柴油潜艇下潜时,发动机所需的空气从哪里来?

yuwg0579


在现代海战中,潜艇是一种必不可少的武器;有很多人好奇,一些常规动力的潜艇在水下航行,发动机需要的空气从哪儿来?水下周围都是海水,如果需要一直上浮换气,岂不是大大降低潜艇的作战效能?为了解决这个问题,这一技术很关键,他就是AIP系统的斯特林发动机。

熟悉潜艇的同学肯定知道,现代潜艇分为两种动力,一种是核动力,另一种是常规动力;核动力不需要空气,但是常规动力引擎都是需要吸气的,在水下航行该怎么解决这个问题呢?这就要提到潜艇技术非常重要的一环:AIP系统;AIP系统翻译成中文就是不依靠空气的动力系统,细分的话大致可以分为三种,每种方法都各有各的优点和短板。

第一种是直接采用封闭式的循环供气;就是指在潜艇内部,建立一个封闭的内循环系统,在发动机排出的废气中,加入新鲜的氧气,模拟真实的大气环境;但是这种方法迟早会把氧气耗光,所以需要潜艇一直上浮换气,而且需要腾出很多空间来容纳压缩空气气缸;这种方法是最基础的,也是相对来说效能最弱的,但是这种方法制造工艺比较简单,价格也相对便宜,适合一些海军实力不强的国家。

第二种是使用蓄电池来辅助;这种方式需要潜艇装备两套动力系统,一套是常规的柴油发动机,另一套是电动驱动系统;在潜艇浮在水面上时,使用柴油发电机驱动,并且同时为蓄电池发电;而潜到水下之后,再使用蓄电池来电驱动推进。这种方法虽然使得潜艇水下潜航时间更长,但是蓄电池的保养和维护非常复杂,两套发动机系统也大大的挤占了潜艇宝贵的内部空间。

第三种是使用一种特殊的发动机:斯特拉发动机;这种发动机在十九世纪初,由英国人发明,在在许多特点上和传统的内燃机很像,但是区别在于,斯特拉发动机更适合潜艇使用;一是因为它有着更加出色的静音性能,二是因为斯特拉发动机的特殊工作原理使得它的气压的要求不高,不需要和内燃机一样维持较高的气压。

综合来看,AIP系统已经成为了现代潜艇技术必不可少的技术,想要拥有强大的常规潜艇,AIP技术非常关键。


水镜晓先生


我是萨沙,我来回答。

常规潜艇下潜以后,发动机是关闭的,采用电池供电,所以不需要空气。

水兵们呼吸的空气都是再生的,有专门的氧气再生设备。

如果老式柴电潜艇下潜时,随便开动发动机,那就是灭顶之灾。

因为发动机需要的氧气巨大,可能迅速导致潜艇内部缺氧。


看看这个灾难。

解放军海军四大悲惨事件之二:被中国渔民发现的惊天大事故


2003年4月26日,一艘威海渔船经过渤海和黄海交界处的内长山群岛时,发现一艘漂浮着的失事潜艇。这艘解放军潜艇上70名官兵全部牺牲,无一幸存。这是新中国潜艇部队历史上最严重的一次事故!更让人奇怪的是,在渔民汇报之前军方竟然不知道这件事。听萨沙说一说吧!

这是海军四大悲惨事件的第二件!2003年4月24日,一艘威海渔船经过渤海和黄海交界处的内长山群岛时,发现一艘漂浮着的潜艇。这里的平均水深只有20米至40米之间,天气晴朗的时候,一眼可以看见海底。渔民们发现,潜艇距离海面不到10米,隐约可以看到潜望镜伸在水上。这个海域是渤海的咽喉要道,也是解放军潜艇经常出没的地区。渔民们早已见怪不怪,就没有当回事。

4月26日这艘渔船再次出海经过同一个海域时,仍然发现这艘潜艇漂浮在原地。照常理来说,潜艇不可能长时间在这么浅深度动也不动。渔民们觉得可能是出事了,回港以后立即向解放军海军基地报告。

接到这个报告以后,海军方面派人赶到现场。这艘潜艇果然只有潜望镜露出水面,艇身上的361号字样清晰可见。根据训练计划,361号潜艇已经出港训练10天时间,目前位置绝对不是在内长山群岛附近。看来,真的是出了事!

