食譜旅遊討論區 | 現代資訊, 由德國212型潛艇談AIP技術

由德國212型潛艇談AIP技術
　　4月7日，由燃料電池驅動的德國212型 U31號潛艇在德國基爾港進行了首次下水試航。消息傳開，世界各國海軍為之轟動，因為德國海軍新建的212型常規潛艇是在209型潛艇的基礎上研製成功的世界上第一型裝備燃料電池的不依賴空氣動力裝置的 A I P潛艇。

　　各國青睞 A I P

　　德國在這時候試航 U31號潛艇，不僅表明燃料電池驅動潛艇技術已由研製走向實用，而且表明採用 A I P動力裝置的潛艇將日漸受到各國海軍的重視。世界上，有不少國家在研製燃料電池驅動的常規潛艇。除德國外，美國、俄羅斯等國也在研製燃料電池驅動的常規潛艇，但 U31號潛艇卻是最先下水的。德國海軍稱，它是「目前世界範圍內最先進的常規動力潛艇」。

　　研製 A I P動力潛艇，即「不依賴空氣推進裝置」的常規潛艇，是許多國家海軍多年的夙願。如今它已日漸風靡各國海軍，並大有引領常規潛艇發展之勢。眾所周知，當今世界上有40多個國家和地區擁有800艘左右的潛艇，其中常規動力潛艇就有700余艘。與核動力潛艇相比，常規動力潛艇機動靈活、噪音小、造價低，但它們有一個致命的弱點：不能在水下作長時間的航行，必須經常上浮至海面「呼吸」，也就是要在通氣管狀態下使用柴油機為蓄電池充電，這樣很容易被對方雷達偵察到，同時柴油機為蓄電池充電時所產生的噪聲也極易被對方水聲器材探測到，因而大大增加了常規動力潛艇的暴露率，使其生存能力受到嚴重的威脅。為了減少暴露率，增加隱蔽性，早在二戰期間，德國及蘇聯就曾涉足 A I P動力裝置的研究。進入20世紀後半期以來， A I P動力裝置更如繁花怒放，紛紛在各國潛艇上「安家落戶」。

　　目前，世界各國海軍已經研製了各種各樣 A I P動力裝置的潛艇，並使之服役。其中，世界上第一艘裝備斯特林發動機的 A I P潛艇「哥特蘭」號於1995年 2月下水；1996年7月該艇正式服役於瑞典皇家海軍。該艇使用斯特林發動機，能獲得大約6節的水下航速，並可保持該航速連續航行15天。同時，發動機上的吸收裝置可把廢氣與水充分攪和後排出艇外，不會在周圍環境中形成氣泡，從而減少了尾跡，降低了紅外輻射。

　　蘇聯海軍早在20世紀50年代就建造了幾十艘使用另一類 A I P動力裝置的 Q 級潛艇。這種 A I P是閉式循環柴油機。目前，俄羅斯正式向外推出的一種新型 A I P潛艇是「阿穆爾」級潛艇。該級艇採用的是鹼性燃料電池。這套燃料電池動力裝置的功率為300千瓦。它能保證該級艇以水下3.5節的速度持續航行20天。此外,荷蘭、巴基斯坦、日本、澳大利亞、意大利、英國等國近年來也紛紛加入研制、潛艇加裝 A I P動力裝置的行列。

　　漫長而曲折的發展歷程

　　形象地說，燃料電池相當於一個自動運行的發電廠。它的發展是以電化學、電催化、電極過程動力學、材料科學、化工過程和自動化等學科為基礎的。從18 39年格羅夫發表世界上第一篇關於燃料電池的報告至今，它的發展歷程已有160余年。燃料電池以氣體為氧化劑和燃料，但由於氣體在液體電解質中的溶解度很小，導致電池的工作電流密度極低。為此，科學家提出了多孔氣體擴散電極的概念，才使燃料電池具備了走向實用化的必備條件。

