AIP[不依賴空氣動力裝置]

AIP全稱是“Air Independent Propulsion”，是一種不依賴空氣的推進裝置的英文簡稱。常規潛艇安裝AIP系統後，水下續航力成倍增加，噪聲指標明顯降低，潛艇的作戰效能得到顯著的提高。AIP技術是世界各潛艇強國研究的主要方向之一，因其所具有的優良性能，各國海軍常規潛艇上安裝AIP系統已經成為趨勢。

發展沿革

發展背景

AIP[不依賴空氣動力裝置]

當今世界上大約有40多個國家和地區擁有800艘左右的潛艇，其中常規動力潛艇就有700餘艘。常規動力潛艇有獨特的優勢，其機動靈活、噪音小、造價低，更適合在近海、淺海作戰，這正是絕大部分國家潛艇的主要作戰任務。傳統常規動力潛艇在水面航行時使用柴油機，水下則使用蓄電池；然而蓄電池容量有限，一段時間後便必須上浮至通氣管狀態，用柴油機為蓄電池充電。因此不能在水下作長時間的航行，必須經常上浮至海面“呼吸”是其致命的弱點。

隨著反潛技術迅速發展，反潛使用的探測設備可以在很遠的距離上探測到潛艇升出水面的通氣管，進而對潛艇定位並發起遠程攻擊。潛艇良好的隱蔽性能是相對於水面艦艇的巨大戰術優勢，頻頻上浮充電導致潛艇很容易被對方雷達偵察到，同時柴油機為蓄電池充電時的噪聲，也極易被對方水聲器材探測到，因而大大增加了常規動力潛艇的暴露率，使其生存能力受到嚴重的威脅，攻擊的突然性也受到很大影響。核動力的運用雖然解決了這一難題，使潛艇獲得了幾乎無限的水下續航力，但製造核潛艇存在著障礙，一般國家無法承受其技術和資金。為減少暴露率，增加隱蔽性，解決常規潛艇續航力不足的問題，經過長期的探索和努力，一種AIP動力裝置的研製紛紛獲得成功並開始進入實用。

AIP的英文原文是“air independent propulsion”，意思是“不依賴空氣推進裝置”，由於不需要氧氣即可正常運行，所以能夠顯著提高潛艇的水下續航力，使其在水下的時間提高到2-3周，大幅降低了潛艇在巡航中的暴露率，而且沒有核潛艇的潛在危險和高成本。 早在二戰期間，德國及前蘇聯就曾涉足AIP動力裝置的研究；進入21世紀以來，AIP動力裝置更如繁花般怒放，逐步在各國潛艇上 “安家落戶”並被普遍接受，日漸風靡各國海軍並大有引領常規潛艇發展之勢。

研製歷程

哥特蘭號

1995年2月，世界上第一艘裝備斯特林發動機的AIP潛艇“哥特蘭”號下水， 1996年7月，該艇正式服役於瑞典皇家海軍。雖然這僅是一艘水下排水量近1500噸潛艇，但卻標誌著常規動力潛艇一個時代的開始。“哥特蘭”與其他常規動力潛艇的最大不同就在於：艇上裝備有兩台功率各為75千瓦的V4-275R型 斯特林發動機，每台功率為65千瓦。除了供應艇上的正常照明、電子設備工作及生活設施所需的75－85千瓦外，剩餘的45－55千瓦的能量可用於推進潛艇，使其獲得大約6節左右的水下航速，並可保持該航速連續航行15天。該發動機另一個令人叫絕之處是，發動機上的吸收裝置可把廢氣與水充分攪和後排出艇外，不會在周圍環境中形成氣泡，從而減少尾跡，降低紅外輻射。“哥特蘭”級潛艇的高度自動化，使全艇艇員只有25人，這是現今各型AIP潛艇中人員最少的。

212型

212型潛艇燃料電池系統圖

212型AIP潛艇是德國海軍研製的，它採用了由燃料電池和柴電動力組成的混合動力裝置。燃料電池動力系統主要包括9個模組單元組成的質子交換膜燃料電池模組組、液氧存儲罐及在金屬氫化物中存儲的氫，每個燃料電池模組單元的輸出功率為34千瓦。試驗證明，用燃料電池作為動力，可使212型潛艇的水下最大航速達到8節以上，並可持續航行7天以上。艇上另一套動力系統是由柴油發電機組、推進電機、蓄電池組和配電設備等組成的常規推進系統。上述兩套系統既可單獨工作，也可以同時進行工作。兩套系統同時工作時，水下的持續最大航程超過16 83海里，是209型潛艇的4倍以上。

