基本介紹
- 中文名：不依賴空氣推進系統
- 外文名：Air Independence Propulsion
- 簡稱：AIP
- 潛水深度：中等
簡介,類別,特點分析,
簡介
Air Independence Power
AIP是“不依賴空氣推進裝置”的英文縮寫，如今它已為人們普遍接受，日漸風靡各國海軍並大有引領常規潛艇發展之勢。
現有的常規動力潛艇,在水面航行時,用柴油發動機作動力,同時給蓄電池充電；在水下航行時用蓄電池提供動力。潛艇因此要經常浮 出水面,不利於隱蔽。為了克服這一缺點,現已研製成無需從空氣中獲取氧氣的潛艇常規動力裝置,這就是所謂 不依賴空氣的動力裝置,簡稱AIP系統。
類別
世界潛艇四類AIP技術：
閉式循環柴油機AIP（CCDAIP）
該系統以閉式循環柴油機為發電機原動機。為使柴油機在沒有空氣供氣狀況下工作，必須提供模擬空氣成份的進氣氣體，使柴油機發火燃燒工作。為此，將柴油機排出的廢氣經CO2吸收器吸收部分CO2氣體，廢氣中未被吸收部分氣體再加入適量氧氣，即組成人造大氣。但由於這種人造大氣中CO2含量總比新鮮空氣多，使人造空氣的比熱容值低於正常空氣，為保證一般標準柴油機在閉式循環狀態下正常工作，一般在再循環的氣體中加入適量單原子氣體氬，使混合成的人造大氣與正常空氣比熱容值一致。這樣柴油機即可在閉式循環狀態下正常工作，也可以在開式空氣供應時正常工作，實現開、閉合用。為了高效地吸收柴油機廢氣中的CO2，應首先將溫度為350～400℃、壓力為0.2～0.5Mpa的廢氣噴淋冷卻至80～100℃。再將冷卻後的廢氣送進CO2海水吸收器中，讓海水充分溶解吸收CO2氣體，而其他成分氣體在吸收器中吸收量很少。經這種“洗滌”後的廢氣進入混合室與氧氣、氬氣混合後再循環。而溶有大量CO2的海水經海水處理系統（WMS），排出舷外。海水處理系統利用深水能量，不需消耗較多能量而將較低壓力的海水（2～5 bar）排放到深水中（如下潛300 m則為30bar），而水泵耗功只用於克服流動阻力，因此耗功少，整套裝置效率較高。
為使整個AIP系統協調工作，設定計算機控制系統，以控制水處理系統的海水流量，供氧量等，使整套系統適應柴油機負荷、潛艇下潛深度的變化，保證正常工作。
斯特林發動機AIP（SEAIP）
斯特林發動機（SE）AIP以不依賴空氣的斯特林機（Stirling Engine）為發電機原動機。斯特林發動機是一種外部加熱的連續燃燒發動機，它通過外部燃燒的高溫氣體經加熱管加熱內部循環的工質（船用斯特林機通常用氦氣作循環工質），內部循環工質受熱膨脹推動活塞作功，使發動機輸出軸功率。為了使發動機在無空氣條件下連續運行，同樣需要連續不斷地供應氧氣燃燒供應熱量，因而SEAIP也裝有較大容量的液氧罐。為了排除燃燒後廢氣，有兩種方法可選擇。一種是利用廢氣壓力直接排到舷外海水，這需要較高的燃燒壓力（30 bar左右），且未燃燒的O2會隨廢氣直接排至舷外，導致未燃O2氣和來不及溶解的CO2氣冒至海面。另一種方法是象CCDAIP系統一樣，裝備排氣冷卻?O2海水吸收器及水管理系統，這樣裝置會比直接排出廢氣的辦法複雜些，但可使燃燒壓力降低，燃燒不隨潛深影響，不會產生氣泡航跡，隱蔽性較好。
燃料電池FC（FCAIP）
