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作者 : PP

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由德国212型潜艇谈AIP技术
  4月7日,由燃料电池驱动的德国212型 U31号潜艇在德国基尔港进行了首次下 水试航。消息传开,世界各国海军为之轰动,因为德国海军新建的212型常规潜艇 是在209型潜艇的基础上研制成功的世界上第一型装备燃料电池的不依赖空气动力 装置的 A I P潜艇。

  各国青睐 A I P

  德国在这时候试航 U31号潜艇,不仅表明燃料电池驱动潜艇技术已由研制走 向实用,而且表明采用 A I P动力装置的潜艇将日渐受到各国海军的重视。世界 上,有不少国家在研制燃料电池驱动的常规潜艇。除德国外,美国、俄罗斯等国 也在研制燃料电池驱动的常规潜艇,但 U31号潜艇却是最先下水的。德国海军称 ,它是「目前世界范围内最先进的常规动力潜艇」。

  研制 A I P动力潜艇,即「不依赖空气推进装置」的常规潜艇,是许多国家 海军多年的夙愿。如今它已日渐风靡各国海军,并大有引领常规潜艇发展之势。 众所周知,当今世界上有40多个国家和地区拥有800艘左右的潜艇,其中常规动力 潜艇就有700余艘。与核动力潜艇相比,常规动力潜艇机动灵活、噪音小、造价低 ,但它们有一个致命的弱点:不能在水下作长时间的航行,必须经常上浮至海面 「呼吸」,也就是要在通气管状态下使用柴油机为蓄电池充电,这样很容易被对 方雷达侦察到,同时柴油机为蓄电池充电时所产生的噪声也极易被对方水声器材 探测到,因而大大增加了常规动力潜艇的暴露率,使其生存能力受到严重的威胁 。为了减少暴露率,增加隐蔽性,早在二战期间,德国及苏联就曾涉足 A I P动 力装置的研究。进入20世纪后半期以来, A I P动力装置更如繁花怒放,纷纷在 各国潜艇上「安家落户」。

  目前,世界各国海军已经研制了各种各样 A I P动力装置的潜艇,并使之服 役。其中,世界上第一艘装备斯特林发动机的 A I P潜艇「哥特兰」号于1995年 2月下水;1996年7月该艇正式服役于瑞典皇家海军。该艇使用斯特林发动机,能 获得大约6节的水下航速,并可保持该航速连续航行15天。同时,发动机上的吸收 装置可把废气与水充分搅和后排出艇外,不会在周围环境中形成气泡,从而减少 了尾迹,降低了红外辐射。

  苏联海军早在20世纪50年代就建造了几十艘使用另一类 A I P动力装置的 Q 级潜艇。这种 A I P是闭式循环柴油机。目前,俄罗斯正式向外推出的一种新型 A I P潜艇是「阿穆尔」级潜艇。该级艇采用的是碱性燃料电池。这套燃料电池 动力装置的功率为300千瓦。它能保证该级艇以水下3.5节的速度持续航行20天。 此外,荷兰、巴基斯坦、日本、澳大利亚、意大利、英国等国近年来也纷纷加入研 制、潜艇加装 A I P动力装置的行列。

  漫长而曲折的发展历程

  形象地说,燃料电池相当于一个自动运行的发电厂。它的发展是以电化学、 电催化、电极过程动力学、材料科学、化工过程和自动化等学科为基础的。从18 39年格罗夫发表世界上第一篇关于燃料电池的报告至今,它的发展历程已有160余 年。燃料电池以气体为氧化剂和燃料,但由于气体在液体电解质中的溶解度很小 ,导致电池的工作电流密度极低。为此,科学家提出了多孔气体扩散电极的概念 ,才使燃料电池具备了走向实用化的必备条件。

