AIP 潜艇到底有什么优点？原来它可以不用直接依赖空气产生推力
众所周知 ， 潜艇作为水下攻击的军事单位 ， 必须具备静默航行和超长潜航的能力 ， 才能和水面舰艇编队乃至空中打击编队形成立体化的攻击网络 ， 有效提升现代化海战效率 。
既然潜艇作为水下突击的核心力量 ， 其动力系统必然是控制潜艇进行远距离攻击的机械单元 。 目前 ， 潜艇的推进动力系统无非是以常规(柴-电)动力和核动力为主 。 不过 ， 基于常规潜艇的AIP(燃料电池)技术却早在二战前期便进入实验阶段 ， 并且在20世纪80年代得到质量提升 。
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那么 ， 基于AIP技术的潜艇到底有什么优点 ， 它和常规柴电潜艇以及最先进的核潜艇到底有什么区别呢？今天 ， 我就详细给大家讲解这项横跨半个世纪的新锐潜艇动力推进技术 。
其实 ， 早期常规潜艇的发展瓶颈便在于它进行动力补充的局限特点 。 因为常规潜艇的动力来源于电池 ， 潜艇要想获得动力补充 ， 便需要从水下上浮至水面依靠柴油机进行充电 。 按照相关数据来看 ， 一艘普通的柴电动力潜艇的水下极限航行周期为3天 ， 一旦超过这个时间节点 ， 潜艇必须上浮充电 ， 并且还需要调节室内氧气浓度 ， 保障艇员的生命安全运行周期 。
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在水面航行的潜艇
同时 ， 潜艇进行水面充电的暴露概率高达20% ， 隐蔽效力非常差 ， 一旦被反潜武器锁定 ， 很难下潜至安全深度 。
简单来说 ， 常规柴电动力潜艇过短的水下潜航时间和自持力往往难以满足其作战任务 ， 进行水面充电时还有可能暴露己方目标 ， 遭受敌方军事目标的海空一体化打击 。
据二战史料记载:在二战中 ， 虽然德国海军凭借U型潜艇在大西洋击沉了34艘盟军舰船 ， 但是德军自己却损失了41艘潜艇 。
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大型常规潜艇
由此 ， 各国海军已经明显认识到常规潜艇的远洋航行的局限特点 ， 便大力发展以核燃料为动力的核潜艇 。 虽然说 ， 核潜艇能够依靠单次核燃料进行长达数年的水下静态航行 ， 隐蔽攻击能力极高 。 但是 ， 核潜艇的建设费用和后期维护费用也并非一般的发展型海军国家能够承受 。 为此 ， 瑞典科学家便率先研发出基于常规潜艇的AIP技术 。
其实 ， 早期的AIP技术无非是在潜艇上利用自身携带的氧气装置作为供给发动机运行的燃烧条件 ， 由此在进行能量转化后充当外界空气(注意:即不借助外界的额外空气进行动力系统的衍生推进)推动潜艇航行 ， 这种早期的AIP技术也被称为闭合循环柴油机系统 。 但是 ， 这种装置的最大缺点便是长时间工作状态下会产生大量噪声 ， 不仅影响潜艇内部的声压平衡 ， 而且会被敌方反潜武器感应捕获 ， 从而造成己方水下秘密打击的攻击任务失去可执行力 。
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潜艇在航行
所以 ， 在20世纪80年代后期 ， 以德军为代表的多国第二梯队海军国家决定采用AIP系统和柴电动力混合的使用方法 ， 让AIP潜艇的水下航行周期扩大至3周以上 。 (注意:AIP潜艇的主动力源便是燃料电池系统 ， 而非传统的柴电动力系统)
目前 ， 现代的AIP潜艇多采用斯特林发动机系统和燃料电池系统两种技术路线 。 其中 ， 斯特林发动机系统作为一种外燃式发动机 ， 采用液氧加柴油作燃料 。 这种发动机依靠工作舱室燃烧产生热能 ， 并由此带动机械能进行发电 。 虽然说 ， 瑞典的A14级潜艇依靠此项AIP技术累计水下安全航行8000小时以上 ， 已经可以算是“准”核潜艇级别 。
