国产斯特林发动机研制成功 一台斯特林发动机顶日本苍龙级4台

时间:2021-12-23 18:25:50 来源:互联网112作者:zx

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 中国斯特林发动机的水平已经达到世界最先进,潜艇AIP动力翻两番。据环球网报道,日前,国内首台大缸径斯特林发动机基础样机在中国船舶集团有限公司旗下第711研究所顺利完成性能试验,这个研究所也就是大名鼎鼎的上海船用柴油机研究所。这台基础样机额定功率达到了320千瓦,热功转换效率达40%,是目前国际上已知斯特林发动机的最高水平。

 斯特林发动机是一种热气机,叫“闭式循环往复式外燃机”,我们现在的常规潜艇上使用的那种AIP动力装置(不依赖空气动力装置),就是斯特林热气机。

 我们知道,传统的常规潜艇在水下航行时只有两个驱动方式,一是在上浮或通气管状态使用柴油机动力,潜艇在水下10米左右的通气管深度使用柴油机,能够以10节以上航速进行潜航。二是在潜航状态使用蓄电池电机动力。

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 这两种动力方式都有很大缺陷,通气管状态航行时,需要向海面伸出发动机通气管,潜艇上浮让柴油发动机工作的时间就是最容易暴露的时刻。而使用蓄电池电机作动力,却不能持久航行。潜艇的柴油机运行离不开空气,因此每次水下航行时其蓄电池用尽后,就必须浮出水面充电,或者采用通气管运行柴油机为蓄电池充电。

 因而,普通的常规动力潜艇的水下续航时间极为有限,根据航速不同,大约只有几小时至几十个小时。潜艇在水下航行没有兴波阻力,所以相同动力条件下的航速比在水面航行时高得多,潜艇在水下以电机驱动可获得10节以上的高速,现代先进潜艇甚至可以进行20节航速的水下电机航行。但由于潜艇电池容量有限,如果以电机驱动10节以上的水下高速航行,那么一小时就能将电瓶的电量耗尽。

 由于每隔一段时间就要上浮充电,导致常规潜艇的隐蔽性较差,水下憋气的功力不够。在过去,只有核潜艇能够长时间的在水下航行,而常规潜艇只能算是会潜水的船。

 为了保证隐蔽性,常规潜艇最好是增加在水下航行的时间,避免浮出水面,这就促使了不依赖空气推进系统(AIP)的产生。从上世纪90年代开始,一些国家的最先进常规潜艇已经开始采用水下长航时辅助动力装置(AIP动力),可以使用燃料电池或斯特林闭式循环发动机,不依赖外界空气进行水下长时间潜航。

 目前很多国家的先进常规潜艇基本都装备了AIP系统,这种系统可以使常规潜艇无需从空气中获取氧气,就能有足够的动力。潜艇AIP系统包括斯特林发动机、燃料电池和闭式循环汽轮机系统等。其中斯特林发动机是最成熟可靠、采购和使用成本最低,而且噪音较小的动力类型。

 斯特林发动机在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明,故又称斯特林发动机。这是一种由外部热源加热,并将热能转换为机械能的热机,是外燃机。与外燃机相对应的就是内燃机,像汽油机、柴油机这都是内燃机。外燃机,顾名思义就是燃烧或热源在气缸外完成,像蒸汽机、蒸汽轮机,都属于外燃机。斯特林发动机是一种循环活塞式热机,所谓闭循环的意思是燃烧产生的空气一直会保存在气缸内,不需要向内燃机一样与外界环境进行气体交换。

 我国的常规潜艇在使用斯特林闭式循环发动机做水下航行时,可潜航一个多月无需浮出水面。一艘排水量3000吨的常规潜艇使用AIP动力的续航能力可达3000公里(1650海里),算上全程潜航潜入阵地的续航时间,可在第一岛链进行20~30天左右的阵地作战。不出现通气管暴露状态下的连续潜航隐蔽作战,可极大增加对抗美日航空广域搜潜的能力。

 中国是潜艇AIP动力系统发展较晚的国家,但中国的进步速度非常快。上世纪80年代瑞典率先突破斯特林AIP发动机技术,成功装备潜艇。中国在上世纪90年代从瑞典引进了第一代的斯特林AIP系统,也就是斯特林MK.2热气机(4-275发动机)。巧合的是,日本也是此时从瑞典引进了斯特林MK.2热气机,安装于苍龙级潜艇上。

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 第一代的斯特林MK3发动机的功率较小,单台功率只有75kW(100马力)。日本苍龙级的AIP动力系统是四组瑞典研发授权日本生产的川崎-考库姆V4-275R斯特林闭循环推进系统,总共只有400马力。相对比的,日本最新款的丰田陆巡越野车,其低配置的3.5T发动机,都能有422匹马力的输出。

 而中国在发展039B型潜艇时,实现了AIP动力系统的动国产化改型,要比日本苍龙级先进得多,我国在引进的瑞典AIP基础上,做出了升级,新款的斯特林发动机效率比外国原品提高117%至120%。039B常规潜艇在使用闭式循环发动机做水下航行时,可潜航一个月无需浮出水面,速度比日本苍龙级潜艇提高50%以上。而现在中国将斯特林闭式热气机的单台功率翻了两番,达到了320千瓦,是世界最高水平的,从而一举超过了瑞典和日本等国家。

 下一步该所还要研制兆瓦级的斯特林发动机,也就是1000千瓦级,如果兆瓦级斯特林发动机研制成功,那么完全可以取代常规潜艇的柴油机,甚至进一步与小型核反应堆相结合,研发出结构紧凑的小型潜艇核动力系统。


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