经过批准,救援人员设法进入361号潜艇舱内。他们看到的是非常悲惨的一幕!潜艇内部完好无损,没有任何爆炸火烧或者碰撞痕迹,但全艇官兵70人都已经牺牲。解放军海军自建军以来,除了1959年418号潜艇事故只有1人幸存以外,还从没有过如此严重的事件。军委高层对此非常震怒,命令将361号潜艇立即拖回旅顺基地,将烈士妥善安葬并且追查事故原因。

经过反复分析,很快确定了烈士死因。这70名烈士没有任何外伤,也没有内伤,死前没有剧烈挣扎搏斗迹象,甚至神态都很正常。根据尸检,他们都是死于窒息,死亡时间很短暂,没有什么痛苦。

对航海日志的分析,可以断定事故发生在4月16日,从这天开始日志就没有更新过。根据仪表和其他线索,军方很快确定了361号潜艇失事的原因。

361号潜艇就是大名鼎鼎的035明级潜艇,为我国第一种自行研制的常规动力潜艇,70年代开始服役。实际上,明级潜艇借鉴了苏联R级潜艇的主要技术!R级潜艇是苏联50年代设计的老式潜艇,在2003年早已过时。明级潜艇长76 米,水下排水量2100吨,动力为两台柴油机,另有两台电动机,乘员58人。潜艇装备8个鱼雷发射管,可以携带18枚鱼雷。明级潜艇总体是比较落后的!从80年代开始,我军引进西方技术对其进行改造,在噪音控制、武器系统和水声设备上有较大进步。此次361号潜艇,就是进过改进后的型号,

361号潜艇是常规动力潜艇,也叫做柴电潜艇,依靠柴油机和电池保证动力。在4月16日当天,361号潜艇电池电力逐步耗尽,必须上浮进行充电。常规潜艇的充电需要启动柴油机,而汽柴油机需要大量氧气才能够运作。361号潜艇上浮到潜望镜距离,将潜望镜和通气管伸出海面,开始例行充电。在柴油发动机运行期间,通气管却出人意料的突然关闭,造成严重后果。

事后分析,这是当时海面有一定风浪,海水进入通气管,导致管口阀门自动关闭防止潜艇沉没。

这本身倒是没什么,关键在于正在运作的柴油机却没有停止,仍然在大量吸收氧气。此时潜艇和外界已经隔绝,消耗的只能潜艇内部的氧气。潜艇能有多大?在短短2分钟内,艇内所有氧气消耗一空。70名官兵,瞬间就遭遇了可怕的窒息。

这种氧气瞬间消耗殆尽的窒息,不同于掐住脖子的机械性窒息,是静悄悄的杀手。人在突然失去氧气后,最开始1分钟左右,会出现气闷的状态,也就是喘粗气。如果身体特别好的军人或者运动员,可能延长到3到5分钟。

随后的1到1.5分钟,人会感到严重气闷和心跳加快,却难以发现是出了什么事。

之后约1分钟,人迅速昏晕、意识丧失、筋肉痉挛,出现休克症状。

最后的1分钟到几分钟内,人就会因为严重缺氧导致呼吸停止、心跳停止、大脑活动停止,最终死亡。

以上这些过程,均发生在短短几分钟内。从窒息开始约2到3分钟后,人已经难以扭转,基本必死无疑了。

361号潜艇的惨剧,就发生在几分钟内。全体官兵短时间内出现气闷、昏迷、休克、最终停止呼吸死去。这个过程很短很快,又是从昏迷到死亡,70名官兵没有挣扎迹象,也没有什么痛苦。

以上就是对该事件的分析。那么,为什么潜艇在4月16日失事,直到4月26日由渔民发现汇报后,军方才知道这件事呢?

原因也不复杂!当时361号潜艇执行训练任务,无线电是静默的,并不和基地互动。而361号潜艇属于70年代中国仿造的老潜艇,缺乏国外先进潜艇的联络定位装置。

基地压根就不知道361号潜艇出了事,认为它还在进行日常训练。

此事发生以后,我国海军并没有藏着掖着。

新华社北京2003年5月2日电:据海军提供的消息,近日,我海军一艘常规动力潜艇在内长山以东我领海进行训练时,因机械故障失事,艇上70名官兵不幸全部遇难。军委、总部和有关部队领导对事故处理高度重视,对遇难烈士表示沉痛哀悼,对其亲属表示亲切慰问。现潜艇已拖回港口,善后工作正在妥善处理。

