常规潜艇的“芯动力

常规潜艇的“芯动力编者按：2024 年 10 月 19 日，继瑞典哥特兰(A-19)级潜艇之后，德国212A 型潜艇 U-31 和 U-32 号正式加入海军行列。作为世界最先进的两级常规动力潜舰，最让人感兴趣的是它们所装备的新型 AIP 系统，那么，AlP系统为什么这么吸引人们的眼球呢?近年来，随着科学技术的进步，反潜探测装备和技术迅猛进展，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。不依赖空气推动系统(AIP)是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能提供推动动力和其他动力的能源系统。常规潜艇的AlP(AirIndependentPropulsion)系统主要利用自身携带的氧气(通常为液氧)，为热机或电化学发电装置提供燃烧条件，完成能量转换，提供水下航行所需的推动动力。目前，国外常规潜艇的 AlP 系统主要分为两大类：热机系统和电化学系统。其中热机 AlP 系统主要包括闭式循环柴油机(CCD/AIP)、斯特林发动机(SE/AIP)、闭式循环汽轮机(MESMA/AIP)、核电混合推动系统(SSN/AIP)；电化学 AIP 系统主要是聚合物电解质膜燃料电池(PEM/AIP)，包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池。但目前国外技术较为成熟、或者已进入有用阶段，能够大幅提高常规潜艇水下作战能力的 AIP 系统主要是闭式循环柴油机、斯特林发动机、闭式循环汽轮机和燃料电池这四种。这些AlP 系统有的已经成功进行了试验，有的已经装备新型潜艇。闭式循环柴油机系统闭式循环柴油机(CCD/AIP)除了进、排气系统与普通柴油机不同外，其工作原理与目前常规动力潜艇所使用的普通柴油机是一样的。其工作原理是：用潜艇自带的氧气代替空气中的氧，将废气中的二氧化碳经过冷却和吸收后排到艇外，部分二氧化碳作为工质参加循环工作；同时用氢气取代空气中的氮气，改善循环气体的燃烧质量。其具体工作流程是：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动曲轴运转，产生机械能。燃...