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中华夏族民共和国AIP潜艇今后如何提升,战力当

对于延长常规潜艇水下续航能力这件事儿,使用AIP系统目前已经成为绝大多数海军国家的共识,在最近几年里下水或者服役的常规潜艇里,AIP系统已经不再是十几二十年前那种潜艇的某个“增值高配”,慢慢成为了新型常规潜艇出门好意思和人打招呼的基础配置。

说到当今世界最先进的常规潜艇,很多人马上就会想到日本的“苍龙”,4200吨的潜航排水量、X型尾舵、圆弧过渡的围壳,还有高大上的AIP系统,看起来就很厉害。然而实际上,最近央视曝光的我国039C型常规潜艇,颜值一点也不输给日本“苍龙”,而且性能更加先进。

问题:柴电潜艇深潜海底时的尾气是怎样排放的?

▲中国的潜艇上有没有AIP也已经不再是什么秘密

我北海舰队039C型常规潜艇航拍

039C这颜值,让人不敢相信是中国的潜艇

几年前,AIP似乎还是土豪的专属,如今,除了俄罗斯的“基洛”级之外,全世界新造的常规潜艇几乎全部都标配了AIP,就好像水面舰艇的宙斯盾雷达一样,出门不带个盾、不带个AIP简直不好意思跟人打招呼,同样我国的039A/B/C也全部装有AIP。

这么多039,你能分清楚吗?

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各国发展的潜艇AIP系统虽多,但是归纳起来不外乎四种,闭式循环柴油机、斯特林发动机、燃料电池和小型反应堆。日本前10艘“苍龙”使用的是斯特林发动机,但是由于它响应速度慢、功率低,因此从第11艘“凰龙”号开始,转而使用锂电池。而我国则成功把斯特林发动机的功率提升了117%,如果以V4-275R为参考,那么我国的斯特林发动机功率很可能在150kw以上,如果装4台,可以说功率相当充沛,推动039A/B潜艇不是难事。

我国将斯特林发动机的功率提升了117%

实际上,锂电池虽然能够一定程度上提高潜艇的潜航时间和动力水平,但是它也有存在问题的,功率密度太低,补给困难,而且安全性也不高。特别是“凰龙”号潜艇采用的是与电动汽车相同的“锂离子聚合物”电池,其可靠性看看最近电动车自燃的新闻就知道了。

凰龙不会也想不开吧?

有意思的是,我国不仅发展了斯特林发动机技术,而是几乎把所有四种AIP系统都试了一遍,包括燃料电池在内,但最后却锁定在核动力小堆上。所谓核动力小堆,其实跟核潜艇的核反应堆一样,都是用核燃料烧开水为潜艇提供电力和动力,但是核反应堆尺寸更小,模块化程度更高,这就可以安装在排水量较小的常规潜艇上,以适应我国沿海地区大陆架较浅的局面。

核动力小堆技术好处多多

但最关键的是,核动力小堆提供的动力十分充沛,潜艇不仅航速高,而且续航时间可以长达1年,相比之下,其他AIP系统最多也就在一周左右而已。实际上,我国从上个世纪末就在研制核动力小堆,经过近二十年的发展,目前已经进入技术成熟阶段。虽然我们不知道039C的AIP系统到底是什么,但是如果要给它安装核动力小堆,是完全可行的。(作者署名:铁翼苍穹)

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回答:

无论是日本的“苍龙”级、德国的212/214系列,法国出口给印度、巴西的“鲉鱼”以及中国新建的039A/B/C,都使用了不同类型的AIP动力系统用于延长潜艇在水下的持续作战时间。近几年服役的潜艇型号里唯一没有使用AIP的的,似乎就只有俄罗斯的636.1和636.3系列了——某种程度上这也表明在AIP动力竞争上,虽然苏联是一个“起个大早”的参赛者,现在却处于“晚集还没赶上”的尴尬境地。

