AIP方案——现代常规潜艇动力推进系统配置选择趋势

常规柴电潜艇因受其传统推进技术的限制,已难于满足现代海军对其提出的更远续航力和更安静运行状态的基本要求。因此,研究开发新型常规潜艇“不依赖空气推进系统”(AIP),已成为提高和完善常规潜艇战术使命的必然趋势。现代的AIP系统的初期投资虽然将整个潜艇的总费用增加了15-30％,但其续航能力却提高了5-10倍。

屏息凝视不依赖空气推进系统

2005年1月，蒂森克虏伯沃夫坦和HDW造船厂合并为蒂森克虏伯海上系统公司，这一大型海上造船集团吞并了欧洲三家在潜艇AIP系统方面有丰富经验的造船厂。马丁·德赖弗就其产品和技术发展进行了调查研究。

安静型潜艇的AIP动力系统及其废气管理

介绍了常规动力潜艇推进系统及不依赖于空气的动力系统 (AIP) ,比较了闭式循环柴油机、斯特林发动机、闭式蒸汽轮机装置以及燃料电池等 4种基本AIP系统各自的特点 ,分析了自主式水下动力系统废气排放对潜艇性能 ,尤其是隐蔽性的影响 ,最后阐述了AIP系统废气的吸收。

非核动力潜艇的AIP系统日趋成熟

AIP（不依赖空气推进系统）是常规潜艇极有前景的动力装置。它可以减小常规潜艇的暴露率，从而显著提高艇的生存能力。它还能提高艇的战术灵活性。详细介绍了几种AIP系统（第二代和第三代斯特林发动机和燃料电池、闭式循环柴油机及最新的基于闭式兰金循环发动机的MESMA系统）原理、特点及其在常规潜艇上的应用。

常规潜艇的推进装置——AIP系统

随着尺寸的减小，核动力推进装置开始在潜艇上应用，从而大大提高了潜艇的性能，包括水下续航力和持续高速航行能力。由于核动力推进装置具备“无限的能量”，这使得潜艇设计人员在以往潜艇设计中所面临的一些重要问题（如潜艇的有限能量密度与潜艇动力系统中主要储能设备之间的矛盾，主导性的酸电池问题等）首次有望得到解决。

不依赖空气动力的再生燃料电池

目前正在研制一种新型低成本，大规模的储能技术作为潜艇铅酸主蓄电池的替代品，这种技术就是再生燃料电池。它经过研制和改进，其成本和性能可以与其他形式的能量储存和动力装置（包括铅酸蓄电池）相竞争。目前使用铅酸蓄电池作为应急电源的潜艇和舰船上应用这种系统，可以达到降低全寿期成本的目标。该系统维护保养要求低，寿命长，灵活性大，功率和储能能够彼此独立地进行调节。随着储存能力或功率需求减少，每千瓦时的成本会明显降低，只需增加很少的成本就可延长应急供电时间，该系统很容易实现高电压运行，这一点很重要。与铅酸蓄电池系统相比较，此项新技术还有其他优点：无爆炸性气体产生，充电状态易于监控，系统可实现全自动化。因此系统是免维护的，可以明显减少维护要求，该系统是燃料电池和充电电池的混合系统，其基本组成为2个储存柜，2台泵和足够产生所需功率的反应器模块。这项技术在供电业应用方面的研究和试验已经达到兆瓦级水平，正向海军应用方面发展。

新型不靠空气的潜艇推进系统

德国带森·北海造船厂与英国科斯沃联合研制的闭式循环柴油机进行海上试验. 寻找改进常规的非核动力潜艇水下航行能力的各种途径的紧迫性是无须赘述的了。七十年代末以后,反潜武器和反潜探测性能有了迅速的提高。在一些典型的作战地区,比如在阿拉伯海湾(海湾)地区,或者东南亚海域,装有现代反潜武器的飞机频繁的巡逻,很容易限制潜艇的通气管工作时间,使它降到只有每次20分钟的充电时间。这样就大大限制了潜艇能够以全速航行的能力,而旦还增加了潜艇被称为“暴露率”的时间,即在最危险情况下的工作时间。

AIP水管理系统实现技术研究

不依赖空气推进装置 (AIP)是常规潜艇极有前景的动力装置 ,它可以降低常规潜艇的通气管暴露率 ,从而提高常规潜艇的生存能力以及战术灵活性 ,进而提高其战斗力。其中废气处理是各型AIP系统所必需解决的问题 ,目前趋向于采用海水吸收CO2 ,而水管理系统是海水吸收法的关键设备。本文对水管理系统的组成及原理进行了详细介绍 ,分析了系统对各组成部分的性能要求 ,并就具体设计做了初步探讨 。

AIP系统吸收器传质系数实验关联模型研究

通过对不依赖空气动力装置 (AIP)排出CO2 气体旋转床水吸收体积传质系数 (KLa)的理论分析及实验研究 ,得到了波纹碟片填料旋转床吸收器KLa的半经验关联模型 ,该模型计算值与实验值相对误差小于2 0 %,可用于实际AIP系统旋转床CO2 吸收器的设计计算 .实验结果表明 ,KLa值与旋转床的转速和气、液流量等操作条件有关 ,当转速从 0r/min升高到 1 0 0 0r/min时 ,KLa值从 0 .0 2s-1增大到 0 .3

AIP系统丝网填料旋转床功耗研究

对不依赖空气动力装置(AIP)系统的水吸收CO2不锈钢丝网填料旋转床吸收器功耗特性进行了理论分析和实验研究,建立了该型吸收器功率消耗模型.设计了合适的实验方案并依此进行了实验,根据实验采集的大量数据经回归分析得到了计算旋转床吸收器功率消耗的半经验公式.理论模型计算值与实验值的对比表明,两者相对误差小于±5%.研究得到的模型为AIP系统旋转床吸收器电机选配提供了重要参考依据.

