潜艇混合制航行优化设计及特性研究

混合制航行工况是现代常规潜艇的主要航行方式,其主要表征指标为混合制暴露率和平均航速。在混合制总续航距离、总续航时间以及柴电机组额定功率给定的条件下,运用序列二次规划算法,计算在不同假定航行周期下,满足蓄电池组充放电平衡要求的暴露率最低和水下航速最大的航行方式,并分析了通气管航速、暴露率以及耗电能量与电池总能量的比值随水下航速变化的关系特性。结果表明提高水下航速有利于潜艇机动性的提升,但会增加潜艇潜在危险性。所得关系曲线可为潜艇在不同航行工况下制定充电计划提供参考。

潜用双模式SOFC-MGT联合发电系统的设计与仿真

[目的]固体氧化物燃料电池—微型燃气轮机(SOFC-MGT)联合发电系统有利于提高常规动力潜艇的续航力和隐蔽性,为分析该系统在不同运行模式下的性能特性,[方法]利用Matlab/Simulink软件对燃料电池AIP动力装置加以改进,并与微型燃气轮机(MGT)组成顶层循环联合发电系统。根据潜艇的航行状态,提出动力装置的双工作模式。建立SOFC-MGT联合发电系统和尾气处理系统的仿真模型,分析其在设计点工况下的性能指标,以及电流、水碳比、甲烷(CH_4)流量、空气组分等因素对系统性能的影响。[结果]仿真结果验证了模型的有效性和可行性,2种工作模式下系统的发电效率分别为59.48%和61.61%,最大功率分别为217 kW和223 kW,其中模式2状态下的系统净功率更高。该联合发电系统在潜艇不同工况下均可保持稳定的输出功率和较高的发电效率,其性能明显优于其他AIP装置。[结论]研究成果可为SOFC-MGT联合发电系统在常规动力潜艇上的应用提供理论支撑。