世界上真正有能力掌握常规潜艇AIP的有几个国家?
世界上真正有能力掌握常规潜艇AIP的有几个国家?
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AIP潜艇的引领者是瑞典,跟进者是德国,能制造但摇摆不定的是日本,青出于蓝而胜于蓝的是中国,另外俄罗斯、荷兰等国也具备AIP潜艇制造技术。
AIP动力潜艇实际上就是让常规潜艇具备了一些核潜艇的特性,比如大幅提升的水下续航能力。对于潜艇来说下潜深度越大越难以被探测,反过来说就是下潜深度越小被发现的概率就越大,而浮在水面的潜艇是最容易被发现的,同时浮在水面的潜艇也是战斗力最薄弱的时候,而核潜艇的优势一是续航能力长,二是不用经常跑到水面为电池充电。
此前常规潜艇在水下跑上几天就不得不跑到水面为蓄电池充电,这就造成了常规潜艇的持续攻击能力和隐蔽能力的降低,AIP潜艇就是解决了这个问题,采用AIP动力的常规潜艇对空气和氧气的依赖性大大降低,可以通过内循环在水下长时间部署,具备了核潜艇的一些特点,对没有技术和实力研发核潜艇的国家来说,AIP潜艇无疑是最好的选择。
世界上最早研发AIP潜艇的国家就是瑞典,上世纪80年代瑞典海军就在一艘水怪级潜艇上加装不依赖空气推进系统进行测试并积累了丰富的经验和技术。1996年瑞典第一艘AIP潜艇服役,这就是世界上第一款量产型的哥特兰级AIP动力常规潜艇,由此瑞典也成为了AIP潜艇的引进者。2000年初美国海军曾以每年2000万美金的价格租借了一艘哥特兰级潜艇进行对抗训练,这艘潜艇凭借出色的静音水平和水下续航能力,让美国海军的核潜艇也感到头痛。
德国是在在瑞典之后第二个展开AIP潜艇研发的国家,不过德国研发的AIP潜艇采用了和瑞典哥特兰级完全不同的技术,瑞典的哥特兰级AIP潜艇采用的是斯特林发动机技术,而德国的212型AIP潜艇采用的是燃料电池技术。2005年212型潜艇正式服役,目前德国海军在212型潜艇的基础上发展出了新型的214型潜艇,目前德国的AIP潜艇制造技术也属于佼佼者。
日本对AIP潜艇非常看重,由于历史原因日本没有获得攻击型核潜艇的任何机会,而潜艇又是海上自卫队的主要攻击力量,因此在AIP潜艇问世后日本立即着手研究,此后日本从瑞典引进了斯特林发动机技术打造出了自己的苍龙级AIP潜艇,不过日本在AIP动力潜艇方面显得比较摇摆,海自新一代常规潜艇大鲸级并未采用AIP动力,而是采用了柴油机加锂电池的组合,这实际上就是此前的柴电潜艇,只不过电磁成了锂电池。
再来看看我国,我国AIP潜艇最早的技术是来自于瑞典,引进的也是斯特林发动机技术,不过我国向来比较擅长走从没有到引进再到不断改进然后超过引进版的路子,我国从瑞典引进的斯特林发动机功率为75千瓦,但2021年我国自主研发的大缸径斯特林发动机的功率达到了320千瓦!不过我国的AIP潜艇属于锦上添花而非雪中送碳,因为我国有核潜艇,AIP潜艇对我们来说有更好,没有也没多大问题。
美国海军在几十年前就实现了潜艇全部核动力化,所以此前在AIP潜艇方面并不感兴趣,不过随着AIP潜艇越来越多越来越先进,美国的核潜艇优势实际上在悄悄降低,因此美国对AIP潜艇的技术走向目前是非常关注的。除此之外,荷兰、俄罗斯和法国等国也具备AIP潜艇的建造技术,只不过各自采用了不同的路子,因为只要是不依赖空气推进的常规潜艇都可以称之为AIP潜艇,因此这些国家的AIP潜艇技术区别很大。
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迷彩虎军事为您回答。瑞典,全球最适合人类居住的国家,但你如果仅仅以为它是个美丽的欧洲小国那就大错特错了,它漂亮的外衣下可穿着件铜皮铁甲,是一个让美国都忌惮的军工强国之一,其制造的火炮、战斗机性能相当优异,同时在海军装备领域,AIP动力技术全球领先,在此技术上研制得来的斯特林发动机是本国的一项独门技术,一经问世便引发多国关注。
我国也是秘密从瑞典引进了这项技术,直到数年之后,才公开了承认了这件事。并且,我国从瑞典引进的AIP技术应用到核潜艇上之后,潜艇的原始功率由75千瓦提到了160千瓦,但美国却不以为然,可能他们没看上这门技术,也可能内心不愿意承认一个欧洲小国竟然能研制出比他们还好的技术,最后,事实证明美国轻视了瑞典军工。
