212A型潛艇最令人矚目的特點，或許在於其混合動力系統的設計。它融合了傳統的柴-電動力系統和AIP輔助動力系統，前者使其能夠在低威脅地區進行高速航行和活動，後者使其能夠在高威脅地區進行長時間的水下低速活動。
212A型潛艇
該系統融合了成熟技術與新興技術，其主要構成包括：一臺MTU 16V 396型柴油機及一臺皮勒交流電發電機；鉛酸蓄電池；AIP系統：9個西門子BZM 34燃料電池模塊、燃料電池控制板、液氧儲存罐和氫氣儲存槽以及用於存儲化學反應中生成的廢水的水箱； 1臺西門子永磁同步電動機。下面對上述組件進行詳細介紹。
212A型潛艇總體佈局圖
柴油發電機組：212A型潛艇的電能主要來源於一套吸氣式柴油發電機組。這一緊湊型的柴油發電機組以16V 型MTU 396系列柴油機為核心組成。該型柴油機在陸上和海上被廣泛使用，20世紀80年代初經改進後首次在潛艇上使用。至今，8缸、12缸和16缸的396系列潛艇用柴油機共生產了約250臺，累計使用時間已超過31萬小時。該型柴油機與一臺皮勒電力系統公司生產的交流電發電機相連，該發電機將電能直接供給潛艇上的電動機，或將電能儲存在蓄電池中，供以後水下航行時使用。
霍瓦茲造船廠聲稱已對柴油發電機組進行了優化，縮短了通氣管狀態下的航行週期，儘可能減少了潛艇靠近水面航行時的時間，從而可對燃料電池動力系統形成有效補充。這一柴油發電機組的設計可承受氣壓的驟變，以及潛艇縱搖和側傾時產生的巨大晃動，而潛艇在水下活動時，發生縱搖和側傾非常普遍。
212A型潛艇
蓄電池：212A型潛艇使用的蓄電池是艾諾斯·霍克公司（EnerSys Hawker）生產的“瓦爾塔”（Varta）常規鉛酸蓄電池，安裝在武器儲存室下方的一個隔艙內，位於耐壓殼的前部。它既可以通過柴油發電機組進行充電，（在特殊情況下）也可通過AIP系統提供的電能進行充電。普通的可充電蓄電池仍然存在功率密度較小的問題，因而為了增強未來潛艇的水下性能，正在尋找其替代品。
例如，霍瓦茲造船廠正積極研製供潛艇使用的鋰電池。在210型改進型概念潛艇和216型概念潛艇中就採用了鋰電池的設計，因而可以想見，現役的潛艇也可能會換裝鋰電池。眾所周知，波音787客機由於採用鋰電池技術而發生了一些問題，此時，尚不能確定這是否會影響到其在潛艇上的應用。
AIP動力系統：在不能浮出水面獲得空氣，柴油發電機組主動力系統不能運轉時，212A型潛艇基於燃料電池的AIP動力系統將作為備用手段提供電能。基本工作原理是通過反應物（燃料和氧化劑）將化學能轉變為電能。具體到霍瓦茲造船廠和西門子公司共同研製的AIP動力系統，其所使用的反應物為氫氣和液氧。液氧儲存在兩個帶有蒸發器的特製的隔熱、抗震儲存罐內，利用燃料電池發生化學反應時產生的廢熱使液氧汽化。它還用於為艇員提供呼吸用的氧氣。相對危險的氫氣則被儲存在由霍瓦茲造船廠特別設計的金屬氫化物儲存槽內。氫原子被吸附在儲氫金屬的晶格結構中，經過加熱後可釋放產生氫氣。氧氣和氫氣分別通過一根雙壁管送至AIP系統的燃料電池模塊中。
霍瓦茲造船廠和西門子公司聯合研製的PEM燃料電池AIP系統工作流程圖
212A型潛艇AIP系統的核心為西門子公司研製的BZM 34 PEM燃料電池模塊。每個模塊的重量僅為650千克，由72塊燃料電池組成，輸出功率可達34千瓦。燃料電池模塊為抗壓設計，密封在一個用氮氣填充的容器內，有助於及早發現和預防化學品洩漏等安全隱患。每艘潛艇有九個燃料電池模塊（其中一個為備用，一旦發生故障將自動啟用），與潛艇的主配電板相連。燃料電池模塊位於下層甲板，剛好在內裝柴油發電機組的消聲艙的前方。蒸餾水是燃料電池化學反應的唯一副產品，被儲存在一個水箱內， 用於平衡反應物消耗之後損失的重量。
通常情況下，在AIP系統工作時，AIP系統的燃料電池和普通蓄電池均一直與動力系統相連，兩種電池配合使用。實際上，燃料電池系統為潛艇在低速狀態下航行提供電能。如果動力系統對電能的需求超過了燃料電池的電能輸出能力，擁有足夠剩餘電量的蓄電池將補足其不足。單獨使用AIP系統的燃料電池為潛艇提供電能也是可行的，但這隻有在蓄電池設備發生故障時才可單獨使用。單獨使用燃料電池時，需要藉助獨立的輔助電源啟動燃料電池系統。
212A型潛艇
在實際使用中，PEM燃料電池AIP系統取得了巨大成功，為潛艇在高威脅地區進行隱蔽行動提供了多方面的優勢。燃料電池本身不會產生任何噪音；無需排放任何廢物，降低了被發現的幾率，也不會對下潛深度造成影響，同時，工作溫度相對較低（約80℃），最大程度地減少了紅外特徵。與其他AIP技術相比，基於燃料電池的AIP系統更加高效（霍瓦茲造船廠聲稱至少為其兩倍），在攜帶相同量氧氣的情況下，水下續航能力更強。212A型潛艇可在水下長時間航行，雖然需維持低速狀態，但水下續航時間可超過兩週。
電動機：212A型潛艇裝備的西門子永磁同步電動機，在20世紀80年代初就已開始研製。總體目標是研製一種既高效、可靠，又噪音低、散熱少、磁特徵小的潛用驅動系統。最終的設計利用永磁體產生交流電，與同等的傳統直流電動機相比，結構更加緊湊，效率更加高效。主控和冷卻裝置也集成在電動機內，進一步節省了空間。212A型潛艇裝備的電動機重量約為28噸，最大功率約為2兆瓦，由無磁鋼製成。尤為值得注意的一個設計特點是，與此前的電動機相比，該型電動機能夠在相對較低的轉速下達到 同樣的扭矩，使潛艇能夠使用低轉速的螺旋槳，從而降低水聲特徵。
西門子永磁同步電動機
212A型潛艇的永磁同步電動機直接與七葉歪斜螺旋槳相連。螺旋槳的這一設計旨在減少空泡現象（從而減少噪音的產生），同時又能保持其高效運轉。槳葉沿縱軸線向後傾斜，槳葉葉尖的朝向與螺旋槳旋轉方向相反。據公開信息顯示，該型潛艇的最大水下航速可達20節，最大水面航速則減至12節。霍瓦茲造船廠正在研製一種新型的碳纖維螺旋槳，可進一步增強動力性能，可能會裝備在第二批212A型潛艇上。根據公開資料，這一碳纖維螺旋槳將會採用六葉槳片的形式。然而，螺旋槳的設計參數仍然是 最高機密。因而，在此方面，公開資料和實際情況可能會有很大的差異。
閱讀更多 ArmyfansR 的文章
關鍵字: 西門子公司 設計 原汁原味的德系SUV