【AIP 潜艇到底有什么优点？原来它可以不用直接依赖空气产生推力】AIP系统装置
但是 ， 这款AIP技术却有一个致命的缺点 ， 单台发动机的功率过小 ， 很难支持大、中型潜艇的发展 。 简单来说 ， 斯特林发动机的最大推力只有100吨 ， 那么 ， 期望发展大型远洋常规潜艇俨然不可能(注意:现代多国海军潜艇多以岸基防卫为主) 。 并且 ， 装备斯特林发动机系统的AIP潜艇对于对柴油质量要求高 ， 必须装备可以安全使用的无硫柴油 。 如果柴油的质量出现问题 ， 很有可能造成整个发动机系统的瘫痪 ， 甚至被敌方海陆反潜机发现 ， 由此大大降低其远距离的可视化作战能力 。
所以 ， 现代各国的AIP级潜艇往往采用的是燃料电池系统 ， 其潜艇的水下静默航行周期可以高达一周以上 。 其实 ， 燃料电池无非是把燃料和氧化物的化学能直接转换为电能的电化学装置 。 简单来说 ， 燃料电池系统既可以输出直流电 ， 也能够在无发电机和变压器的状态下进行能量转移 。 并且 ， 燃料电池排出的废弃物也是属于可以完全降解的 。 (注意:燃料电池的大多数废弃物是以无需经过排污的水为主)
其实 ， 以燃料电池系统为AIP技术集成的潜艇 ， 可以和现代的新能源(纯电动)汽车相提并论 。 首先 ， 两者的技术基础来自于传统机械或者动力结构(AIP潜艇基于柴电动力 ， 新能源汽车基于油气动力) 。 其次 ， 两者都采用具有清洁能源的燃料电池作为主动力源 ， 产生的废弃物也是以氢气和水为主 。 当然 ， 在续航能力上 ， 由于汽车和潜艇过于悬殊的体型差异 ， 使两者的最大续航时间相差2倍以上 。 但是 ， 按照同比例大小的耗能情况 ， 潜艇和新能源(纯电动)汽车的续航时间又存在一致特点 。
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AIP系统工作原理图
所以说 ， 我们可以简单将具备燃料电池系统推进的AIP级潜艇称为水下航行的“新能源汽车” 。
值得一提的是 ， 燃料电池系统的优点是运转噪声低、充放电(能量)效率高 ， 这种优势可以便有效提升潜艇的战时的隐蔽攻击能力 ， 达到跨洋的水下机动作战目的 。 并且 ， 即使这种AIP潜艇的下潜深度并非安全深度 ， 整个潜艇发出的工作声音都不会被敌方声呐以及其他海面监测系统完全感应 。 这也说明了以燃料电池系统为动力源的AIP潜艇是大多数二、三线海军国家发展远洋水下突击力量的主要方向 。
同时 ， 以德国海军的212A级AIP潜艇为例 ， 其动力主舱室不仅有一台3875匹马力的永磁同步主动推进电机 ， 而且在AIP系统舱室 ， 212A级潜艇还拥有9组以气态氢和液氧为燃料的质子交换膜燃料电池模块 。 按照德国舰艇资料的每组输出功率34千瓦为基准量 ， 其总功率为306千瓦 ， 由此可以充当2-3台柴电动力常规潜艇的集合动力源 。
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德军212A级AIP潜艇
如果水下8节的标准航速 ， 其可以持续航行7天左右 ， 如果以4节的水下航行标准 ， 其水下可持续航行周期为20天左右 。 如此说来 ， 和一般的柴电动力常规潜艇相比较 ， 基于燃料电池系统的AIP级潜艇至少拥有10天以上的区域海洋(水下)战略控制权 。
其实 ， 延长常规潜艇的水下潜航时间 ， 也是对其进行的第二次技术革命 。 AIP潜艇既可以有效延长常规潜艇的攻击链条 ， 降低被歼灭的再生产成本 ， 又可以和核潜艇进行长时间的目标追踪 。 总之 ， AIP级潜艇基本上解决了柴电动力常规潜艇要定时上浮水面充电的问题 ， 大大提高其水下续航能力 ， 对于还没有核潜艇的国家来说俨然是一个不错的选择 。
注：【历史小采访人员】系头条号签约作者
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