2000年初,瑞典派出一款满载只有1500吨的潜艇参加大西洋海域演习,意外的击败了美军核潜艇一炮而红,美国以为是侥幸,谁知道2004年的北约地中海演习中,美军核潜艇又成了它的手下败将,这次美国终于开始重视这个小家伙了,调查之后才发现,这艘名叫哥特兰级的潜艇沿用的便是AIP技术,正是这门技术让这款潜艇工作噪声降低了40分贝,空气噪声降低了20分贝,成为了真正意义上的水下隐形杀手。
于是,美国特意将它租回国内进行了为期一年的测试,哥特兰级潜艇在测试中屡次让美国的核潜艇吃尽苦头,美国先进的声呐设备根本无法具体探测到它的存在,连美国的航母战斗群都拿它没办法。
其实,世界都被瑞典美丽的外表所蒙蔽了双眼,要知道瑞典盛产铁矿,铜矿,工业体系十分完善,并且一直坚持走军工自给自主的道路,才有了今天的局面。这群世代生活在北欧的人群,身体里留着的是勇猛和坚强的血液,他们自主创新的精神值得每一个国人学习。
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1、瑞典。研制成功世界上第一款AIP动力潜艇,搭载“斯特林”发动机,该发动机技术为目前世界上最成熟、最可靠的AIP动力技术。代表型号为A-19哥特兰级潜艇。 2、俄罗斯。采用碱性燃料电池AIP技术,代表型号为拉达级潜艇。 3、法国。采用闭式循环汽轮机AIP技术,代表型号为鲉鱼级潜艇。 4、中国。本世纪初引进了瑞典“斯特林”发动机的全套生产技术,并加以改进,国产化的“斯特林”发动机整机输出功率超过原机,达到原机的117%,并已完全实现国产化。代表型号为039B型潜艇。 5、日本。同样从瑞典引进了“斯特林”发动机的全套生产技术,并实现国产化。代表型号为苍龙级潜艇 6、德国。采用氢氧燃料电池AIP动力技术,与俄罗斯同为电化学燃料电池AIP技术流派,但在具体设计思路上有一定区别。代表型号为212A级潜艇。
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由于财大气粗的老美忠情于搞水下庞大的全核舰队,所以对常规动力潜艇的发展历来不屑一顾,全球率先搞出实用的AIP技术常规潜艇的不是中俄德日等常规潜艇玩得非常顺溜的国家,而是位于斯堪的纳维亚半岛的北欧小国瑞典。
军网上有人说德国2002年3月定型建造2005年10服役的U-212级潜艇,是世界上第一艘用于实战的燃料电池型AIP潜艇。其实,瑞典建造的哥特兰号才是世界上第一艘实用型的AIP潜艇,1992年11月20日开工建造,1996年7月1日,就正式交付瑞典皇家海军,在时间上要早于德国人的U-212级潜艇。
当然,德国是全球最早搞AIP技术的国家,二战时期,德国潜艇为了躲避盟军的空中打击,研究潜艇下潜时间后延长办法,最初,搭载液态氢跟液态氧,并进行了实验,但却在二战结束时终止。
苏联,曾在在60年代,利用德国的潜艇技术,也用液态氢跟液态氧进行过实验,但由于不安全,最终项目终止了,德苏也算是最早的搞潜艇AIP技术的国家,但率先研发成功的桂冠只能戴瑞典人头上了,荣誉属于瑞典人。
Air Independent Propulsion,简称AIP,意即种不依赖空气的推进装置,加装了AIP系统的常规潜艇,其水下潜行时间要远超一般的常规潜艇,不必经常将潜艇上浮到潜望镜状态或浮出水面换气,大幅增强了潜艇的安全性和隐蔽性,不易被敌侦察机和反潜机发现,作战效能力也得以提升。
因此,当代潜艇的发展,除了核动力以外,显然AIP技术是常规潜艇发展的主要方向,各国海军常规潜艇上安装AIP系统已经成为趋势,有条件的安装,没有条件的创造条件也要上AIP技术。
但由于AIP技术相当繁杂,不是一般的国家所能搞的,目前有就瑞典、德国、法国、荷兰、日本、俄国以及中国等少数国家有能力研制AIP技术的常规潜艇。
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先上结论,目前世界上真正有能力掌握常规潜艇AIP技术的国家很少,只有瑞典、德国、俄罗斯、法国、加拿大、英国、美国以及中国等少数几个国家积累了比较成熟的潜艇AIP技术
。AIP潜艇的出现,使常规动力潜艇再次获得较大发展,某些方面甚至能达到核潜艇的水平。常规潜艇的技术难度、建造条件和成本都要小于核动力潜艇,因此被大部分的国家所青睐。但是AIP系统技术仍然是有一定技术门槛的,所以能够建造AIP潜艇的国家并不多。本文将结合AIP系统的类型,介绍一下目前AIP潜艇的发展现状。
什么是AIP潜艇?有哪些类型?