出了事,就有人要承担责任,责任主要是两方面。

第一, 潜艇自身技术缺陷。

对于常规潜艇充电时存在安全隐患,这是各国军方都清楚知道的事情。作为这种隐患的防备技术,在研发上难度并不大。只要简单的对艇内氧气检测,一旦低于危险标准就自动关闭柴油机或者至少进行报警就解决了。遗憾的是,老旧的361号潜艇压根没有这种设备。技术上老旧,就必须依靠人来规避危险。

第二, 潜艇官兵有失误。

正常的充电期间,只要启动柴油机,就务必确认通气管是否打开。柴油机工作时,最好将机舱密封,防止危及全艇。如发现情况,操作员就要以最短的时间使柴油机停止工作,并且尽快浮到水面或者通气管状态,进行通风换气。但361号潜艇却并没有严格监视通气管情况,机舱也没有关闭。这导致短短2分钟内,潜艇就遭受灭顶之灾。

此次事故毁掉了70个家庭!原本潜艇的编制为58人,从训练考虑搭载了青岛潜艇学院的12人,最终全部牺牲。

牺牲烈士马臣杰入伍已经10年,在361号潜艇上服役5年。遇难时,马臣杰刚刚结婚半年。因多次紧急执行任务,这对新婚夫妻真正相处的时间只有不到20天。他的妻子曾经说:我真的很想为他生个孩子的愿望,可惜都没法实现!

马臣杰烈士去世时,母亲有严重的心脏病,妻子刚刚下岗在社会上做临工,弟弟大学毕业后一直没有找到工作。马臣杰牺牲后,军队和当地政府妥善解决了他的家庭问题,也让烈士在天之灵有些安慰。

声纳业务长刘玉龙时年28岁,是家中的独子。家里人都知道潜艇上当兵是很艰苦的,一份资料中这样描述:潜艇一出行往往就是一两个月。由于空间有限,生活供给十分严格。尤其是水,在编制为40到50人的潜艇上,每人每天只能得到500毫升淡水,在那种“先军事后生活”的设计方案下,潜艇的铺位只有不到40厘米宽,卧室里没有空调。在这种状况下生活数十天,艰难,不是一般人能体会到的。

家人曾经劝刘玉龙不要这么苦,早点回地方找个工作。刘认为这是自己喜爱的工作,坚持做了下去。牺牲时,刘玉龙烈士刚刚结婚不到半年。

此次事件后,海军进行了严肃整顿。


萨沙


潜艇兵来回答。

常规潜艇潜入水下是依靠电动机带动螺旋桨驱动潜艇航行的,潜艇充满电以4节的经济航速航行可以航行2到3昼夜,如果以最高航速航行,只能续航30分钟。

电用完了怎么办?当然是充电了。充电就必须用到柴油机了,柴油机带动发电机充电。

柴油机发电有两种状态:一种是水面状态,潜艇水面航行,柴油机从舰桥升降口吸气。一种是通气管状态,潜艇在靠近水面的深度航行,舰桥会升起一个通气管露出海面,柴油机通过通气管吸气工作。

还有常规潜艇采用AIP(不依赖空气动力系统),采用特殊发动机以液氧为助燃剂,可以在水下航行一周以上。

我国海军361号潜艇2003年因指挥操作不当,造成70名官兵牺牲。是潜艇兵心中最难忘的痛。


seasing1231


常规动力潜艇下潜后柴油机必须关闭,水面航行时,柴油机一边给螺旋桨提供动力,一边给蓄电池充电,有点像现在的混动轿车动力。


潜艇下潜后,潜艇的动力就由蓄电池带动电机提供动力,潜艇毕竟主要是携带鱼雷的,蓄电池容量有限,开足马力据说跑不了两个小时电池就没电了,以较低速度潜行也就使用十来个小时。

建设在陆地上的核电站蓄电池组设计时都没有给大功率泵提供动力,尽为重要阀门和仪控设备供电。

下潜时蓄电池没电了怎么办?

这时就需要使用到通气管,通气管是1933年一位荷兰军官发明的,当潜艇在上部水域航行时,只要通气管伸到海面上就可以启动柴油机为潜艇蓄电池充电和提供动力了,不需要整个潜艇浮出海面,减少了被对方发现的概率。

这一改进效果相当显著,诺曼底登陆战时德军没装通气管的40艘潜艇全部葬身大海,安装通气管的9艘潜艇有6艘突破了盟军反潜防线。

不过加装通气管也有弊端,航母速度受到了限制,快速航行时通气管容易受损,通气管划起的水浪也容易暴露自身位置,算不上严格意义的全潜。

核潜艇的出现解决了这个问题,不仅提高了潜艇的隐蔽性,还增加了航母的行程。是三位一体核打击的力量之一,极大的发挥了潜艇的优势!