  但在20世纪60年代以前,燃料电池一直处于理论与应用基础的研究阶段,仅 涉及概念、材料与原理等方面。进入20世纪60年代以后,由于载人航天对于大功 率、高比功率与高比能量电池的迫切需求,燃料电池引起一些国家与军工部门的 高度重视。很快,美国就研制成功了「阿波罗」登月飞船上的主电源———培根 型中温氢氧燃料电池。20世纪70~80年代,由于出现世界性的能源危机,促使世界 上以美国为首的发达国家大力支持民用燃料电池的开发,从而使燃料电池发展到 兆瓦级试验电站的阶段。迄今还有数百台200千瓦磷酸燃料电池电站在世界各地运 行。而基于质子交换膜的燃料电池现正飞速发展。各种以其为动力的电动车性能 可与内燃机车辆相媲美(除了造价高以外)。因此其已成为美国政府和有关公司 关注与竞争的焦点。

  燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效(50%~70%)环 保地转化为电能的发电装置。它的发电原理与化学电源大致一样,由电极提供电 子转移的场所。导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移。电子通过外电路做功 并构成电的回路。燃料电池的工作方式又与常规的化学电源有所不同,更类似于 汽油、柴油发电机。它的燃料和氧化剂不是储存在电池内,而是储存在电池外的 储罐中。当电池发电时,要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂,排出反应产 物;同时也要排除一定的废热,以维持电池工作温度的恒定。而其储存能量则由 储存在储罐内的燃料与氧化剂的量来决定。

  A I P打造新「海狼」

  212型艇长55.9米,宽7米,吃水6米;水上排水量1450吨,水下排水量1830吨 ;水上航速12节,水下航速20节;水下续航能力168小时/8节,下潜深度200米; 编制23人。艇体主要部分采用单壳体结构,而部分艇体采用双壳体结构,艇上所 有能产生噪音的机械都安装在潜艇双壳体内。艇体采用奥氏体钢,具有无磁、高 强度、高弹力等性能。艇后部水平舵为 X形,并首次装备了指挥台水平升降舵。 艇上还安装有潜艇集中的操纵控制系统。它可将艇、机、舵的操纵控制融为一体 。中央控制台只需一人,即可完成对艇的深度、航向、航速和纵倾等控制,实现 操纵控制的全部自动化。艇上安装有由燃料电池和柴-电动力组成的混合动力系统 。前者主要用于水下隐蔽的长时间航行,后者则用于获得作战所需的高航速。两 者既可单独使用,也可联合使用。该级艇装备有6具533毫米鱼雷发射管,共携带 鱼雷24枚,不装鱼雷时可携带24个水雷。

  德国海军212型 A I P潜艇采用了由燃料电池和柴电动力组成的混合动力装置 。燃料电池动力系统主要包括:9个模块单元组成的质子交换膜燃料电池组、液氧 存储罐及在金属氢化物中存储的氢。每个模块可输出功率34千瓦,9个模块的总输 出功率为300千瓦。试验证明,利用燃料电池驱动,212型潜艇的最高速度可达8节 ,并可在水下连续航行7天,如果以4.5节的水下速度航行,续航距离可达1250海 里。艇上另一套动力系统是由柴油发电机组、推进电机、蓄电池组和配电设备等 组成的常规推进系统。上述两套系统既可以单独工作,也可以同时进行工作。两 套系统同时工作时,水下的持续最大航程为1683海里,是209型潜艇的4倍多。

  212型潜艇艇体采用的是低磁钢,同时艇上还装有高性能的消磁系统,可及时 地进行消磁处理,使艇始终保持低磁。艇的外表及升降装置表面均涂敷有新研制 的、可吸附声波和雷达波的特殊材料,能有效地降低敌声呐和雷达的探测距离, 从而使该艇的隐形性、安静性都名列世界一流。艇前部装有6具533毫米鱼雷发射 管,可发射新式智能化鱼雷,既能反舰,也可反潜,是名副其实的「海狼」。


发表时间 :2004/7/17  


 

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