潜艇AIP系统指的是“不依赖空气推进系统”, 英文全称是“Air Independent Propulsion”,是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能提供推进动力和其他动力的能源系统。常规动力潜艇一般在水面或通气管状态航行时采用柴油机推进,在潜航时采用蓄电池推进,所以要经常浮到水面对蓄电池进行充电。而AIP系统主要利用自身携带的氧气,为热机或电化学发电装置提供燃烧条件,提供水下航行所需的推进动力,所以不需要频繁上浮,可以在水下连续潜航几周时间。
目前世界上比较成熟的潜艇AIP系统主要分为三大类,分别是热机系统、电化学系统和小堆系统(核动力AIP系统)。
其中热机系统包括斯特林发动机AIP系统(SEAIP)、闭式循环汽轮机AIP系统(MEMSAAIP)、闭式循环柴油机AIP系统(CCDAIP)等形式,电化学系统以燃料电池为主要形式,称为燃料电池AIP系统(FCAIP),小堆系统是基于低功率核动力装置的动力系统(LLNPAIP)。目前使用较多的AIP系统主要有斯特林发动机系统、燃料电池系统和等闭式循环汽轮机AIP系统等。下面将结合不同国家的AIP技术情况,逐一介绍以上几种AIP系统的发展动态。
瑞典
瑞典在斯特林发动机系统方面有很深的技术研究,建造了世界上第一艘实用型AIP潜艇“哥特兰”号。
该潜艇采用两台V4-275R MK2斯特林发动机,和两台两台MTU柴油发电机一起,组成了独特的闭式循环混合动力系统。在V4-275R MK2斯特林发动机之后,瑞典又推出了其升级版V4-275R MK3型无极斯特林发动机,计划应用在正在建造的A26型常规动力潜艇上。
德国
德国对多种AIP系统技术进行了研究。在闭式循环柴油机AIP系统(CCDAIP)方面,德国利用MTU柴油机、吸收器及海水管理系统组成了
250kw闭式循环柴油机系统
,在已退役的一艘205级U-1潜艇上进行了测试,推出了CCDAIP舱段。
德国在燃料电池AIP系统方面,走在了世界前列。
2003年4月,德国下水了全球第一艘燃料电池AIP潜艇——212A型U31号,采用的是BZM 34型燃料电池模块。后来德国又建造了214型潜艇,采用的是改进版的BZM 120型燃料电池模块,输出功率240kw,水下续航时间可达三周。德国新一代216型AIP潜艇,用锂离子电池取代了此前的铅酸电池,代表了燃料电池AIP系统技术的最新发展方向。
俄罗斯
早在苏联时期,就进行了闭循环柴油机潜艇的研究,并应用在了A615级潜艇上。在667型潜艇上改造而来的“阿穆尔-1650”级AIP潜艇,采用了
“水晶”27E型第二代FCAIP系统,搭载了两组碱性燃料电池系统
,功率300kw。此外,俄罗斯“拉达”级潜艇也使用了相似的FCAIP系统。在“水晶”27E型基础上,俄罗斯又研制了第三代“水晶”型FCAIP系统,以AIP系统为主动力,额定功率可达600kw,续航力最长可达90天。此外,俄罗斯还在开展小型核反应堆AIP技术和热气机AIP系统的研究。
法国
法国在闭式循环汽轮机AIP系统(MEMSAAIP)方面有所造诣
,法国第一代MEMSAAIP系统的稳定功率为200kw,安装在了“阿哥斯塔”90B级潜艇上。法国研制的自主式能源舱AIP系统,是首个投入实用的闭式循环汽轮机AIP系统。以闭式循环汽轮机AIP系统为基础,法国推出了基本-AIP潜艇和紧凑型、低成本AIP潜艇。法国还在研究燃料电池AIP系统技术,提出了SMX-24方案。
加拿大
加拿大在低功率核动力装置AIP系统(LLNPAIP)方面比较先进
,推出的AMPS系统是目前世界上最为成熟的小型反应堆装置之一。
英国
英国在闭式循环柴油机AIP系统(CCDAIP)方面处于世界先进水平
,先后研制了144kw的D2566ME型、250kw的MTU8V183TE52型、400kw的MAN型闭式循环柴油机AIP系统。
美国
美国虽然没有常规动力潜艇,但是也对燃料电池AIP系统技术进行了研究
,美国UTC为西班牙S-80A潜艇提供了300kw的质子交换膜燃料电池模块。另外,美国还研制了SP1000型反应堆系统,还有热离子和热电系统反应堆联合装置,可以用于驱动3000吨级的AIP潜艇。
中国
中国AIP潜艇采用的是斯特林发动机系统,在这方面处于领先水平。