　　但在20世紀60年代以前，燃料電池一直處於理論與應用基礎的研究階段，僅涉及概念、材料與原理等方面。進入20世紀60年代以後，由於載人航天對於大功率、高比功率與高比能量電池的迫切需求，燃料電池引起一些國家與軍工部門的高度重視。很快，美國就研製成功了「阿波羅」登月飛船上的主電源———培根型中溫氫氧燃料電池。20世紀70~80年代，由於出現世界性的能源危機，促使世界上以美國為首的發達國家大力支持民用燃料電池的開發，從而使燃料電池發展到兆瓦級試驗電站的階段。迄今還有數百台200千瓦磷酸燃料電池電站在世界各地運行。而基於質子交換膜的燃料電池現正飛速發展。各種以其為動力的電動車性能可與內燃機車輛相媲美（除了造價高以外）。因此其已成為美國政府和有關公司關注與競爭的焦點。

　　燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效（50％~70％）環保地轉化為電能的發電裝置。它的發電原理與化學電源大致一樣，由電極提供電子轉移的場所。導電離子在將陰陽極分開的電解質內遷移。電子通過外電路做功並構成電的回路。燃料電池的工作方式又與常規的化學電源有所不同，更類似於汽油、柴油發電機。它的燃料和氧化劑不是儲存在電池內，而是儲存在電池外的儲罐中。當電池發電時，要連續不斷地向電池內送入燃料和氧化劑，排出反應產物；同時也要排除一定的廢熱，以維持電池工作溫度的恆定。而其儲存能量則由儲存在儲罐內的燃料與氧化劑的量來決定。

　　A I P打造新「海狼」

　　212型艇長55.9米，寬7米，吃水6米；水上排水量1450噸，水下排水量1830噸；水上航速12節，水下航速20節；水下續航能力168小時/8節，下潛深度200米；編製23人。艇體主要部分採用單殼體結構，而部分艇體採用雙殼體結構，艇上所有能產生噪音的機械都安裝在潛艇雙殼體內。艇體採用奧氏體鋼，具有無磁、高強度、高彈力等性能。艇後部水平舵為 X形，並首次裝備了指揮台水平升降舵。艇上還安裝有潛艇集中的操縱控制系統。它可將艇、機、舵的操縱控制融為一體。中央控制台只需一人，即可完成對艇的深度、航向、航速和縱傾等控制，實現操縱控制的全部自動化。艇上安裝有由燃料電池和柴-電動力組成的混合動力系統。前者主要用於水下隱蔽的長時間航行，後者則用於獲得作戰所需的高航速。兩者既可單獨使用，也可聯合使用。該級艇裝備有6具533毫米魚雷發射管，共攜帶魚雷24枚，不裝魚雷時可攜帶24個水雷。

　　德國海軍212型 A I P潛艇採用了由燃料電池和柴電動力組成的混合動力裝置。燃料電池動力系統主要包括：9個模塊單元組成的質子交換膜燃料電池組、液氧存儲罐及在金屬氫化物中存儲的氫。每個模塊可輸出功率34千瓦，9個模塊的總輸出功率為300千瓦。試驗證明，利用燃料電池驅動，212型潛艇的最高速度可達8節，並可在水下連續航行7天，如果以4.5節的水下速度航行，續航距離可達1250海裡。艇上另一套動力系統是由柴油發電機組、推進電機、蓄電池組和配電設備等組成的常規推進系統。上述兩套系統既可以單獨工作，也可以同時進行工作。兩套系統同時工作時，水下的持續最大航程為1683海裡，是209型潛艇的4倍多。

　　212型潛艇艇體採用的是低磁鋼，同時艇上還裝有高性能的消磁系統，可及時地進行消磁處理，使艇始終保持低磁。艇的外表及升降裝置表面均塗敷有新研製的、可吸附聲波和雷達波的特殊材料，能有效地降低敵聲吶和雷達的探測距離，從而使該艇的隱形性、安靜性都名列世界一流。艇前部裝有6具533毫米魚雷發射管，可發射新式智能化魚雷，既能反艦，也可反潛，是名副其實的「海狼」。