論潛艇的“自強(qiáng)不息”——不依賴空氣動力裝置

常規(guī)動力潛艇在水面航行時使用柴油機(jī)推進(jìn)，而在水下航行時由于無法進(jìn)氣和排氣，就必須關(guān)閉柴油機(jī)、使用蓄電池組推進(jìn)。

受限于蓄電池組的電量，常規(guī)潛艇不得不經(jīng)常浮出水面啟動柴油機(jī)充電，而潛艇一旦出水也就暴露了自己。因此，只有發(fā)展不需要從空氣中獲取氧氣的動力裝置，潛艇才能保持更長的水下航行時間，這就是“不依賴空氣的動力裝置”，簡稱AIP。

今天，AIP系統(tǒng)已經(jīng)成為先進(jìn)常規(guī)潛艇的“標(biāo)配”，只是實(shí)現(xiàn)“不依賴空氣”的方式各有不同，主要可分為：閉式循環(huán)柴油機(jī)、“斯特林”發(fā)動機(jī)、燃料電池等幾種。

閉式循環(huán)柴油機(jī)，顧名思義就是通過改進(jìn)柴油機(jī)的進(jìn)氣與排氣方式，由特殊的供氣系統(tǒng)輸送氧氣與氬氣混合氣體點(diǎn)燃柴油，而廢氣中的二氧化碳被吸收裝置吸收、再排入海水，剩余的氬氣再與新的氧氣混合，使柴油機(jī)持續(xù)做功。這種AIP誕生于二戰(zhàn)時期，但由于性能和安全性存在重大缺陷，始終未能真正實(shí)用化。

“斯特林”發(fā)動機(jī)則是一種采用閉式循環(huán)的外燃式發(fā)動機(jī)，由英國人羅巴特·斯特林發(fā)明。所謂“外燃式”是指：燃料不直接做功、而是加熱另外一種“功質(zhì)”并使之循環(huán)做功的動力方式。傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)就是典型的外燃機(jī)，水和蒸汽就是所謂的功質(zhì)。

“斯特林”發(fā)動機(jī)以柴油作為燃料、液氧作為氧化劑，燃燒生成的熱連續(xù)供給一個閉路系統(tǒng)中的氦氣，由它作為功質(zhì)循環(huán)做功。瑞典建造的“哥德蘭”號是世界上第一艘裝備“斯特林”發(fā)動機(jī)的潛艇，它可以連續(xù)潛航14天。目前，日本的“蒼龍”級和中國新型潛艇也采用“斯特林”發(fā)動機(jī)。

燃料電池AIP則是將燃料與氧化劑中蘊(yùn)含的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。單個燃料電池也由正、負(fù)兩個電極和電解質(zhì)組成，但與普通蓄電池不同的是，它的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)而只是催化元件，工作時燃料和氧化劑由外部供給。

氫-氧燃料電池的反應(yīng)原理，可以認(rèn)為是水被電解產(chǎn)生氫氣和氧氣的“逆過程”。因此，使用這種AIP系統(tǒng)的潛艇必須攜帶大量的液氫和液氧，技術(shù)難度可想而知。

燃料電池突出的優(yōu)勢是能量轉(zhuǎn)換效率極高、噪聲低，德國最先進(jìn)的212A型潛艇便使用燃料電池AIP，一次潛航可達(dá)12天。

今天，先進(jìn)的AIP系統(tǒng)已經(jīng)在各國海軍普及開來，但有一個關(guān)鍵問題也不能忽視，那就是目前的各類AIP輸出功率普遍較小，只有幾百千瓦量級，與數(shù)千千瓦的柴油機(jī)相去甚遠(yuǎn)，因此還只能作為潛艇的輔助動力、在4～5節(jié)的低速航行時使用。