另外还有一些国家能够建造或者拥有AIP潜艇,但是其技术基本来自以上几个国家,因此不能称之为独自掌握了潜艇AIP系统技术。
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目前,世界上真正有能力掌握常规潜艇AIP技术的国家真没有几个,其实就是四个国家,德国、瑞典、法国、中国。
目前,从技术上说,也就是三个派系,其中的德国燃料电池技术。瑞典的斯特林发动机,以及法国闭式循环汽轮机技术,这属于主流的技术,中国引进的瑞典的斯特林发动机技术,从而推出自己的产品,在主要性能有很大的提高,原始功率由75千瓦提到了160千瓦,目前已应用于我军的新一代常动力潜艇。
除此之外,某些国家也提出一些技术,比如:荷兰的闭式循环柴油机,以及锂电池技术等,甚至有超小型核反应堆技术,可惜状态不太理想,要么处于研发之中,没有进入实施应用阶段,要么应用有限。
目前各国对于AIP技术依然有不小的研究工作,但是大体主流仍然为前面的三种。其实,许多国家即使可以生产出AIP潜艇,也往往只是利用别人的技术,日本使用的就是瑞典斯特林发动机,引进了生产许可证,实际依然只能进口原装发动机,这一点已在有关澳大利亚的竞标报告中得到披露,日本在报告中承认自己无法完成相关的仿制工作。韩国则为啊引进的德国技术,是否已经完成其国产化工作尚待研究。
其他国家基本不掌握相关技术,其中俄罗斯根本没有可以实用的AIP技术,只是提出了超小型核反应堆,以及从事燃料电池的研究工作,美国压根不研发常规动力潜艇,有关技术只是作为基础研究项目进行,没有实用化。
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瑞典 俄国 中国 日本 法国 德国 ,选这几个国家是因为比较有代表性,因为这几个国家的AIP潜艇比较著名,所以接下来我会一一讲解。
瑞典
可别小瞧这个国家,这个国家有强大的军工能力比较著名的产品包括爱立眼预警机鹰狮战机,世界上首艘AIP潜艇就是瑞典制造哥特兰号。其采用的斯特林发动机被多国引进包括中国,不过瑞典制造的单台功率65千瓦对于大型潜艇功率太小,哥特兰级排水量1500吨可以说是常规潜艇的小个头。
中国
中国的AIP技术也是来源于瑞典,只不过中国引进了斯特林发动机之后改进功率达到了原机的110%多,中国成功将其应用在元级潜艇以及出口S20型潜艇上。
德国
德国采用的是燃料电池技术,跟瑞典是完全不同的路子当然德国制造212型潜艇是比较著名的,而且德国制造艇体表面工艺没得说。
法国
法国的阿戈斯塔潜艇,这个潜艇也是AIP动力法国准备研发600千瓦功率的AIP动力装置,所以法国当然也是完全掌握该技术的国家之一。
俄国
俄国准备向中国出售的阿穆尔级潜艇,不过当时有这种传闻中国看不上俄罗斯的AIP装置,这个事情大家应该听说过这里就不详细介绍了。
日本
日本苍龙级潜艇这个是中国在东海黄海最主要的对手,这个潜艇不用说大家也能看出来我们对这个潜艇的重视。
以上就是比较著名的潜艇介绍。
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我军的039B型潜艇
目前,全世界能独立生产AIP潜艇的国家不超过7个,我军也是其中之一。例如,我军的039B潜艇上就安装有一种号称\"不依赖空气推进\"的AIP动力系统,这能够使得潜艇在不上浮换气的情况下仍能够以较低时速行驶,那么AIP技术究竟是什么呢?
德国海军的212型潜艇
目前国际上明确表示掌握AIP技术的国家有俄罗斯、德国、瑞典、法国、西班牙、日本和中国,美国由于核潜艇技术发达,并不需要依赖常规动力潜艇在浅水区域的作战能力,所以并没有发展AIP动力技术。
潜艇,深藏茫茫大海之下,来无影去无踪,堪称是海上的杀手、刺客。特别是二战时期,德国潜艇的\"狼群\"战术,至今依然是各国海军学院的必修课程。在冷战时期,号称红色狼群的苏联潜艇也曾经是北约海军最可怕的噩梦。
(俄罗斯海军677型常规潜艇)
根据俄罗斯卫星通讯社7月24日的报道,联合造船集团总裁阿列克谢拉赫莫马诺夫对《国防》杂志的记者表示,联合造船集团将在2023年底前为俄罗斯海军潜艇制造出不依赖空气动力装置(AIP)。这被认为是俄罗斯潜艇AIP系统发展的最新消息,而在全球常规潜艇AIP装置已经广泛使用数十年后,俄罗斯作为一个世界顶级潜艇大国,却依然没有量产这种现代常规潜艇必备的装备,确实令人惊讶。
何谓\"AIP\"系统?