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核先生科普


柴油机在下潜的时候是不工作的,潜艇只有在水面航行才使用柴油机。下潜之后,潜艇是用电动机推进的。原因很简单,潜艇上没有那么多氧气维持柴油机工作。

常规动力装置主要由柴油机、蓄电池和主电动机等构成。而柴油机为水面航行主要动力,水面航速可以达到15节以上,蓄电池和主电机为水下航行主要动力,水下经济航速5节左右。潜艇水下航行受蓄电池电量的限制,常须浮出水面或在水下一定深度,使用柴油机航行,并带动主电动机为蓄电池充电以补充电量。

但是潜艇上有一根通气管,如果下潜深度不深,可以将通气管伸到海面以上,维持柴油机工作,但这只适合在低深度航行。

中国海军361潜艇沉没,沉默前正处于半潜的“通气管状态”,由于当时海面风浪较大,海水从通气管涌入,使通气管自动关闭,但艇内发电机却依然继续运转,导致两分钟内耗尽舱内氧气,潜艇成真空状态,70名官兵迅速窒息死亡。

还有一种常规潜艇是AIP潜艇,也就是不依赖空气推进装置,是目前世界常规潜艇发展的趋势,他主要通过在潜艇上加装液氧罐、采用化学电池、加装自持式船用核反应堆发电装置等办法,自己给自己提供空气,明显地减少潜艇使用通气管航行的时间,增加了潜艇的水下续航力,降低了潜艇的暴露率,弥补了常规潜艇水下续航力不足的重大缺陷。目前,在竞争日益激烈的常规潜艇的国际市场上,没有装备AIP系统的潜艇,即使其他方面的性能出众,也难再吸引买家掏腰包了。


鸿展阔哥


柴油机在下潜的时候是不工作的,潜艇只有在水面航行才使用柴油机。下潜之后,潜艇是用电动机推进的。原因很简单,潜艇上没有那么多氧气维持柴油机工作。

常规动力装置主要由柴油机、蓄电池和主电动机等构成。而柴油机为水面航行主要动力,水面航速可以达到15节以上,蓄电池和主电机为水下航行主要动力,水下经济航速5节左右。潜艇水下航行受蓄电池电量的限制,常须浮出水面或在水下一定深度,使用柴油机航行,并带动主电动机为蓄电池充电以补充电量。

但是潜艇上有一根通气管,如果下潜深度不深,可以将通气管伸到海面以上,维持柴油机工作,但这只适合在低深度航行。

2003年4月,中国海军361潜艇沉没,沉没前正处于半潜的“通气管状态”,由于当时海面风浪较大,海水从通气管涌入,使通气管自动关闭,但艇内发电机却依然继续运转,导致两分钟内耗尽舱内氧气,潜艇成氧气降为0,70名官兵迅速窒息死亡。

还有一种常规潜艇是AIP潜艇,也就是不依赖空气推进装置,是目前世界常规潜艇发展的趋势,他主要通过在潜艇上加装液氧罐、采用化学电池、加装自持式船用核反应堆发电装置(这种核反应堆使用低浓铀度,低压力,所以功率并不大,无法与核潜艇的核动力相比,所以划归为AIP)等办法,自己给自己提供空气,明显地减少潜艇使用通气管航行的时间,增加了潜艇的水下续航力,降低了潜艇的暴露率,弥补了常规潜艇水下续航力不足的重大缺陷。目前,在竞争日益激烈的常规潜艇的国际市场上,没有装备AIP系统的潜艇,即使其他方面的性能出众,也难再吸引买家掏腰包了。


雏菊西瓜Peterpan


简而言之,柴油机下潜时是不使用发动机的。在小编的不算丰富的知识体系里,柴油潜艇在水下有以下几种推进方式。

首当其冲的就是使用蓄电池,这也最直观地回答了题主的疑惑。当潜艇在水下工作时,艇上的柴油发动机处在完全关闭的状态,取而代之的是由艇上的蓄电池提供动力。在现实和历史中,绝大多数的柴油潜艇都采用这种方式。该方法解决了潜艇能不能在水下航行的问题,但毛病也很多,最简单的就是电池是有限的,用完了就给浮上来启动柴油机充电。在平时还好,假如在被驱逐舰追的时候没电了就很尴尬了。

