不依賴空氣推進技術

不依賴空氣推進技術

不依賴空氣推進技術(又稱AIP動力,英文Air-Independent Propulsion),是指可使潛艇在無需浮出水面或使用呼吸管獲取空氣中的氧氣的條件下使輪機保持運轉以驅動潛艇的技術。

不依賴空氣推進技術通常可以將潛艇的自持力增大約1倍以上,但造價高昂且穩定性仍然受到懷疑。雖然不依賴空氣推進技術通常是在傳統的柴電動力基礎上進行升級,但現階段仍然有很大難度,目前只被少數國家掌握。目前,已明確擁有該項技術的只有俄羅斯德國瑞典法國西班牙。另外日本本身沒有此項技術,而是從瑞典引進了三台以上斯特林發動機。此外據說針對日本的行動,韓國(南韓)也正在向瑞典申請購買斯特林發動機。有傳言說中國也擁有該技術,但官方並未證實。
雖然字面上講核動力也屬一種“不依賴空氣推進”技術,但世界上普遍將核動力,柴電動力和不依賴空氣推進動力分列為三種現代潛艇動力,即普遍上所說的AIP潛艇不包括核潛艇。此外aip發動機價格昂貴,穩定性也存在爭議, 因此擁有核動力潛艇的中國,美國,俄羅斯,法國,英國對aip潛艇並無迫切需求,多用於需節約軍費時的補充或出口用。而實現100%核動力潛艇的美國則對此項技術根本不感興趣,因而也沒有進行專門的立項開發。

內部氧氣供給

歷史

1935年,蘇聯第18中央設計局的設計師S.A.Bazilevskiy提出了在潛艇中使用不依賴空氣系統並在M-92號潛艇上實驗,並取得了大量的實驗數據。不過那時該項技術並未成熟,該設計師將不依賴空氣技術也僅僅作為一種實驗課題提出。
第二次世界大戰中德國沃爾特公司嘗試在潛艇中使用壓縮過氧化氫作為柴油機水下的氧氣來源。原理是在水下運作的時候通過燃機的熱能加熱以高錳酸鉀作為催化劑的過氧化氫從而製造出氧氣供給柴油機使用。後來德國建造了少數這種不依賴空氣推進潛艇,其中一艘U-1407艇在戰爭末期被遺棄戰後又被英國人重新服役改名為隕星號(HMS Meteorite),之後英國根據隕星號又建造了兩艘相同的潛艇探索者號(HMS Explorer)和神劍號(HMS Excalibur)。
戰後蘇聯又重新開始了過氧化氫燃料的實驗,但由於過氧化氫在轉化氧氣時的極端不穩定而最後被放棄。蘇聯和英國在看到美國已經擁有潛艇可用的核反應堆之後都開始了自己的核動力研究而放棄了進一步的研究。但這項推進系統仍然在蘇聯和英國的魚雷之中使用,然而這種不穩定的燃料依然造成了英國皇家海軍西頓號和俄羅斯海軍庫爾斯克號核潛艇的慘劇。

閉式循環柴油機

閉式循環柴油機技術是讓潛艇柴油機可以像在水面運作一樣在潛行的時候運作,通常來說是通過使用制氧劑,或壓縮液態氧氣來提供柴油機所需的氧氣。由於金屬會在純氧環境中燃燒,所以通常來說閉式循環柴油機中運作所需氧氣都回加入雜質氣體,比如氬氣或者柴油機產生的廢氣。
蘇聯非常看重這種技術,在冷戰時期建造了30艘特殊動力的Q級潛艇——潛艇擁有三台燃機,兩台為正常燃機,一台為閉式循環燃機,通過壓縮液態氧氣提供燃機需氧。但這種技術的不穩定使得Q級潛艇的名聲非常差,其中M-256艇因火災引發液態氧氣爆炸使得潛艇沉沒,而因此Q級也被冠上了“打火機”的外號,全部Q級艇在20世紀70年代前期被全部解體。
德國海軍205型艇U1號也是建造用於進行閉式循環柴油機的艇,實驗中潛艇動力輸出可以達到3000馬力(2.2兆瓦)

斯特靈式輪機系統

瑞典Kockums造船公司為瑞典海軍建造了三艘安裝了斯特靈式輪機系統的試驗性哥特蘭級潛艇。這種潛艇所裝的斯特靈式輪機系統以液態氧搭配柴油機作為動力原理並加裝75千瓦的發電機作為推進電力並為電池充電。這種不依賴空氣推進系統可以讓1500噸的潛艇的潛航自持力達到9節14天。
Kockums公司也將這種斯特靈式輪機系統出口給日本,日本新型潛艇將會裝備這種斯特靈式輪機系統。其中的蒼龍號潛艇已於2007年12月5日下水,並將於2009年3月交付海上自衛隊。

燃料電池

西門子公司設計出了一種輸出功率可以達到30至50千瓦的燃料電池。德國海軍的212A型艇中將9個這種電池作為一組電池組裝備於潛艇中。而後209型和214型也使用了這種技術,在這些潛艇上裝備的是輸出功率為120千瓦的電池組。
裝備燃料電池組的德國海軍212型潛艇裝備燃料電池組的德國海軍212型潛艇

使用不依賴空氣推進系統的潛艇

直至2008年第一季度,裝備不依賴空氣推進系統的潛艇(潛艇級別)有:
法國與西班牙合作研製的鮋魚級潛艇(1700噸排水量);
德國209-1400型潛艇(使用燃料電池),服役於德國海軍;
德國212型潛艇(使用燃料電池),服役於德國海軍;
德國214型潛艇(使用燃料電池),服役於德國海軍;
俄羅斯(前蘇聯)阿穆爾級潛艇(外銷型達拉級潛艇)
日本春潮級朝潮號(使用斯特靈式輪機系統),現服役於日本海上自衛隊。
日本蒼龍號潛艇(使用斯特靈式輪機系統),現服役於日本海上自衛隊。
另外瑞典銷往新加坡海軍的2艘瓦斯特哥特蘭級也將改裝斯特靈式輪機系統。還有人認為中國的039A型元級潛艇很可能裝備了從瑞典進口的斯特靈式輪機系統,但官方沒有證實,不過中國官方承認中國的七一一研究所研製了一種用於潛艇的“特殊發動機”。
其他接受AIP改裝的船廠:
德國Nordseewerke公司(閉式循環柴油機)
瑞典Kockums公司(斯特靈式輪機系統),該公司由蒂森克虜伯(ThyssenKrupp)公司具有。

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