AIP是\"不依赖空气推进装置\"( Air Independence Propulsion)的英文缩写。这种装置最早出现在二战末期,最初由德国研发,不过尚未得到广泛应用,德国就已经战败投降。而经过战后数十年的发展,AIP系统已经是现代常规潜艇重要的动力推进系统之一,装备了AIP系统的常规潜艇素有\"亚核潜艇\"的美称。
(二战潜艇的模型,当时的潜艇受技术限制,依然以水面航行为主,潜航只是为了躲避敌方的攻击)
潜艇其实早在19世纪就已经出现,但是一直到二战期间,潜艇的技术和战术才得到较大的发展和应用。二战时期的潜艇通常装备两组动力装置:柴油机和蓄电池。其中柴油机负责潜艇在水面状态下航行使用并保障给潜艇的蓄电池充电。而蓄电池则保障潜艇在水下活动时的动力供应
(U型潜艇)
由于潜艇使用柴油机作为动力并给蓄电池充电,而柴油机的工作需要消耗氧气。因此在二战期间,所有潜艇平均每天至少要上浮一次用于充电。而这成为了常规潜艇最大的\"软肋\"。因为潜艇必须要上浮充电,而且由于潜艇蓄电池容积很大,所以即使在柴油机全功率运行的情况下也需要3~5个小时才能将蓄电池完全充满。这就意味着常规潜艇每天必须有3~5个小时在水面上行驶,以便保障柴油机的运行,并给蓄电池充电。这就导致了二战时期的潜艇经常因为上浮充电而被盟军的反潜飞机或者护卫舰击沉。根据统计,在整个二战中约有半数德国潜艇是因为上浮充电而被击沉,可见\"上浮充电\"是制约潜艇作战的重要因素。
(大功率柴油机,至今依然是常规潜艇必不可少的动力心脏)
二战结束后,由于核能技术的发展,以核能为动力的潜艇开始出现,核动力潜艇使用的理论上具备\"无限动力\"的核反应堆,因此可以长时间在水下潜行,真正实现了\"水下杀手\"的战略目标。但是由于核潜艇价格昂贵、技术复杂,而且具备战略意义,目前全球只有中美英法俄五个联合国常任理事国研制并装备了核潜艇。印度虽然自称核潜艇服役,但是……有人看到吗?好像没有吧?印度海军目前现役的核潜艇依然是从俄罗斯租借的一艘971型\"阿库拉\"级核潜艇,所以印度实际上还不算世界核潜艇俱乐部成员。在无法获得核潜艇的情况下,各国海军的技术人员,依然只能在常规潜艇上想办法。
(二战末期的德国21型潜艇(U-XXI),虽然没有改变法西斯的命运,但却成为了战后各国潜艇的样本)
其实在二战快要结束时,德国的科学家们开发了两种装备,可以有效延长潜艇在水下航行的时间。第一种叫通气管。它像一根烟囱一样,直径在0.5~1米之间不等,长度通常在5~15米之间,并且可伸缩。有了通气管之后,潜艇绝大部分时间只需要把通气管伸出水面,就可以通过通气管吸取空气,并支持柴油机的正常运行。这样潜艇就不必整个浮出水面,但是依然可以确保正常的柴油机使用。不过这种情况下,受通气管直径限制,潜艇柴油机的功率无法发挥到最大,给蓄电池充电的时间也要延长。特别是,新式高灵敏度对海搜索雷达的出现,即使仅仅高出水面不到1米的通气管也会被精确发现和定位,因此通气管目前仅是常规潜艇在绝对安全海域使用的航行手段。
真正让常规潜艇具备\"亚核潜艇\"作战能力的,正是AIP型装置的成熟和应用。二战时期,德国科学家曾经尝试让潜艇携带过氧化氢,在水下让过氧化氢分解,从而得到氧气,再用这些氧气来驱动一套特殊的动力装置,这套装置就是最早的AIP系统。不过由于过氧化氢非常不稳定且容易爆炸,现在的AIP系统早已经不使用过氧化氢作为制氧原料。
(AIP系统的结构模型,其中最大的组件就是巨大的液氧储存罐)
当今的AIP系统主要分为三种:斯特林发动机、闭循环柴油机和燃料电池。另外还有一种所谓的小型核反应堆,由于涉核所以不列入常规动力AIP系统介绍。其实三种AIP系统的基本原理都是一样的,也就是在潜艇上额外安装一个装液氧的罐子,在潜艇下潜后,通过消耗储存的液氧来驱动专用的AIP系统,从而实现常规潜艇长期水下潜伏。在这其中中国、日本、瑞典等国家使用技术上相对比较简单的斯特林发动机;法国则主要使用被称为\"水下能源模块\"的闭循环柴油机系统;德国则追求高端,主要使用燃料电池技术。目前综合来看,斯特林发动机虽然各方面性能都不突出,但是综合性能却最为均衡,因此也是目前使用最多的一种AIP系统。
亚核潜艇确实名不虚传——AIP潜艇的优势所在
AIP系统最大的优势就在于可以让常规潜艇避免\"每日一充\"的尴尬,可以长期潜伏在水下,这在AIP系统成熟之前,是只有核潜艇才能做到的,因此对于不具备条件研制和列装核潜艇的国家而言,装备了AIP系统的常规潜艇显然有着极大的诱惑力。
(像烟囱一样的潜艇通气管,如今依然是各国常规潜艇的\"标配\",航行时可以把它伸出水面,潜艇则继续潜伏)
