮机净输出(联合循环)超过595兆瓦(MW),效率达到61%(最新资料数据),是当今世界动力最强的燃气轮机。
燃气轮机是一个国家工业实力的体现,世界公认最难造的机械装备。
在世界工业领域,燃气轮机一直被誉为“皇冠明珠”。
系统,性能在各国AIP潜艇中最为优越。
西门子制造世界最大的滑环电机。
电机高19.08米,宽25.09米,厚2.7米,总重约640吨,单片重量100吨,整个电机定子部分分为4片,分别吊装后进行组装,是目前世界上最大的滑环电机。
西门子为全球最大丙烷脱氢装置供核心压缩机组,每套机组均达到世界最大流量,且由SGT-700型燃气轮机驱动。
2)西门子之二:世界最大的工业软件巨头西门子PLM工业软件成为NASA(美国)开发与设计“好奇号”火星探测器的平台软件系统。
西门子的PLM系列软件优化了森精机(日本)的数控机床,从设计到制造的时间缩短一半,并且提高了发布更多新产品的能力。
西门子NX和Teamcenter软件,对苏-27战斗机的气动布局与机动性进行了精密的整体优化,从机身、机翼甚至到小小的螺纹都数字化。
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各国AIP潜艇比较
(瑞哥特兰;德209、212;俄阿穆尔;法阿戈斯塔;法西鮋鱼;日苍龙)
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。
C-273号柴电潜艇试验开先河
70年代,潜艇建造业对厌氧装置的兴趣开始复苏,苏联再次处于世界领先水平。
“天青石”中央设计局在613Э“角鲨”级潜艇方案基础上,研制出了C-273号柴电潜艇,使用电化学发动机,在轻型船体内配备了4个大型液体氢和氧燃料容器。
C-273号潜艇的试验于1989年结束,结果证明电化学发动机能实质性地提高潜艇水下续航力,而这是最重要的。
在蓄电池不充电的情况下,C-273号潜艇可以2.5节的速度在水下连续航行4个星期,远远高于普通柴电潜艇的3-7天。
勇开先河的“哥特兰”
世界首次加装AIP系统的“哥特兰”级常规潜艇的关键技术部分
1995年2月,世界上第一艘装备斯特林发动机的AIP潜艇“哥特兰”号下水,1996年7月,该艇正式服役于瑞典皇家海军。
虽然这仅是一艘水下排水量近1500吨潜艇,但却标志着常规动力潜艇一个时代的开始。
“哥特兰”与其他常规动力潜艇的最大不同就在于:艇上装备有两台功率各为75千瓦的V4-275R型斯特林发动机,每台功率为65千瓦。
除了供应艇上的正常照明、电子设备工作及生活设施所需的75-85千瓦外,剩余的45-55千瓦的能量可用于推进潜艇,使其获得大约6节左右的水下航速,并可保持该航速连续航行15天。
该发动机另一个令人叫绝之处是,发动机上的吸收装置可把废气与水充分搅和后排出艇外,不会在周围环境中形成气泡,从而减少尾迹,降低红外辐射。
“哥特兰”级潜艇的高度自动化,使全艇艇员只有25人,这是现今各型AIP潜艇中人员最少的。
世界首次加装AIP系统的“哥特兰”级常规潜艇
该级艇的反潜、反艇作战能力也相当强,艇上装备有瑞典最新型的指控系统和功能齐全的综合声纳系统;艇艏上方布置有水平排列的4具533毫米鱼雷发射管,下方则是两个水平排列的400毫米鱼雷发射管,分别可发射2000型高速线导鱼雷和TP43-Ⅱ型线导反潜鱼雷,共可携带鱼雷18枚。
此外,在不影响携带鱼雷数量的情况下,还可利用外挂装置携带22枚水雷。
另辟蹊径的“212型”
212型AIP潜艇是德国海军研制的。
它采用了由燃料电池和柴电动力组成的混合动力装置。
燃料电池动力系统主要包括9个模块单元组成的质子交换膜燃料电池模块组、液氧存储罐及在金属氢化物中存储的氢,每个燃料电池模块单元的输出功率为34千瓦。
试验证明,用燃料电池作为动力,可使212型潜艇的水下最大航速达到8节以上,并可持续航行7天以上。
艇上另一套动力系统是由柴油发电机组、推进电机、蓄电池组和配电设备等组成的常规
推进系统。
上述两套系统既可单独工作,也可以同时进行工作。
两套系统同时工作时,水下的持续最大航程超过1683海里,是209型潜艇的4倍以上。
212型潜艇
212型潜艇
212与214型潜艇剖视图
212型潜艇艇体采用的是低磁钢材料,同时艇上还装有高性能的消磁系统,可及时地进行消磁处理,使艇始终保持低磁的特征。
