AIP裝置的發展綜述

（92493部隊88分隊，遼寧 葫 蘆島 1 25000）

不依賴空氣的動力裝置—AIP系統，將這種技術應用于常規潛艇，將對潛艇的未來帶來深遠影響，甚至是革命性的變化。不依賴空氣動力裝置的出現，可使常規潛艇的通氣管航行方式得以減少，極大地降低了潛艇的暴漏率，同時也延長了潛艇的水下續航力，增加了潛艇的隱蔽性，提高了常規潛艇的生命力和戰斗力。AIP系統在潛艇上的安裝，使常規潛艇首次部分具備了如同核潛艇那樣的長時間潛航能力，而且其造價也比較低廉。根據當今國際形勢，唯有裝備了AIP艇的海軍力量，才能在各國相互軍事競爭中占得先機。

本文針對典型AIP技術原理及國外海軍AIP發展及裝備情況進行分析闡述，并對典型AIP技術特點進行評價對比，以期借鑒國外海軍AIP發展經驗的同時進一步探索總結，得出適合我國海軍AIP裝置發展的方向。

1 AIP典型技術及工作原理

1.1 燃料電池

燃料電池是把燃料和氧化物的化學能直接轉化為電能和電化學裝置，其直接輸出直流電，無需發電機和變壓器，無電能和機械能損耗，燃燒后的副產品是水，無須排污設備。燃料電池的工作原理是靠氫氣反應直接產生電能而工作的，與電解水產生氫氣和氧氣的過程相反。

目前，存在的問題主要是氫的攜帶問題。除低溫儲存法外，還研究了金屬氰化物儲存的方法，但還有一些技術問題待進一步解決。比如在經過幾次取氫和注氫（稱為析出作用和吸附作用）循環后，金屬氰化物就分裂成為約5 μm大小的粉末。不能讓粉末進入減刑燃料電池，所以，要求裝置中的濾器的篩眼尺寸為1 μm。此外，氫的儲存模塊多，需要配置很多遙控閥件，傳感器類模塊間連接的管道也多，相應的焊縫也長，這就增加了泄漏的風險，也難以確定泄漏點的位置。

1.2 閉式循環柴油發動機

該系統以閉式循環柴油機為發電機原理。為使柴油機在沒有空氣供氣的狀況下工作，必須提供擬空氣成分的進氣氣體，使柴油機發火燃燒工作。因此，將柴油機派出的廢氣經吸收器吸收部分CO2氣體，廢氣中未被吸收的部分氣體再加入適量氧氣和氬氣，即組成人造大氣，使氣體能夠被燃燒室重復使用。這樣柴油機既可在閉式循環狀態下正常工作，也可在開式空氣供應時正常工作，實現開、閉合用。柴油、氧氣和氬氣都被儲放在潛艇上，后兩者以液體形態存放在真空隔離的雙層容器內。除了柴油機本身，該系統的其他關鍵技術有吸收器和水管理系統。但與其他兩種技術相比，必是循環柴油機的技術要相對成熟。

1.3 斯特林發動機

斯特林發動機是一種外然式發動機，其采用液氧加柴油作燃料，一般以氦氣作循環工質。通過外部燃燒的高溫氣體經加熱管加熱，內部循環工質受熱推動活塞作功，將熱能轉化為機械能帶動發動機發電，目前，還有部分關鍵技術問題尚待進一步解決。

2 國外海軍AIP發展概況

2.1 美國“重起爐灶”

從2000年開始，美國恢復了非核動力潛艇的建造，進行2 500 kw艦船日用燃料電池發電模塊的項目開發。其主要包括：基于MCFC（熔融碳酸鹽燃料電池）的艦船日用FC發電模塊研究、基于SOFC（可重復使用固態氧化物燃料電池）的潛艇動力電源研究、基于SP1000型空間技術熱離子反應堆AIP研究等。

2.2 法國“另辟蹊徑”

在AIP研究領域，法國另辟蹊徑進行閉式循環汽輪機系統開發，在DCN（法國艦艇建造局）組織下，伯廷公司研制被稱之為自主式能源艙（MESMA）的AIP系統在該領域一枝獨秀，是最早上艇使用的閉式循環汽輪機系統。除現有的200 kw的MESMA/AIP系統，伯廷公司還進行600 kw、1 300 kw的閉式循環汽輪機開發。

2.3 西班牙“暫露頭角”

西班牙最新一代潛艇S-80A已經逐漸浮出水面，該潛艇將采用由美國聯合技術公司（UTC）開發的300 kw甲醇重整制氫及純氧為燃料的PEMFC/AIP裝置，西班牙參與了此項研究。

2.4 日本“八方取經”

2007年10月起，日本防務省投入51億日元的預研經費，正式啟動了緊跟歐美等國最新技術的新一代“高科技潛艇”計劃。整個項目中高新技術將占30%的比重。德國燃料電池AIP模塊技術、美國TANGOBRAVO潛艇計劃的核心無軸無槳技術和外部武器裝載技術都是該計劃的追蹤目標。

2.5 韓國“搶得先機”

韓國在90年代就提出了“遠洋海軍”KSS-2發展計劃。這項計劃在雄厚資金支持下進展神速，將巨資購買由德國HDW公司部分部件及技術，裝備214型AIP艇。而采用鈉硫高能電池的首艘AIP艇“孫元一”號于2006年已在現代重工尉山船廠下水。

3 AIP在我國的應用前景

世界各國海軍應用的AIP技術系統各不相同，說明都有各自的優點和不足，如果要問我國AIP如何選擇，那必須考慮到管理需要、后勤保障、預算問題等。國內相關專家經計算分析認為：在500海里左右的近海作戰時，裝備斯特林發動機和閉式循環柴油機的小型潛艇費用比最佳；在1 500海里左右時，裝備燃料電池的中型潛艇費用比最佳。但從長遠發展開，燃料電池為清潔能源，它能夠滿足常規潛艇高指標的作戰要求，且噪聲、紅外等特征均很低，使潛艇更加安靜、隱蔽，更適合未來發展趨勢，其中AIP技術性能指標評價如表1所示。

表1 三種典型AIP技術性能指標評價

綜合分析三種典型AIP技術性能指標，同時結合我國的實際情況，得出我國適合利用現有成熟的柴油機主機技術進行研制，這樣的研制方法周期短、經費低，會使閉式循環柴油發動機可較快研制成功。而且輔助系統，如CO2吸收器、水處理系統等均可隨之試驗研制，這樣主機和輔機系統能同步發展。

4 結束語

根據國際及周邊環境，常規潛艇裝備AIP是必然趨勢，更是迫切要求，必須加速研究我國自主AIP系統，特別是閉式循環柴油發動機研究，使得中國常規潛艇能夠在全球競爭中獲得份額，讓我國潛艇“屏住呼吸”。

[1]王屈平，葉 烽，劉愛玉.當代海軍AIP技術發展動態[J].船電技術，2010，（7）：17-22.

[2]齊耀久.伴隨時代發展的潛艇AIP技術[J].現代艦船，2005，(11)：22-25.

[3]王曉武.國外常規潛艇AIP技術現狀及發展趨勢分析[J].艦船科學技術，2009，(1)：173-175.