尽管各国研发的AIP系统性能不一,但是大致上都可以让常规潜艇可以在水下连续潜伏16~22天,在2~3周的时间中,潜艇可以在水下航行1500~2100海里,特别是AIP系统还可以在水下为潜艇的蓄电池充电,从而让潜艇具备一定的战术机动性。可以说,AIP装置可以赋予常规潜艇挑战核潜艇的勇气,虽然差距仍然很大,但潜航能力的大幅提升,使常规潜艇作战时有了更足的底气。
(近日,印度宣称要制造自己的AIP潜艇)
由于常规潜艇本身的速度有限,在战时常规潜艇通常并不会和敌方强大的舰队正面冲突,更不可能追击敌方舰队。常规潜艇的作战方式通常是分区设防,每一艘潜艇负责一个区域,一旦发现有敌舰或者敌人商船通过时,则使用鱼雷或者导弹对其发动攻击。除了分区布防外,常规潜艇体积小、噪音小、机动灵活。所以也经常被用于执行侦察、蛙人渗透、电子监听、布雷等多种作战任务。而装备了AIP系统后,由于常规潜艇可以长期在水下潜伏,因此大大加强了常规潜艇突防的成功率。
(斯特林发动机的基本原理)
虽然AIP装置的功率普遍较低,正常情况下,常规潜艇在水下依靠AIP装置推进时,其航速只能维持在4~6节左右,大概和普通人正常骑自行车的速度差不多。不过低速前进也让潜艇的噪声可以降低到海洋背景噪声以下,这样潜艇就可以完全隐蔽在大洋之中,即使声纳也很难发现。实际上核潜艇在执行战备值班任务时,通常也是以4~6节的低速巡航,如果没有接到特殊任务,一般不会开得很快。这主要是因为潜艇在水下速度越快,艇体和水摩擦产生的流体噪音就会越大。流体噪音和潜艇内部的机械噪音不同,只要潜艇在水下航行,就会出现流体噪音。
(全球航行速度最快的苏联P级核潜艇,不过由于高速行驶时流体噪声过大,所以各国潜艇几乎不会高速航行)
实际上在冷战时期,西方讽刺苏联潜艇噪音大,是\"敲着大鼓前进\",很大程度上和苏联潜艇的航速快有关。苏军当时装备的世界航速最快的P级潜艇,其最大航速可达44.7节,在水下跑起来其噪音确实非常大,根本遮盖不住。但是一旦苏联潜艇同样以4~6节的低速航行时,即使是先进的北约GIUK反潜声纳封锁线,也听不出个所以然。这正是冷战时期,苏联潜艇得以突破北约海上巡逻线,深入大西洋而不被发觉的根本原因。所以,装备了AIP系统的常规潜艇能够保持4~6节的航速虽然看起来缓慢,但是已经满足其\"静音巡航\"的基本需求。特别是AIP装置在驱动潜艇的同时,还能为潜艇的蓄电池持续充电,这样一旦有紧急事件,潜艇可以优先使用蓄电池中储存的电能,可高速航行400海里左右,这一点已经足以让潜艇逃避敌方搜捕,或者执行紧急作战任务。
潜艇大国的痛——长期缺失的俄罗斯AIP潜艇
俄罗斯的前身是冷战时期的超级大国苏联,而苏联曾经拥有足以傲视全球的潜艇部队。由于苏联的国土大多处于高纬度地区,其海岸线虽然漫长,但是滨海地区大多气候恶劣,常年冰封,因此苏联海军在建立之初,就把受海况影响小,且作战灵活的潜艇作为自己的主要发展方向。在冷战时期,苏联的潜艇部队强大无匹,当时整个北约的潜艇加起来大概也没有苏联的潜艇多。除了数量众多的核潜艇外,苏联还研制并装备了大量的常规潜艇,并且一直引领着潜艇技术的潮流。
(被西方称为\"大洋黑洞\"的俄罗斯基洛级常规潜艇)
目前俄罗斯在国际上叫得最响的正是苏联时代研制的最后一款常规潜艇——基洛级常规潜艇。该潜艇主要分为877和636两大类,其中636型也被称为基洛级大改型。由于性能突出,该潜艇被西方称之为\"大洋黑洞\",作为一向看扁俄系武器的北约国家,这个评价足以显示基洛级潜艇的卓越性能。而且有趣的是,从苏联到俄罗斯,俄海军总共装备了24艘基洛级潜艇,而出口却达到了29艘!
(基洛级最新的636.3型)
不过,尽管基洛级潜艇武备完善、技术先进,但是却有一个致命弱点——没有安装AIP系统。尽管基洛级潜艇装备有通气管,但是由于没有AIP系统,导致该潜艇的作战受到很大的限制,特别是每天必须上浮充电的问题,即使在通气管航行状态,也极易暴露。那么为什么俄罗斯一直没有给自己的常规潜艇装备AIP系统呢?其实答案很直白,也很尴尬——俄罗斯没有成熟可靠的AIP系统。
(潜艇使用的AIP系统模块,现在只需要把这个舱段加装到常规潜艇上,就可以造出AIP型潜艇)
由于AIP系统的核心是一个大型的液氧储存罐,所以这个装置需要绝对的密封,同时在水下,要同时承受来自内部和外部的压力,还要能够适应潜艇内部的温度变化。特别是遭遇到意外情况要尽可能确保液氧不会外泄,即使液氧外泄也要确保不会引发火灾和爆炸……总而言之,这个难度可以说相当高。早在二战时期,纳粹德国研制的潜艇用过氧化氢发动机就发生过多次爆炸。如今带着这么一个大液氧罐,在潜艇上无疑是非常危险的。世界上其他国家针对这一装置的研究都持续了数十年才最终成熟,俄罗斯想要短期内有所突破显然是不现实的。
