潜艇发动机

【专家解说】：常规动力潜艇一般有都被称作“柴电潜艇”，顾名思义，它通过柴油机带动发电机来发电，然后把电力储存在蓄电池内，而驱动潜艇前进的就是电动机了。此类潜艇把蓄电池的电力耗尽之后是需要上浮到海面启动柴油机发电的，或接近于海面利用通气管排放柴油机的废气。传统的柴-电动力潜艇在水下潜航2~3天，就会耗尽电池能量，必须浮上水面给蓄电池充电。 核动力潜艇的动力是依靠反应堆产生的原子能去烧水来推动燃气轮机，以此来推动潜艇前进，所以说核潜艇只要带够艇员需要的水和食物，理论上的潜航时间是无限的。 除了以上两种潜艇外，现在又有一些不依赖空气动力装置（AIP）的混合型柴电潜艇，主要有闭式循环柴油机（CCD）AIP、斯特林发动机（SE）AIP以及燃料电池（FC）AIP三种方案。以下再做进一步介绍： 1 闭式循环柴油机AIP（CCDAIP） 该系统以闭式循环柴油机为发电机原动机。为使柴油机在没有空气供气状况下工作，必须提供模拟空气成份的进气气体，使柴油机发火燃烧工作。为此，将柴油机排出的废气经CO2吸收器吸收部分CO2气体，废气中未被吸收部分气体再加入适量氧气，即组成人造大气。但由于这种人造大气中CO2含量总比新鲜空气多，使人造空气的比热值低于正常空气，为保证一般标准柴油机在闭式循环状态下正常工作，一般在再循环的气体中加入适量单原子气体氩，使混合成的人造大气与正常空气比热比值一致。这样柴油机即可在闭式循环状态下正常工作，也可以在开式空气供应时正常工作，实现开、闭合用。为了高效地吸收柴油机废气中的CO2，应首先将温度为350～400 ℃、压力为0.2～0.5 Mpa的废气喷淋冷却至80～100 ℃。再将冷却后的废气送进CO2海水吸收器中，让海水充分溶解吸收CO2气体，而其他成分气体在吸收器中吸收量很少。经这种“洗涤”后的废气进入混合室与氧气、氩气混合后再循环。而溶有大量CO2的海水经海水处理系统（WMS），排出舷外。海水处理系统利用深水能量，不需消耗较多能量而将较低压力的海水（2～5 bar）排放到深水中（如下潜300 m则为30 bar），而水泵耗功只用于克服流动阻力，因此耗功少，整套装置效率较高。为使整个AIP系统协调工作，设置计算机控制系统，以控制水处理系统的海水流量，供氧量等，使整套系统适应柴油机负荷、潜艇下潜深度的变化，保证正常工作。为保证氧气供应，CCDAIP设置一个较大容量的液氧罐（液氧贮存温度-180 ℃）。由于氩气消耗量很小，故AIP装置中只要几个较小容积的氩气瓶就足够了。 2 斯特林发动机AIP （SEAIP） 斯特林发动机（SE）AIP以不依赖空气的斯特林机（Stirling Engine）为发电机原动机。斯特林发动机是一种外部加热的连续燃烧发动机，它通过外部燃烧的高温气体经加热管加热内部循环的工质（船用斯特林机通常用氦气作循环工质），内部循环工质受热膨胀推动活塞作功，使发动机输出轴功率。为了使发动机在无空气条件下连续运行，同样需要连续不断地供应氧气燃烧供应热量，因而SEAIP也装有较大容量的液氧罐。为了排除燃烧后废气，有两种方法可选择。一种是利用废气压力直接排到舷外海水，这需要较高的燃烧压力（30 bar左右），且未燃烧的O2会随废气直接排至舷外，导致未燃O2气和来不及溶解的CO2气冒至海面。另一种方法是象CCDAIP系统一样，装备排气冷却?O2海水吸收器及水管理系统，这样装置会比直接排出废气的办法复杂些，但可使燃烧压力降低，燃烧不随潜深影响，不会产生气泡航迹，隐蔽性较好。 3 燃料电池FC（FCAIP） .? 它采用性能优越的混合动力系统，即燃料电池动力系统和柴-电动力系统混合使用。燃料电池动力系统由聚四氟乙烯燃料电池、液氧贮存柜和气态氢贮存柜等3部分组成。它的燃料电池尺寸小，无腐蚀，功率密度大，使用寿命长。热交换器、排出泵、冷却水泵、催化剂罐、燃料电池电子设备、斩波器和逆变器等是燃料电池的主要部分。它不用空气，而是将氢燃料和氧化物放到特殊燃烧室内进行电化学反应，直接转换成电能，驱动电动机推进潜艇航行。它在水下就能自行充电，取得了“不依赖空气”的技术突破。