艇的外表及升降装置表面均涂敷有新研制的、可吸附声波和雷达波的特殊材料,可以有效地降低敌声纳和雷达的探测距离,从而使该艇的隐形性、安静性都名列世界一流。
艇前部装有6具533毫米鱼雷发射管,可发射新式智能化鱼雷,既能反舰,也可用于反潜。
鱼雷携带量为24枚(必要时也可装24枚水雷)。
212型首制艇早于1998年就已开工,但正式服役却要到2003年。
出色隐身的“阿穆尔”
作为研制AIP潜艇的先驱者,前苏联早在20世纪50年代就建造了几十艘使用闭式循环柴油机的Q级潜艇。
1988年10月,前苏联海军又进行了装燃料电池的“卡特兰”号潜艇的试验。
1991年俄罗斯海军又在“比拉鱼”型潜艇上试验成功低温氢氧燃料电池。
下一步,俄罗斯将正式向外推出的一种新型潜艇就是“阿穆尔”级AIP潜艇。
该级艇上采用的是碱性燃料电池系统,同时还有一套柴电动力装置。
整套燃料电池动力装置的功率为300千瓦,能保证以水下3.5节的速度持续航行20天。
“阿穆尔”级AIP潜艇
“阿穆尔”级AIP潜艇
AIP系统的应用为“阿穆尔”出色的隐形性奠定了可靠的保证。
其良好的水滴形、极为光滑的艇体表面敷有大量的消声瓦以及对高噪声设备加装消声器、隔音罩等手段使其噪声降到最小。
同时艇上取消外露设备,实在无法取消的也搞成升降式,使其被雷达侦察到的概率大为减小。
该级艇的自动化程度和电子设备也都处于世界先进水平。
当然,最令西方国家感到畏惧的是艇上强大、众多的武器装备:直径533毫米的53型线导鱼雷、中近程SS-N-15潜对潜导弹、最新研制的潜射反舰导弹、“针”式轻型潜空导弹,以及各型先进水雷(最多可携带30枚)。
同时,该级艇上装备的快速装填装置更是令西方常规潜艇望尘莫及。
阿戈斯塔90B潜艇
“阿戈斯塔90B”型潜艇
法国在厌氧潜艇制造方面也取得了明显的进步,开始向国际市场推销自己的厌氧能源装置:MESMA闭循环汽轮机。
首艘使用这种能源装置的潜艇将是巴基斯坦海军的“汉扎”号潜艇,目前正在法国“阿戈斯塔90B”型潜艇基础上根据许可在卡拉奇造船厂建造。
巴基斯坦最初的首批两艘“阿戈斯塔90B”型潜艇使用的是常规柴电能源装置,根据计划,今后将为这两艘潜艇装配辅助性汽轮机能源装置,从而提高使潜艇自持力提高2-4倍。
“鮋鱼”级潜艇
“鮋鱼”级潜艇
法国和西班牙联合研制的“鮋鱼”级潜艇同样引人注意。
智利海军采购了两艘“鮋鱼”级潜艇,暂时使用普通发动机。
目前尚不清楚,在“鮋鱼”潜艇基础上,计划为西班牙海军建造的4艘S-80型潜艇和为马来西亚海军建造的2艘潜艇,是否会装配MESMA能源装置。
有报道称,为西班牙和马来西亚海军建造的潜艇将装备德国制造的电化学发动机厌氧能源装置,而不是MESMA闭循环汽轮机。
“苍龙”级潜艇
12月5日,日本海上自卫队的新型潜艇“苍龙”号的下水仪式在三菱重工业神户造船厂举行。
该舰是“苍龙”级潜艇加装“不依赖空气推进系统”(AIP)的新型潜艇的第一艘,将成为日本海上自卫队新的水下杀手。
从外观上看,新潜艇与现役日本潜艇区别不大,但它的秘密集中在动力舱内安装的瑞典“斯特林”AIP发动机,这种发动机能让潜艇在水下潜伏10天以上,中间无需浮出水面充电,其隐蔽效果与核潜艇相差无几,因此采用AIP技术的潜艇也被称为“准核潜艇”。
“苍龙”号潜艇
据报道,此次下水的“苍龙号”潜艇长84.0米,艇宽9.1m,吃水8.5米,水面排水量2900吨,水下排水量4200吨,水下最大航速为20节,主动力系统为2台柴油机、一台推进电机和蓄电池组,潜艇在水面及水下高速航行时仍使用柴油机和蓄电池组,需在水下长时间续航时则使用AIP系统。
作为辅助动力装置的AIP系统由4台“斯特林”MK.2型闭式循环发动机及相关设备组成,总功率水上8000马力水下/39000力,可使潜艇在水下低速连续航行2周。
艇上武器装备与“亲潮”级基本相同,装备6具533毫米鱼雷发射管,可发射日本89型线导鱼雷、80型反潜鱼雷及美制“水下鱼叉”反舰导弹,备弹20枚。
使用厌氧装置的209PN、212型潜艇
智利海军使用厌氧装置的209PN新型潜艇
韩国海军使用厌氧装置的209PN新型潜艇
希腊是第一个采购209型潜艇的国家。
希腊又与德国公司签署了3艘209型潜艇(共8艘)的现代化改进合同。
改进计划的重点是向209型潜艇船体嵌入一个装配有厌氧能源装置的额外部分。
德国向所有拥有209型潜艇的国家提出了类似改进建议。