03.07 斯特林发动机是如何在常规潜艇上工作的?它燃烧不需要氧气吗?

和风漫谈


很多人对AIP潜艇所谓的“不依赖空气动力系统”有所误解,这并不是说这些潜艇的动力系统工作不需要空气(氧气),只是说这些潜艇在AIP所携带的“液氧”等物资消耗完毕之前,不需要上浮通气(供柴油发电机工作充电),尽可能的延长潜艇下潜时间。说白了AIP系统只不过是“乞丐版核潜艇”虽然较普通柴电潜艇有效增加了水下续航时间,但是无论的续航还是速度都与核潜艇天差地别,而斯特林发动机只不过是AIP系统中较为简单成熟的一种而已。

AIP潜艇动力系统的分类

目前世界上较为常见的AIP动力系统有:

1、斯特林发动机,此种AIP动力系统首先由瑞典在潜艇上应用,目前我国的AIP潜艇也是应用斯特林发动机;2、闭式循环柴油机,这种系统研究的国家比较多,但是现役的常规潜艇几乎没有使用的;3、燃料电池系统,这种动力系统目前来说应该是各类AIP中前景最好的,但是相对的技术也比较复杂,目前德国西门子公司的燃料电池系统最好,并且该燃料电池装备随着德国214型潜艇的出口而输出到许多国家;4、闭式循环蒸汽轮机,此类系统研制和使用的国家不多,法国相对而言研究的比较深入,并且巴基斯坦装备的法制“阿戈斯塔90B”潜艇上就装备了这种AIP系统。

斯特林发动机

上图就是瑞典考库姆公司A26型AIP潜艇上装备的斯特林发动机(Stirling)结构图,简单一点说“整个斯特林发动机就是一个外燃机,而外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机,不同于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质,在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔,另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩,然后流到高温热腔中迅速加热,膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧。但是不管是内燃机还是外燃机,目前以各种燃料进行燃烧都需要消耗氧气,所以你可以简化的把斯特林发动机的工作过程看做下面动图:

就是外部燃烧室燃烧发热,热量通过加热器传递给封闭气缸内的介质,介质受热膨胀推动活塞做功,再带动其他动力装置运转。那么这个外部燃烧室的燃烧就需要空气(氧气),只不过潜艇自身携带一个或多个”液氧储存罐“在水下潜航时,可以依靠储气罐中的氧气与燃料燃烧运作,从而增加潜航时间,不必过于频繁的上浮至通气管状态通入空气供发动机工作。但是当潜艇自身携带的液氧用完以后,潜艇还是要上浮通气的。


装备空间


斯特林发动机是一种热机,需要燃烧,不过它不是气缸内燃烧的内燃机,而是外部燃烧加热的燃机。燃烧都需要氧气的,潜艇带一个或几个液氧罐。


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