阿穆爾

20世紀50年代，作為研製AIP潛艇先驅的前蘇聯就建造了幾十艘使用閉式循環柴油機的Q級潛艇。1988年10月，前蘇聯海軍又進行了裝燃料電池的“卡特蘭”號潛艇的試驗。1991年俄羅斯海軍又在“比拉魚”型潛艇上試驗成功低溫氫氧燃料電池。下一步，俄羅斯將正式向外推出的一種新型潛艇就是“阿穆爾”級 AIP潛艇。該級艇上採用的是鹼性燃料電池系統，同時還有一套柴電動力裝置。整套燃料電池動力裝置的功率為300千瓦，能保證以水下3．5節的速度持續航行20天。AIP系統的套用為“阿穆爾”出色的隱形性奠定了可靠的保證。其良好的水滴形、極為光滑的艇體表面敷有大量的消聲瓦以及對高噪聲設備加裝消聲器、隔音罩等手段使其噪聲降到最小。同時艇上取消外露設備，實在無法取消的也搞成升降式，使其被雷達偵察到的機率大為減小。

其他

除上述3種極具特色的AIP潛艇外，世界其他各國的AIP潛艇也如同雨後春筍，蓬勃發展。荷蘭的“海鱔”級潛艇採用的是閉式循環柴油機AIP和電力推進所組成的混和推進系統。AIP系統包括兩台400千瓦的閉式循環柴油機；電子推進系統包括3台柴油發電機組，一台主推進電機及兩組蓄電池。混合推進系統大大增加了該級潛艇的潛航時間，提高了隱蔽性和作戰能力。

2002年下水的巴基斯坦“阿戈斯塔”90B型第3艘將加裝AIP系統，與前面所述的AIP不同，艇上裝設的這套閉式循環汽輪機AIP裝置，最大功率200千瓦；當它以4節航速航行時，水下續航時間可增加3－5倍。

法國還將開發功率為600千瓦的閉式循環汽輪機，並計畫將功率進一步提高到 1300千瓦。日本、澳大利亞、義大利、英國等也紛紛加入研製、加裝AIP推進裝置潛艇的行列。新世紀的水下戰場，裝備有形形色色、先進AIP推進裝置的潛艇必將大展雄姿，而且不再採用混合推進裝置，將最終過渡到全AIP推進裝置上。

工作原理

閉式循環柴油機（CCD）AIP、斯特林發動機（SE）AIP以及燃料電池（FC）AIP。這三種AIP方案都已被各海軍強國分別採用；如英國、荷蘭等已採用CCDAIP方案，瑞典等已採用SEAIP方案，德國已採用FCAIP方案。

內部供給

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會加入雜質氣體，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）

斯特林系統

斯特林發動機，又被稱作是外燃機或熱氣機 。瑞典Kockums造船公司為瑞典海軍建造了三艘安裝了斯特林發動機系統的試驗性哥特蘭級潛艇。這種潛艇所裝的斯特林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公司也將這種斯特林式輪機系統出口給日本，日本新型潛艇將會裝備這種斯特林式輪機系統。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。

據相關報導，部分中國潛艇如032型潛艇已採用斯特林發動機（SE）AIP技術，採用的熱氣機（Stirling Engine）是一種由外部供熱使氣體在不同溫度下作周期性壓縮和膨脹的閉式循環往復式發動機 。

燃料電池

燃料電池是指潛艇水下航行時利用自身攜帶的氧(通常為液態氧)，為熱機或電化學發電裝置提供燃燒條件，完成能量轉換，為潛艇提供推進動力和電能，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。

燃料電池具有最大優勢，其在工作時不發出任何噪聲，但能以極高的工作效率輸出電能。但是對於燃料電池燃料的儲存，補充還存在問題。燃料電池的燃料往往易爆，儲存和補充時需要特殊設計的設備。但使用新設備既增加成本，又增加了故障的可能，大規模戰爭下很難大量維護。

套用潛艇

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；

•日本蒼龍級潛艇（使用斯特林式輪機系統），現服役於日本海上自衛隊。

•中國039A元級潛艇（使用國產AIP發動機），服役於中國海軍。

•韓國孫元一級潛艇，服役於韓國海軍

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。

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（斯特林發動機系統），該公司由蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）公司具有。

未來發展

AIP技術的未來發展應朝向安全，經濟，可靠，低噪聲（高隱蔽）。技術主要分為兩大類：(1).燃料電池，(2).斯特林發動機/閉式循環柴油機。而斯特林發動機，閉式循環柴油機均存在活塞做工動作，會發出大量噪聲。而閉式循環柴油機因為工作噪聲大，工作時有氣體要排出艇外，因此只能在較淺的深度運行（大深度下壓強大，排出氣體困難），而排出氣體也會暴露潛艇位置。但其技術簡單，成本低，其與斯特林發動機是AIP潛艇的主力軍。