(曾经让整个西方夜不能寐的苏联核潜艇舰队)
其次,俄罗斯海军始终更加关注核潜艇部队,目前俄军885型攻击核潜艇和955型战略导弹核潜艇都在稳步建造服役中。相对核潜艇,常规潜艇尽管可以通过增加AIP系统提升性能,但是和核潜艇相比终究还是差距巨大,在俄罗斯经济状况不好、军费预算有限的情况下,优先确保核潜艇的发展自然是第一要务。所以AIP系统的研制也就被搁置了。而俄罗斯搁置AIP研制的1990年代,恰恰是全球AIP系统大发展的时期。
(刚刚服役不久的北风之神-A\"弗拉基米尔大公\"号核潜艇,有限的军费要优先保证战略大杀器的发展与建造)
实际上苏联早在1980年代就意识到了AIP系统对于常规潜艇的重要战术意义,并且早在1987年就提出了研制新式的677型AIP潜艇的计划。677型潜艇就是现在常说的\"拉达\"级常规潜艇。该潜艇原计划在90年代替换基洛级常规潜艇。但是由于苏联解体,俄罗斯经济崩溃,AIP装置的研制全面中断,而等俄罗斯经济恢复,并重新开始研制AIP装置时,世界其他国家的制造技术早已超过了俄罗斯。作为俄罗斯第一代AIP潜艇,尽管677型潜艇早在2004年就已经下水,但是一直到2010年才勉强交付俄罗斯海军服役。而一直到今天,这艘被命名为\"圣彼得堡\"号的潜艇依然没有安装AIP系统。
(建成十年,却依然没有加装AIP系统的677型潜艇)
根据目前俄罗斯国内的消息看,俄罗斯的AIP系统大概只能延迟到2023年才能基本成熟,而未来第一艘装备AIP系统的潜艇,大概率会是677型首艇\"圣彼得堡\"号。当然,目前这一切都还是\"计划\",是否真的可以如期实现,只能让我们拭目以待了。
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没几个,日本都不算,一直找瑞典进口斯特林发动机,
瑞典德国中国
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潜艇的魅力就是能够在水下静静地潜航而出其不意地给敌人一击。常规潜艇在水下憋气时间越长越有利于保护潜艇的安全区,但是大部分潜艇人员是要呼吸的,潜艇里的机器工作也是需要氧气的,更主要的是维持潜艇运转的电池是需要经常充电的。潜艇电池充电就需要大量氧气,潜艇是带不了那么多氧气的,只能靠潜艇浮出水面依靠空气支援发动机充电。而不依赖空气推进发动机作为动力的AIP系统解决了潜艇需要经常上浮充电的问题,使潜艇更多时间处于安全的水下,极大提高了潜艇大的隐蔽性和生存能力。当代常规潜艇上安装AIP系统已经成为众望所归。
法国和西班牙联合研制的\"鲉鱼\"级AIP潜艇
常规潜艇AIP系统的主要技术路线。
目前世界上主要的AIP系统主要有四类:即SEAIP热气机系统、FCAIP燃料电池系统、MESMAAIP闭式循环汽轮机系统、CCDAIP闭式循环柴油机系统。 通过对比,通常FCAIP的功率最大,FCAIP效率值最高,FCAIP和SEAIP振动噪声较低,FCAIP最差,CCDAIP经济性最高。FCAIP燃料电池系统是直接将反应物质化学能用电化学方式转换为电能的能量供应系统,选择FCAIP技术的典型潜艇有德国212A型、意大利托达罗级潜艇、俄罗斯“阿穆尔”级潜艇以及韩国“张保皋-Ⅲ(KSS-Ⅲ)”3000吨级潜艇等。SEAIP热气机系统技术最成熟,安全性、可靠性、适用性也最好,选择该技术的典型潜艇有瑞典“哥特兰”级、日本“亲潮”级潜艇和中国的039系列潜艇等。SEAIP热气机AIP系统是一种闭式循环往复式外燃机,也称为斯特林发动机。瑞典SEAIP热气机AIP具有噪声低、运行平稳、污染小、适用多种能源等优点,是世界斯特林发动机技术的主要溯源地。代表潜艇有瑞典Gotland级潜艇、日本“春潮”级潜艇等。
哥特兰级常规AIP潜艇
瑞典开辟AIP潜艇发展之路
。北欧小国瑞典,人口不多、地面不大,但是瑞典绝对是防务大国、工业强国。瑞典潜艇在世界潜艇中独树一帜,经历由模仿到独立研制的过程,逐渐形成自己独特的风格。瑞典是世界第一个为潜艇加装AIP舱段的国家,也是装备第一艘实用型AIP潜艇的国家。瑞典在AIP领域40深耕多年,1996年“哥特兰”级AIP潜艇服役开创世界常规潜艇发展的新领域,也拉开了AIP潜艇发展新时代的序幕。瑞典的AIP系统基于问世于1816年的斯特林发动机(又叫热气机)技术,它通过气缸内工作介质(氢气或氦气)不断冷却、压缩、吸热、膨胀等周期性的循环来输出动力。瑞典工程师利用其可不依赖于外部的空气工作的特点,几经周折研制出了著名的AIP系统,并成功将其应用到哥特兰级潜艇之上。“哥特兰”级潜艇满载排水量1500吨,最大潜深300米,艇员28人。潜艇配备两台MTU柴油发动机和两台V4-275R“斯特林”AIP发动机,具有以5节的速度水下潜航两周能力。装备AIP的哥特兰潜艇一经问世就屡获佳绩,得到美国日本等国家的高度关注。瑞典的考库姆公司正在研究采用新一代斯特林发动机的AIP系统的A26潜艇,希望继续保持瑞典在先进AIP研究方面的优势。
