03.07 斯特林發動機是如何在常規潛艇上工作的?它燃燒不需要氧氣嗎?

和風漫談


很多人對AIP潛艇所謂的“不依賴空氣動力系統”有所誤解,這並不是說這些潛艇的動力系統工作不需要空氣(氧氣),只是說這些潛艇在AIP所攜帶的“液氧”等物資消耗完畢之前,不需要上浮通氣(供柴油發電機工作充電),儘可能的延長潛艇下潛時間。說白了AIP系統只不過是“乞丐版核潛艇”雖然較普通柴電潛艇有效增加了水下續航時間,但是無論的續航還是速度都與核潛艇天差地別,而斯特林發動機只不過是AIP系統中較為簡單成熟的一種而已。

AIP潛艇動力系統的分類

目前世界上較為常見的AIP動力系統有:

1、斯特林發動機,此種AIP動力系統首先由瑞典在潛艇上應用,目前我國的AIP潛艇也是應用斯特林發動機;2、閉式循環柴油機,這種系統研究的國家比較多,但是現役的常規潛艇幾乎沒有使用的;3、燃料電池系統,這種動力系統目前來說應該是各類AIP中前景最好的,但是相對的技術也比較複雜,目前德國西門子公司的燃料電池系統最好,並且該燃料電池裝備隨著德國214型潛艇的出口而輸出到許多國家;4、閉式循環蒸汽輪機,此類系統研製和使用的國家不多,法國相對而言研究的比較深入,並且巴基斯坦裝備的法制“阿戈斯塔90B”潛艇上就裝備了這種AIP系統。

斯特林發動機

上圖就是瑞典考庫姆公司A26型AIP潛艇上裝備的斯特林發動機(Stirling)結構圖,簡單一點說“整個斯特林發動機就是一個外燃機,而外燃機是一種外燃的閉式循環往復活塞式熱力發動機,不同於依靠燃料在發動機內部燃燒獲得動力的內燃機。新型外燃機使用氫氣作為工質,在四個封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔,另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮,然後流到高溫熱腔中迅速加熱,膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒,通過加熱器傳給工質,工質不直接參與燃燒。但是不管是內燃機還是外燃機,目前以各種燃料進行燃燒都需要消耗氧氣,所以你可以簡化的把斯特林發動機的工作過程看做下面動圖:

就是外部燃燒室燃燒發熱,熱量通過加熱器傳遞給封閉氣缸內的介質,介質受熱膨脹推動活塞做功,再帶動其他動力裝置運轉。那麼這個外部燃燒室的燃燒就需要空氣(氧氣),只不過潛艇自身攜帶一個或多個”液氧儲存罐“在水下潛航時,可以依靠儲氣罐中的氧氣與燃料燃燒運作,從而增加潛航時間,不必過於頻繁的上浮至通氣管狀態通入空氣供發動機工作。但是當潛艇自身攜帶的液氧用完以後,潛艇還是要上浮通氣的。


裝備空間


斯特林發動機是一種熱機,需要燃燒,不過它不是氣缸內燃燒的內燃機,而是外部燃燒加熱的燃機。燃燒都需要氧氣的,潛艇帶一個或幾個液氧罐。


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