这个问题问到点子上了,核潜艇因为使用核反应堆烧热水生成动力,所以没有尾气排放的困扰,而常规(柴电)潜艇,特别是AIP混合柴电潜艇因为要使用到燃料发动机,所以排放尾气确实是一件很困扰的事,直接排放暴露位置,不排放的话会把潜艇里的人活活憋死,那到底该怎么办呢?
军事资讯 1(核动力只要冷却水蒸气就ok了)

▲潜舰不可怕,谁短谁尴尬

一般常规(柴电)潜艇的尾气排放方式

传统的柴电动力潜艇在水下主要靠蓄电池放电进行龟速移动(五节左右),但是蓄电池这玩意儿不管是铅酸的还是锂电池,都用不了几天,这个时候就必须浮出水面利用自身的柴油机驱动,一边走,一边柴油机发电给电池充电,而尾气就直接由通气管排到空气中了,和汽车一样,没什么太大区别,不过动不动就浮出水面,这不是找揍吗?被反潜机发现了绝对死的妥妥的,于是就诞生了所谓的不依赖空气动力装置的AIP混合柴电潜艇。
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前一阵子我们看到《军事报道》里出现的所谓“加装AIP的中国海军基洛级潜艇”,后来被证实是电视剧《深海利剑》里一艘经过再加工后,“额外添加”了拉长的后半截艇身和围壳舵的基洛级潜艇。

并不是每种AIP潜艇都需要排尾气

AIP动力装置主要有三种,分别是闭式循环柴油机、斯特林发动机、燃料电池,而其中的燃料电池依靠的是聚四氟乙烯燃料电池和氧化剂直接将燃料转化为电能,不需要发生燃烧过程,产生的气体非常少,是一种最先进最清洁的动力方式,所以也就没有尾气排放这个问题。而闭式循环柴油机和斯特林发动机虽然工作方式不同,但是都有空气或者氧气燃烧的过程,所以排放尾气其实就是这哥俩儿的专属科目。
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▲你以为军事报道就钦定官泄官宣了?

潜艇排放尾气当然不是直接排到海水中去

一个排水量两千吨的AIP潜艇,如果将尾气直接排放到水里,会在海面上形成一个340米长的气泡带,这不是摆明了告诉敌人:我就在这里,快来抓我呀。
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所以潜艇排放尾气最好的方式就是将尾气融入海水,然后再将海水排出去,这就是AIP潜艇尾气处理装置,这套装置主要由水管理系统、喷淋冷却系统、旋转吸收系统组成。尾气在产生后第一步通过海水喷淋装置经过雾化处理后进行降温,然后进入旋转吸收系统在高速旋转下与海水充分接触吸收,最后再给与一定压力将海水挤出去,经过处理后的尾气不仅红外信号减弱,而且不会在海面形成明显气泡,安全性大大提高。当然了,最后还得补充一句,尾气吸收主要吸收的是量最多的二氧化碳,而不易溶解的氧气和氮气又会循环回去经过混合进入二次燃烧,反复使用,这一点大家要记住哦!好了,小葵花课堂今天就结束啦,喜欢我的可以给个关注呀!
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回答:

军事资讯 6一般柴电潜艇潜水的时刻是靠着蓄电池的储备的电来实行深潜机动,不排出尾气。使用闭式循环柴油机/汽轮机或斯特林发动机的AIP潜艇,产生的废气需要在本艇进行专门的处理,从海水冷却吸取后排放艇外。紧急情况下也可以直接排除艇外,但这样会产生气泡航迹,从而暴露潜艇位置。军事资讯 7