潜艇AIP系统和燃料电池

德国在常规潜艇中成功地加装了燃料电池AIP系统,这是燃料电池最为成功的应用实例。这种成功首先来源于燃料电池具有本质上的优越性。同时也发挥了燃料电池的主要长处(能量转换效率高、比能量高、副产物是水),避免了燃料电池的短处(价格高,使用寿命目前还不够长),为燃料电池的开发提供了范例。

斯特林发动机－未来的AIP系统

考库姆公司的斯特林AIP系统是目前最成熟的不依赖空气的推进系统，正运行在几型潜艇上。对斯特林发动机系统的研究使得其性能优于其他AIP系统，并且作为瑞典国防装备局的一个长期项目，其发展将满足下一代潜艇的需求目标。考库姆公司在生产Mk2型发动机的同时，开始投资研制用于下一代潜艇的Mk3型发动机，有可能将斯特林AIP系统作为主动力源。Mk3型发动机以Mk2型发动机为基础，但在功率和效率两个方面有所改善，Mk3型发动机计划于2003年开始生产。论述斯特林AIP潜艇的运行经验。包括斯特林AIP系统的设计详细情况，介绍Mk3型发动机研制的计划，工作和结果。

潜艇的“水下呼吸器”——AIP系统

潜艇，一种令人生畏的“沉默杀手”。两次世界大战中的出色战绩，让潜艇成为与航空母舰并驾齐驱的海战利器。前苏联更是把潜艇当做了对抗称霸全球的美国海军的主要手段。潜艇最大的优势在于深藏水下的隐蔽性，不过潜艇只能短时间地躲在水里，需要经常回到水面上。而核动力的出现使潜艇拥有了几乎无限的水下续航能力。

潜艇的“水下呼吸器”——AIP系统

潜艇,一种令人生畏的"沉默杀手".两次世界大战中的出色战绩,让潜艇成为与航空母舰并驾齐驱的海战利器.潜艇最大的优势在于深藏水下的隐蔽性,不过潜艇只能短时间地躲在水里,需要经常回到水面上.而核动力的出现使潜艇拥有了几乎无限的水下续航能力,但占据全世界潜艇总数90%的常规动力潜艇的情况并未得到改善,直到AIP系统的问世.

常规潜艇的救星——AIP系统

自20世纪80年代以来，世界上不少国家的海军对潜艇用AIP系统的研制给予了很大的关注并相继投入了大量的财力和人力．开展AIP研制工作的基本目的是为了减少常规动力潜艇的通气管航行时间，增加潜艇的水下续航力，降低潜艇的暴露率，从而弥补常规潜艇的致命缺陷。从广义上来讲，潜艇的核动力推进装置也属于AIP系统，但是这里所讨论的是常规AIP系统，并不包括核动力。

江南造船厂披露智能风力辅助推进系统

江南造船厂推出了“江南智能帆”,是一种风力辅助推进系统。该系统使用防沙平底木船上的帆。“江南智能帆”基于一个计算平台,以评估帆空气动力特性并选择机翼参数。依据该风向,靠选择最佳的帆位置,该帆将产生最佳的助推效果,可节省多达4%的船舶能量。在波涛汹涌的海况下,该帆可以快速缩回和储存,以确保该船的安全。该帆的帆面材料由高分子聚合物复合材料制成,在确保风压下结构强度的要求下,进行了该整个帆的轻量型设计。

电控旋翼气弹动力学建模研究

研究了电控旋翼的气弹动力学建模方法。以有限元旋翼气弹分析程序LORA01为基础,首先给出了一种能计及襟翼移轴补偿影响的时域综合非定常气动力模型,并将伺服襟翼作为额外引入的质量体计入结构动力学模型;之后结合有限元法,根据Hamilton原理导出由广义力表示的带襟翼桨叶非线性运动方程,采用基于Newmark方法的隐式数值积分法对桨叶运动方程进行求解。最后,利用主动控制襟翼旋翼的试验数据对模型进行了比较验证,证明了所建模型的正确性。

磁悬浮助推发射气动力分析及风洞试验

通过分析磁悬浮助推发射装置的空气动力特征,提出了其气动外形设计的合理原则.分析了磁悬浮橇体和支撑分离机构的气动外形方案,并确定了优化的气动外形设计参数值.考虑地面效应模拟的同时,在FD-06风洞中进行了缩比模型试验.结果表明,升阻力系数随着马赫数或运载器迎角的增大而增大,装置有上仰的趋势,迎角为0°时,阻力系数较小,各系数的变化也较小.

AIP吸收器传质特性中试装置及K_La测试方法研究

基于不依赖空气动力装置 (AIP)排出CO2 气体旋转床吸收器传质特性研究要求 ,选择S 1 95型柴油机为AIP排出气体发生器 ,优化设计了气、水流程 ,建立了波纹碟片填料旋转床吸收器的传质特性中间试验装置 (简称中试装置 ) ,该装置具有多参数调节和测试功能 .针对在较高气体压力下 ,AIP排出气体旋转床传质试验无法直接测算其体积传质系数 (KLa) ,提出了一种间接测算KLa实验值的方法 .实验结果表明 ,用间接测算方法求取的KLa实验值与直接测算值相对误差小于 1 0 %.

燃料电池AIP废气处理方案优选模型研究

对潜艇300 kW燃料电池几种可行的气体处理方案进行了对比分析,并运用模糊综合评判方法建立了方案优选模型.研究表明,应用旋转床吸收器吸收废气中的二氧化碳,并配以相应的水处理系统,将二氧化碳排至舷外的方案是最佳方案.