有哪些潜艇配备了AIP系统

什么是AIP潜艇？~

关键词：不依赖空气动力装置（AIP）


闭式循环柴油机斯特林发动机燃料电池

前言

为了增加常规柴电潜艇一次水下续航时间及距离，降低通气管暴露率，提高常规潜艇作战威力，世界各主要海军强国大力发展具有不依赖空气动力装置（AIP）的混合型柴电潜艇，如德、英、瑞典、荷兰等〔1〕。

纵观世界各国AIP发展历史和现状，我们可以选择的AIP方案有：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。这三种AIP方案都已被各海军强国分别采用〔1〕，如英国、荷兰等已采用CCDAIP方案，瑞典等已采用SEAIP方案，德国已采用FCAIP方案。

本文介绍3种AIP装置的组成、工作原理，分析对比各种AIP方案特点，提出对发展我国常规潜艇AIP的看法。

各种AIP技术原理及装置的组成

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0.2～0.5Mpa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30bar），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。

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。

燃料电池FC（FCAIP）.�

德国已装艇海试的燃料电池为氢氧燃料电池，其基本工作原理是靠氢和氧反应直接产生电能而工作的，它唯一的副产品为水，这个过程正好与通过电解分解水的过程相反。燃料电池必须源源不断地供应氢和氧，为此，AIP装置不仅要有较大容量的液氧罐，而且要有一个较大容量的液氢贮存罐，而液氢要比液氧贮存条件苛刻得多。


2 世界潜艇3大AIP技术的优缺点比较

3种AIP特点分析

CCD-AIP中，柴油机本身几乎无需作重大改进，主机技术成熟，其他辅助系统问题，如再循环气体混成、废气的喷淋冷却、CO2海水吸收原理、水处理系统的原理，有关单位已有研究，不存在较大技术风险。因而开发CCDAIP能在技术风险小，投资少（例如引进一台CCD只需150万美元），且可在我们工艺、工业水平能达到的情况下早日获得。当然，相对来说，柴油机本身结构噪声和空气噪音较大，但现代隔振技术完全可使柴油机经隔振后噪声指标达到要求。由于水处理系统耗能少，因此CCDAIP系统效率可达35%。

SE-AIP主机即斯特林发动机，外部连续燃烧加热工质作功，因此结构噪声及空气噪音比柴油机小，这是它一大特点。目前，我国已研制出75 kW斯特林原理样机，其效率为35%。与柴油机相比，效率稍低，而其技术成熟程度存在较大差距，工作可靠性有待进一步考验。目前存在较大难度的技术问题尚需进一步解决，如高性能加热器材料、加热器头工作温度均匀、工质流动均匀、工质密封、功率调控、压力燃烧等。因此，研制SEAIP必然投资较大（例如引进一台热气机需300万美元，一个舱段需要1亿美元），技术风险也比CCDAIP高。据称，韩国引进瑞典斯特林发动机后认为40～70%零部件不能自己生产，结果否定了SEAIP方案。另据消息，澳大利亚从瑞典购买热气机做评估试验，3个月未达到额定功率，被否定。SEAIP研制周期相应也会较长。

燃料电池具有最高的能量与重量比，效率高（达50～60%），而且几乎是不产生废气，可无声航行。但在潜艇上贮存液态氢是有很大的技术难度。同时因为氢气易爆易燃，对使用氢的安全有严格要求，装置中的膜要依赖美国进口，国内尚无生产能力。由此可见燃料电池技术难度大，工业基础要求较高，要使燃料电池上艇作AIP动力，需要很高的技术储备，而我国对燃料电池的研究水平还比较低。所以，如果研制FCAIP，则研制周期较大（据估计，至少需要10～15年），投入经费也很大，例如引进5 kW燃料电池，需3万美元，自己研制至少需要1亿元人民币，同时技术风险也大。

将上述3种AIP作全面的各性能指标评价，如果某项性能最好的定“好”，相比较居中者为“中等”，相比较性能较差者为“较差”（说明：“较差”并不意味这个性能达不到潜艇用要求，而仅表示三者相比为“较差”）。如果两种或三种AIP性能分不出明显优势，则同为“好”或“中等”。比较结果列表如下：

表13种AIP的性能指标评价AIP方案性能指标CCDAIP SEAIP FCAIP 航程了中等中等好潜水深度中等中等好低噪声级较差中等好散发至舷外热量中等中等好研制费用好中等较差运行费用好中等较差研制周期好中等较差装置安全性好好中等维修性能好中等好研制风验好中等较差