柴电潜艇通常也叫成常规动力潜艇,当位于海面或通气管航行状况通过柴油机驱动螺旋桨行进,并且柴油机还使得发电机工作来为蓄电池蓄能。当位于深潜状况柴油机不能工作时,就通过蓄电池提供的电给电动机来使得潜艇推进。蓄电池的电力用完后呢就重新浮起到海面或靠近于海面通气管的深度,开启柴油机发电。近年来比较先进的安装有不依赖空气动力装置(AIP)的常规潜艇,实际上属于混合型柴电潜艇,加氧气同氩气组生人工气体,使得柴油机等机器于关闭循环情况下正常运作。而带有这些二氧化碳海水经过相关处理设施后又排舷外。整套的机器经相关控制,能够习惯柴油机/汽轮机负荷、潜艇潜水深度的改变,确保潜艇的正常运作。军事资讯 8

斯特林发动机是一型外面加热的持续运作发动机,加上要不断提供氧气反应发出热量,烧过后废气处理方式同闭式循环柴油机等机器相似。燃料电池由氢气与氧气反应产生水并发电,不产生废气。常规潜艇加装AIP系统后大大延续了的潜水运动时间,然而仍旧不能实行潜艇长时间高速运动。故此,有条件还要多生产核动力潜艇。

回答:

柴电潜艇的的柴油机水下是不工作的,潜艇的柴油机只有在水面航行、半潜航行和通气管状态时才工作,下潜之后靠的是电池组和电动机推进。至于为什么水下不用柴油机,很简单没有那么多氧气维持。军事资讯 9

柴电潜艇主要有柴油机、蓄电池和电动机构成。其中柴油机为水面航行、半潜航行和通气管航行这些有外界空气来源时才会使用。至于通气管就是伸到水面以上的一根管子吸入空气和排出肺气,这样提高了潜艇的隐蔽性,但是这个根管子长度有限,只能在地深度使用。当潜艇使用柴油机时航行速度可以到到15节以上。军事资讯 10

当柴电潜艇潜入水下时因为没有外界空气来源,必须关闭柴油机改为电池和电动机推进。但是这种推进方式比较慢,通常水下经济航速只有5节左右。而且蓄电池电量有限,必须隔一段时间浮出水面改为柴油机航行并带动发电机为电池充电。

下面说一段事故:

2003年4月,中国海军361潜艇失事,出事前处于通气管航行状态。根据公布的调查结果显示由于当时海面风浪较大,海水涌入通气管,通气管自动关闭。但是艇内柴油机还在工作,迅速将艇内氧气耗光,艇员窒息死亡。在操作过程中指挥员也可能存在指挥上的失误。

目前很多国家已经转为研制不依赖空气推进的AIP潜艇,而且也是目前常规潜艇发展的趋势。AIP主要通过在艇内加装液氧储罐、化学电池组、自持式船用反应堆(这种反应堆铀浓度低、压力低、功率小无法与核潜艇堆相比,因此划归为AIP)等等方式降低潜艇水下空气依赖程度,自己为自己提供空气和能量,大大提高常规潜艇水下航速和水下自持能力。但是常规潜艇毕竟还是常规潜艇,即便AIP也无法与核潜艇的体量、自持能力相抗衡。军事资讯 11

回答:

答案是,普通柴电潜艇,水下不开柴油机(通气管状态另计)……

AIP的船,比如斯特林柴油机,尾气会被处理后排放。

▲其实也是可以随便找素材来弄的

施佬小时候看科普的时候,AIP的主要动力类型有闭式循环柴油机、斯特林发动机、燃料电池以及多数时候被一笔带过的小型核反应堆。现在又多出个法国潜艇使用的MESMA走的就是闭式循环汽轮机路线,瑞典、日本、中国的潜艇使用的是斯特林发动机,德国以及出口到韩国、希腊等国的的潜艇则使用燃料电池技术。

▲当然不同国家的AIP体系各有特色

这几种原理其实都有各自的局限性,闭式循环柴油机在上世纪50年代曾经在苏联的615型上得到运用,但随后因为液氧导致的多起事故让这种动力系统声名狼藉;