还有一种方法是使用潜艇通气管技术,简单来说就是当潜艇在潜望镜深度巡航时,艇内伸出一个类似潜望镜结构的通气管通到海面上。海面上的空气通过这根硬质管道源源不断地输送到潜艇的轮机舱内,给柴油机提供赖以运转的空气。该方法最早由德国人运用在U艇上,其好处是潜艇不用完全浮出水面充电,在茫茫大海上找一节通气管难度不言而喻,这就大幅提高了隐蔽性。

最后就是不依赖空气推进技术,即AIP。主流的AIP技术包括燃料电池和空气内循环系统等,这类系统能够有效提高潜艇在水下的工作时间,通常能够达到数十天之久,这是以往常规动力潜艇所无法想象的。对于大多数无法拥有核潜艇的国家来说,采用AIP技术的潜艇无疑是梦寐以求的装备。


强武堂


潜艇如果按其使用的动力来区分的话,可分为常规动力和核动力两类,核动力潜艇就是用核做动力,因核反应堆不需要氧气,固从理论上说核动力潜艇可无期限潜航,而常规动力也就是柴电混合动力潜艇,并没有题主说的单一用柴油做动力的潜艇,大家都知道柴油机做功是需要氧气的,潜艇在水下密封状态下,别说柴油机工作需要大量的氧气,就连潜艇内的工作人员呼吸用氧都要用专门设备来提供。

所以,当在第一次世界大战之前,潜艇就使用柴油机+电动机+蓄电池作为动力,当潜艇在水面航行的时候,使用柴油做动力,并且为蓄电池充电,当潜入水下,潜艇就使用电力做动力,所以不存在题主所担心的柴油机所需氧气的问题


无双国史


没有柴油潜艇,正确的叫法应该是柴电潜艇,嗯,顾名思义,“柴电”的意思就是柴油和电力,即潜艇在水面航行的时候,使用柴油机作为动力来源(顺带换气以及给蓄电池充电),因为此时可以使用通气管给柴油机提供所需的空气;而当潜艇在水下潜航时,则是使用靠蓄电池驱动的电动机作为主要动力(速度比较慢,只有几节),此时的柴油机是不工作的,

不然,哪来那么多氧气去烧柴油?

所以,回到问题,柴电潜艇在水下航行的时候,发动机是不需要空气的,因为此时使用的是电动机作为潜艇的动力来源,并没有使用烧柴油的柴油机,这些内燃机对氧气的消耗太大了,对于在水下的潜艇来说,不管是储存还是利用技术手段循环再生的氧气,留给艇上的士兵们呼吸用都已经非常的勉强了,哪还有多余的氧气供给柴油机这样的“吸氧大户”,哪怕潜艇在水下时柴油机是不工作的,但受制于蓄电池的电力储存能力,柴电潜艇一般在水下潜航四五天左右就要上浮充电以及换气了!


这就是为什么常规动力潜艇潜航时间段的原因,仅仅依靠蓄电池储存电量时的电力消耗太快了,除非蓄电池技术能有大突破吧,不过,为了解决普通柴电潜艇的水下续航能力感人的问题,出现了一种使用“不依赖空气的发动机推进装置”的潜艇,也就是我们平时听到的AIP潜艇(Air Independent Propulsion),目前主要有三种方案,分别是:闭式循环AIP柴油机(CCD)、AIP燃料电池(FC)以及斯特林AIP发动机(SE)

,其实这玩意仍然是柴电潜艇,只不过多了个能充分回收利用空气的能力!

举个例子,闭式循环AIP柴油机,此系统中的闭式循环柴油机产生的废气中的CO2气体会先被吸收部分,然后给剩余废气中加入适量的氧气,造成一种“人造空气”。,而为了保证这种人造空气的比热值不会低于正常空气,使柴油机能在闭式循环状态下正常工作,会在这些人造空气中再加入适量的单原子气体氩,这样一来,柴油机就可以在水下潜航时的闭式循环状态下正常工作,也可以在水面航行时直接使用空气工作,至于在水下时氧气怎么来,当然是事先用氧气罐储存啊,不过这种

闭式循环AIP柴油机噪音太大了,没有后面两种方案好!

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哨兵ZH


柴电潜艇下潜时用电动机航行,不需要空气。

如果采用柴油机,就要使用通气管,在接近水面的下面航行。

此时空气经由通气管进入柴油发动机。


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