评论

因为CCDAIP柴油机技术十分成熟，振动噪音经减振降噪后能满足常规潜艇“安静”性要求，而且研制费用低、周期短、风险小、见效快，因此深入研究CCDAIP，并向实用化迈进，是我们应该重点抓好的大事，应优先发展。SEAIP在我国也具有一定的技术基础，技术成熟后装艇性能较好，因而也是有发展前途的AIP。燃料电池，由于研制风险大、费用高、周期长、尽管其性能优良，但近期应用前景毕竟因现实条件制约而受到很大限制，但它是今后发展的主要方向，我们应做好技术跟踪工作。

可以设想，若利用现有柴油机主机技术，作CCDAIP实验研究，那么不仅闭式循环柴油机可较快研制成功，而且辅助系统如CO2吸收器、水处理系统等均可随之试验研制，这样主机和辅机系统能同步发展，实现AIP潜艇将不是一件遥远的事情了。

还应看到，尽快发展CCDAIP能促进SEAIP的研究工作，因为CCDAIP的CO2溶解排出技术、液氧贮存技术等均可移植至SEAIP中。因此CCDAIP在较短时间内研制成功可促进SEAIP的研制开发工作。

总之，根据国际及周边环境国家的常规潜艇AIP现状，常规潜艇装备AIP是必然的发展趋势。但AIP属高新尖端技术，完全依赖进口则很可能受制于人。所以应加速研究开发我国AIP特别是CCDAIP，尽快加大投入，加紧AIP系统研究，以期早日装备实艇，充分发挥常规潜艇的威力。

法国的AIP潜艇它的AIP的中文名称是不依赖空气的功能系统，整个AIP系统可以为潜艇的动力武器系统，维生系统，日常设备供电能，这不就是电池吗？确实这和电池供能有相应的关系，潜艇因为在水下无法获取空气中的氧。

中国元级（斯特林机AIP）。
德国U212、U214（燃料电池AIP，U214为出口型）。
韩国孙元一（引进的德国U214）。
日本苍龙级（斯特林机AIP）。
俄罗斯阿穆尔级、拉达级（燃料电池AIP，阿穆尔为出口型）。
瑞典哥特兰号（斯特林机AIP）。
法国阿哥斯塔级（闭循环汽轮机AIP，出口型，法国自家都用核潜艇）。
法国和西班牙联合开发的鲉鱼级（闭循环汽轮机AIP，出口型）。

目前常握这一技术的国家主要是中（斯特林机）、德（燃料电池、闭循环柴油机）、俄（燃料电池）、瑞典（斯特林机）、法国（闭循环汽轮机）。

此外，美、英、法、俄、中理论上也掌握小型核动力AIP（跟核潜艇不同的是，小型核动力AIP以核动力为辅助动力，以柴油机为主要动力来源），加拿大也掌握这一技术。只是对5常来说，弄小型核动力AIP不如直接上核潜艇了。

德国闭循环柴油机AIP输出功率比燃料电池AIP更大，较大但噪音、体积也更大一些，目前暂未找到市场。此外，英国、荷兰也有研究过闭循环柴油机，但目前还没有潜艇使用。

日本苍龙级是购买的瑞士斯特林机，但据说日本自己现在在开发燃料电池AIP。

中国的元级采用的是AIP系统，由瑞典提供技术。采用这一技术的很多，例如韩国的214型，日本的苍龙级，德国214级，意大利212A级，瑞典的哥德兰级，法国的鮋鱼级，俄罗斯的阿穆尔级等

出产常规动力潜艇的国家不多！现在比较出名且安装aip的只有212级，俄罗斯的基洛级，好想还有个鮋鱼吧，我国的潜艇报道不多！也不敢下定论！别的国家自行建造的潜艇大多是进口aip设备！采用模块化设计安装于潜艇上！

国外的现在一般都是了，中国的好像明级已经采用了该技术。

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宝应县19669595003： 中国有哪些潜艇有AIP?？
祗冉头风： 只有元级,以后大多数常规动力潜艇都会有的. 中国海军最新型潜艇的AIP推测 作者:佚名 来源:鼎盛军事 人气:℃ 武汉新潜露面以来.在其动力系统上大家已经达成共...