▲其实现在还有德国公司在卖这套技术,但是好像至今还没有人买

闭式循环汽轮机的循环回路系统体积和重量相对太大,制造和使用成本都较高且噪音不小;

▲这套系统除了热源不一样,其他很多东西都和核反应堆类似

斯特林发动机的响应速度较慢、对减震系统要求较高,而且在现有条件下增加功率的难度较大,一般的2000-3000吨的常规潜艇要至少安装4台才能满足水下充电的需求,日本因为对这种充电能力心怀不满而又难以提升,已经在第11艘“苍龙”上放弃了斯特林机,转而用锂电池来弥补水下持续航行的能力;

▲中国的斯特林机功率比西方产品高117%,但整体功率还是有限

至于燃料电池,目前技术下所能达到的功率密度太低,液氧和液氢的补充相对困难,而且需要经常性进入干船坞拆掉外壳检修,其维护并不方便。

▲老是想要这样搞,那谁受得了

所以在这样的情况下,AIP里被“一笔带过”的核动力小堆方案反而似乎成了AIP技术的前进方向。特别是当有关中国可能使用核动力小堆作为常规潜艇的AIP动力形式的时候,有关核动力小堆的讨论自然就成为了热点。

▲尤其当有官泄的时候……

从技术原理的角度上来看,小堆AIP本身与普通核潜艇的核反应堆在规模和尺寸上有很大的区别,但其实都是“烧开水”。无论是脉冲堆、高温气冷堆还是一体化压水堆,其方式都是反应堆中裂变反应的产生的热量通过加热回路水最终驱动蒸汽轮机产生电力,并使用这种电力为电池充电或者使电动机驱动潜艇前进。主要的区别在于小堆的尺寸更小,且一般来说模块化程度更高。

▲瑞典这样的国家早年其实也很认真研究过核潜艇,AIP其实反而是退而求其次的备份

一般来说,小堆的各种含有放射性的系统最好都集中到AIP舱段中,并且统一进行辐射的屏蔽,而且需要在耐压壳体上预制开孔可拆板,以便设备的吊装、核燃料的添加以及退役拆除。之所以核潜艇不需要而小堆要这么做,是因为大型核反应堆装料更多,平均接近十年甚至更久才需要更换一次,切开艇体的形式问题不大。而小堆尽管比起其他的AIP系统有着续航力更长的优势,但一般来说1年左右就需要进行换料。如果每次都要切开潜艇艇体,对于潜艇的出勤率显然有着不小的影响。

▲每次都要切开……那潜艇的勤务性就太差了

当然之所以用小堆而非纯粹的核潜艇,主要考虑的还是潜艇的造价和使用的经济性,毕竟小堆的价格虽然高于普通AIP,但比起纯粹的核潜艇还是要便宜一些。但是从另一个角度来说,施佬并不觉得小堆AIP对于中国海军是个太好的选择。因为无论是纯粹的核潜艇还是小堆AIP,对于那些需要换装的常规潜艇部队来说,都需要建立一套完整涉及核动力系统的操作和使用规范,以及与各种放射性设备有关的岸上硬件设施。说到底,潜艇造价可能会差不少,但维护核反应堆的体系,无论反应堆的大小,整体的复杂程度也许并不会有太大的差异。

▲毕竟放射性物质一克也不能麻痹大意啊,堆大堆小那都是致命辐射

而在潜艇性能的角度,小堆AIP与正规的核潜艇却是有着天壤之别的,特别是对于潜艇机动性至关重要的水下持续航速来说,能够持续以25节进行水下机动的正规核潜艇和只能持续在水下以不足10节航速行驶的小堆AIP艇在战术意义上的差别,某种程度上就好像二战初期的德国II型潜艇与二战末期的XXI型潜艇之间的性能差距一样巨大。在这样的情况下,是否真的要将小堆AIP作为水下舰队下一步的发展方向,还是要好好研究一下的问题。(作者署名:胡诌施佬)

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