德國已裝艇海試的燃料電池為氫氧燃料電池，其基本工作原理是靠氫和氧反應直接產生電能而工作的，它唯一的副產品為水，這個過程正好與通過電解分解水的過程相反。燃料電池必須源源不斷地供應氫和氧，為此，AIP裝置不僅要有較大容量的液氧罐，而且要有一個較大容量的液氫貯存罐，而液氫要比液氧貯存條件苛刻得多。
小型核動力AIP(AMPS)
小型核動力AIP系統又稱為自持式船用核反應堆發電裝置，加拿大ECSA公司從80年代初即開始了小型核動力AIP系統的研究工作，至今已先後研究成三種型號。該公司計畫將AMPS-400型系統裝於1000噸級潛艇，AMPS-1000型裝於2000噸潛艇上。
特點分析
CCD-AIP中，柴油機本身幾乎無需作重大改進，主機技術成熟，其他輔助系統問題，如再循環氣體混成、廢氣的噴淋冷卻、CO2海水吸收原理、水處理系統的原理，有關單位已有研究，不存在較大技術風險。因而開發CCDAIP能在技術風險小，投資少（例如引進一台CCD只需150萬美元），且可在我們工藝、工業水平能達到的情況下早日獲得。當然，相對來說，柴油機本身結構噪聲和空氣噪音較大，但現代隔振技術完全可使柴油機經隔振後噪聲指標達到要求。由於水處理系統耗能少，因此CCDAIP系統效率可達35%。
SE-AIP主機即斯特林發動機，外部連續燃燒加熱工質作功，因此結構噪聲及空氣噪音比柴油機小，這是它一大特點。目前，我國已研製出75 kW斯特林原理樣機，其效率為35%。與柴油機相比，效率稍低，而其技術成熟程度存在較大差距，工作可靠性有待進一步考驗。目前存在較大難度的技術問題尚需進一步解決，如高性能加熱器材料、加熱器頭工作溫度均勻、工質流動均勻、工質密封、功率調控、壓力燃燒等。因此，研製SEAIP必然投資較大（例如引進一台熱氣機需300萬美元，一個艙段需要1億美元），技術風險也比CCDAIP高。據稱，韓國引進瑞典斯特林發動機後認為40～70%零部件不能自己生產，結果否定了SEAIP方案。另據訊息，澳大利亞從瑞典購買熱氣機做評估試驗，3個月未達到額定功率，被否定。SEAIP研製周期相應也會較長。
燃料電池具有最高的能量與重量比，效率高（達50～60%），而且幾乎是不產生廢氣，可無聲航行。但在潛艇上貯存液態氫是有很大的技術難度。同時因為氫氣易爆易燃，對使用氫的安全有嚴格要求，裝置中的膜要依賴美國進口，國內尚無生產能力。由此可見燃料電池技術難度大，工業基礎要求較高，要使燃料電池上艇作AIP動力，需要很高的技術儲備，
3種AIP的性能指標評價
AIP方案性能指標 | CCDAIP | SEAIP | FCAIP |
航程 | 中等 | 中等 | 好 |
潛水深度 | 中等 | 中等 | 好 |
低噪聲級 | 較差 | 中等 | 好 |
散發至舷外熱量 | 中等 | 中等 | 好 |
研製費用 | 好 | 中等 | 較差 |
運行費用 | 好 | 中等 | 較差 |
研製周期 | 好 | 中等 | 較差 |
裝置安全性 | 好 | 好 | 中等 |
維修性能 | 好 | 中等 | 好 |
研製風驗 | 好 | 中等 | 較差 |
核電混合推進系統（SSN/AIP）的研製工作也在不斷推進和深入，加拿大在此類AIP系統的研究方面走在了世界各國的前面，其研製的AMPS型核電混合推進系統即將邁入實用階段。但必須指出的是，目前無論哪種AIP系統，其輸出功率均不能滿足常規潛艇水下最大航速航行的需求。只有將AIP系統與當前潛艇的“柴電”動力裝置組合在一起，構成混合推進裝置才具備實用價值。