宝应县19669595003： 解放军最后采用了哪种AIP技术?？
祗冉头风： AIP技术主要有三种,中国目前一些潜艇加装AIP最有可能是CCD-AIP(闭式循环柴油机);这个技术比较成熟,成本低!还有SE-AIP(斯大林发动机)、FC-AIP(燃料电池)这些还有技术难关没有攻破,最理想的就是FC-AIP但有些关键材料只有美国能生产;不过按照目前发展情况看,中国后续新型潜艇肯定能安装更先进的AIP装置;最近就有报导说新的元级潜艇就是新型的AIP技术!

宝应县19669595003： 哪些国家拥有现役的AIP潜艇? - ？
祗冉头风： 中国

宝应县19669595003： 世界上最先进的atp潜艇是哪种啊? - ？
祗冉头风： AIP(不依赖空气推进系统)是针对现代常规动力潜艇来说的.理论上来说,核潜艇也是一种AIP潜艇!但这里显然不作讨论.最先进的AIP没有,只有可以用的就好.发展AIP技术的国家只有德国、法国、荷兰、瑞典、俄罗斯.其中以德国的最有代表性.它是燃料电池系统,内循环的.优点就是安静、体积小、功率大.法国的是外循环的,体积大,噪声相对要高些,但是结构简单,便于维护,燃料容易获得(德国的用液态氢,能补给的港口很少;法国用液态氧,几乎所有的港口都有).特别要题到的是最近小日本下水的“苍龙”号,用的是第二种AIP,但是小日本的潜艇技术世界一流,相信不会比韩国的差!

宝应县19669595003： AIP潜艇是什么意思? - ？
祗冉头风： 不依赖空气推进系统(AIP)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.常规潜艇的AIP(Air Independent Propulsion)系统主要利用自身携带的氧气(通常为液氧),为热机或电化学发电装置提供燃烧条件,完成...

宝应县19669595003： AIP潜艇是什么东西? - ？
祗冉头风： 指的是使用不依赖空气推进发动机作为动力的潜艇.好处是可以更长时间的潜伏水下,隐蔽性较普通常规潜艇更优秀. 常规的柴电潜艇是以柴油机为动力的.柴油机工作时是需要消耗大量的空气的,这个时候潜艇需要靠近水面,伸出通气管抽取空气,而且需要较长时间,这是潜艇最危险的时候,最容易暴露.所以各国都在发展各种不依赖空气的发动机,也就是所谓的AIP动力技术.各种技术不同,但是实质都是在潜艇内自带氧化剂,发动机(或电池)依靠自带燃料工作,极大减少上浮次数和被发现的危险,甚至整个任务期间都可以不上浮,真正的实现“潜行”. 加装了AIP舱段或AIP动力系统的潜艇,就称之为AIP潜艇了.比常规潜艇有更好的隐蔽性

宝应县19669595003： 请问各位大神中国潜艇有Alp技术吗 - ？
祗冉头风： 有的,中国的元级、宋级潜艇都有ALP技术,对于中国的元级潜艇,国外众媒体是异口同声滴坚定滴毫不含糊滴指出中国已经拥有了ALP技术,理由是中国的盟友巴基斯坦已经从法国获得阿戈斯塔90B型潜艇的AIP技术,中国连给巴基斯坦的潜艇上都有进口的ALP,那中国自用的潜艇上也一定会有国产的ALP.

宝应县19669595003： 目前最先进的常规动力潜艇是AIP动力系统的么? - ？
祗冉头风：不依赖空气推进技术(AIP Link)是使常规潜艇潜航时间大幅提高的新技术 ,目前瑞典研制的斯特林发动机和德国研制的燃料电池这两种AIP动力装置已达到实用阶段.德国正在制造的 212型潜艇就应用了燃料电池这种新技术.212型潜艇首批将建造4艘,于2003年~ 2006年服役,它将成为德国海军 21世纪潜艇部队的主力.212型的首艇是U31号(Link),第3艘U33也已建成并举行命名仪式(Link).

宝应县19669595003： AIP潜艇技术有哪些国家掌握了? - ？
祗冉头风： 有完整的技术日本,意大利,俄罗斯 .法国,荷兰拥 中国已经具备了AIP技术.

宝应县19669595003： 韩日各有几艘AIP潜艇.？
祗冉头风： 日本亲潮级的后续型号都要装备AIP系统 实验已成功 韩国是购买德国的212级才有的 不过棒子学不会