在当下,先进的燃气轮机可以说是大型水面舰艇最热门的动力装置,而再反观水下,常规潜艇却仍然以柴油机作为主动力源。从水下舰艇动力装置选型设计的角度来看,燃气轮机工作时震动噪声小,功率密度大的优点是非常适合潜艇的。除此之外,近年来各国还大力发展了多型AIP系统。这样问题就来:在当下,有如此多先进动力系统选择的情况下,为何柴油机仍是常规潜艇的主动力源呢?
采用了燃气轮机的自由级濒海战斗舰,航速非常高
常规潜艇的主机工作特点
潜艇的使用有水面状态、通气管状态和水下状态等几种航态。而就现代常规潜艇的发展特点来看,潜艇主要在水下活动,轻易不会浮出水面,这样当潜艇的主机需要工作时(一般是给电池组充电),一般都在通气管状态下。在通气管状态下工作的主机,相较于水面舰艇的主机工作环境有着很大的不同,因此,潜艇的主机有着自己独特的工作特点。为了契合文章主题,笔者特意挑选了其中三个较为突出的特点做讲解。
潜艇机舱
第一个特点:主机在通气管状态工作时,所需的空气是通过露出水面的通气口经空气管进入机舱;而废气是通过排气管道排至艇外水面以下一定深度处。由于管道阻力和静水压力的影响,造成主机的吸气压力低,排气背压大。此时,潜艇的主机如果想要满足工作需求,就必须具备在吸气压力低,排气背压高的条件下正常工作的能力。
燃气轮机的进排气管较大
第二个特点:主机在通气管状态工作时,由于波浪、涌和操艇误差的影响,吸气口可能被短时间关闭(涌浪埋没),排气口可能埋于水下更深的位置,因此,吸气压力会变得更低,而排气背压会变得更高,且还伴有周期性波动。此时,潜艇的主机如果想要满足工作需求,就必须具备在排气背压和吸气压力经常发生周期性波动的情况下仍能正常工作的能力。
柴油机对于进排气的压力波动有着更好的适应性
第三个特点:主机在通气管状态工作时,所需的空气是通过露出水面的通气口经空气管进入机舱,而此时倘若运行的主机空气消耗量过大的话,容易引起机舱真空度过高,排气背压过大的问题,严重的甚至发生事故。要改善这些问题,主要有两个方向:一是增大通气管的管径,以提高进气量;二是选用空气消耗量低的主机,以减少空气的消耗。从实际情况来看,增大通气管的管径极易暴露潜艇,因此,最佳的办法就是选取空气消耗量更低的主机。
潜艇伸出水面的装置不宜做的过大,容易暴露目标
关于常规潜艇的AIP系统
常规潜艇的不依赖空气推进系统(Air Independent Propulsion System,AIP系统),是20世纪80年代发展起来的常规潜艇水下长时间潜航推进动力源的总称。不过就现有各国研制的AIP系统的水平来说,其输出功率尚未达到替代常规柴电动力的程度,因此,目前已装备AIP系统或计划装备AIP系统的潜艇,AIP系统通常是作为辅助动力使用,即常规潜艇的主要充电或航行仍采用柴电动力,只在水下经航状态时,才主要使用AIP系统或电池组提供动力。
热气机是一种较成熟的潜艇AIP系统
结语
从笔者以往的科普文可以知道:燃气轮机虽具有震动小,功率密度高的优点,但同时也存在着空气消耗量大,需要进排气管大,以及排气压力低的问题。而从笔者上述的潜艇主机的工作特点可知:潜艇需要吸气能力强,排气压力高,能适应周期性波动,具有空气耗量低的主机。这样看,显然燃气轮机是无法胜任的。至于AIP系统,其实前景是非常好的,但是限于当下的技术水平,所以也是无法胜任。也正因此,当下柴油机仍是常规潜艇的主动力源。
日本苍龙级AIP潜艇在水面航行时烟雾缭绕表明柴油机仍是主动力源
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