A26潜艇
德国是全球最早搞AIP技术的国家
。德国AIP技术路线是燃料电池,加装燃料电池AIP系统后,常规潜艇可以在水中连续潜航2到3周。燃料电池实为电能分解水为氢气与氧气过程的逆反应。燃料电池被认为具有工作原理简单、无污染、工作噪音低、可模块化设计、使用效率高、维修成本低等特点,性能更为优越。早在二战时期的1935年开始,德国潜艇就搭载液态氢和液态氧研究试验延长潜艇下潜时间的办法,也尝试过氧化氢作为柴油机的水下氧气的来源。战后在1984年开始,德国的HDW船厂陆续对燃料电池系统进行陆上、海上试验,最后生产制造了世界上第一种燃料电池AIP潜艇--212级潜艇。 212型的建造成功对于全球常规潜艇技术的探索起到巨大推动作用,如今德国的新型AIP潜艇已再次成为了世界常规潜艇技术的领跑者。在212型潜艇燃料电池基础上,德国西门子公司又研制出功率为120千瓦的大功率质子交换膜燃料电池模块,两个这种模块组合而成潜艇AIP系统的240千瓦功率的标准电池组件。这种潜艇AIP系统标准组件不仅可以装备在214型潜艇上,也可以装备在早期209型潜艇上,对于其他国家的常规动力潜艇,也可以通过嵌加独立舱段的方式装备。这就加快了德国AIP推进模式在全球的扩展速度,也为世界各国海军提供了更好的常规潜艇改装及建造方案。
燃料电池技术原理
德国未来将更加专注常规潜艇技术引领式发展,特别是改进提高AIP系统能力:利用甲醇重整器产生潜艇燃料电池所需的氢气、利用高能量锂离子电池取代铅酸电池,减轻电池重量而使容量倍增,提高潜艇水下潜航时间更长、航速更快,以期继续领先世界常规潜艇先进技术的发展脚步。
维护保养中的德国AIP潜艇
中国AIP潜艇技术越来越好
。我国早期AIP潜艇的技术路线源自瑞典,通过引进斯特林发动机技术实现AIP技术自主,各类AIP技术已经广泛服务于我国潜艇。在引进瑞典75千瓦的斯特林发动机基础上,我国最新自主研发出功率320千瓦的大缸径斯特林发动机,功率比西方产品高117%,热功转换效率达40%以上。中国常规潜艇的新发展一向都很引人关注。我国已经在发展新一代采用新型热离子堆的小堆AIP技术的潜艇。热离子堆能够直接实现热点转换,它产生的电能直接推动电机带动潜艇的推进系统。采用小堆技术俄潜艇在噪声控制、动力装置减重、可靠性等方面都有很好效果。
中国新型潜艇
日本AIP技术追求卓越。
日本最早在苍龙级潜艇使用了引进瑞典并自行生产的斯特林发动机AIP系统。但是“苍龙”级潜艇的燃料电池功率跟一台丰田轿车的发动机功率相当,水下慢速战役机动还行,激烈的战术机动时不到一个小时就会耗光AIP动力。2020年10月14号下水的日本常规潜艇“大鲸号”采用了新锂离子电池燃料技术,日本大鲸级潜艇也是世界潜艇使上第一次将锂离子电池用作推进动力。
日本AIP潜艇的燃料电池AIP系统
其他国家的AIP技术。
不同国家的AIP体系各有特色,当前AIP的主要动力类型有闭式循环柴油机、斯特林发动机、燃料电池以及未来的小型核反应堆等。闭式循环汽轮机的循环回路系统体积和重量相对较大,制造和使用成本都较高且噪音不小;斯特林发动机的响应速度较慢、对减震系统要求较高,增加功率难度较大;燃料电池所能达到的功率密度较低,液氧和液氢的补充、保存都相对困难,而且需要经常进入干船坞拆掉外壳检修维护。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、希腊等国的潜艇则使用燃料电池技术。而法国潜艇别出心裁使用的MESMA是闭式循环汽轮机路线。各种类型的AIP系统的常规潜艇,都能明显减少潜艇使用通气管航行的时间,在延长潜航时间、静音、降重等方面都有不错的效果。美国是个特殊例外,它的潜艇全是核动力的。但是可以肯定的说,美国不缺常规潜艇AIP技术。至少可以从别人那里硬夺过来。早在瑞典第一艘AIP潜艇问世,美国就强行租借进行研究,可见美国对AIP技术是相当了解的。
意大利U212A潜艇
可以肯定的是常规潜艇AIP技术对于世界多数国家的潜艇生产制造都产生深远影响,AIP技术已经成为常规潜艇必备的一个不容忽视的重要因素。各国都在积极探索本国AIP技术的发展模式和技术突破口,对在役潜艇嵌加AIP独立舱段、新的燃料电池技术和小堆技术将助力潜艇AIP走得更稳、走得更远。
新型潜艇远航
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