什麼是小核電AIP系統,相較於其它AIP系統有何優越性?

常規潛艇的不依賴空氣的推進系統(air independent propulsion system,AIP系統),是20世紀80年代發展起來的應用於常規潛艇水下長時間潛航推進系統的總稱。而發展AIP系統的目的是因為隨著反潛探測技術的發展,常規潛艇的通氣管航行狀態也變成了高暴露狀態,潛艇的生存變得日益艱難。為了減少潛艇的通氣管航行時間,增加潛艇的水下續航力,降低潛艇的暴露率,各國不得不發展不依賴空氣的動力裝置或輔助動力裝置。

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在通氣管航態,潛艇仍有很大的暴露風險

此時,雖說核動力潛艇已經發展到了較高的水平,而核動力裝置自身就是最理想的AIP系統,能實現潛艇在水下長時間高速航行。但是核動力潛艇自身技術難度高且價格昂貴,還受到一些國際條約的限制,讓很多國家望而卻步,成為大國專屬裝備。甚至有些大國也無力承擔全核動力化的潛艇“隊伍”,仍需要一定數量的常規潛艇作為補充。為此,從20世紀80年代開始,西方常規潛艇技術先進的國家,如英國、德國、瑞典、俄羅斯、法國等都重新聚焦常規潛艇的AIP系統。但是相較於早期的AIP系統,此時的AIP系統是作為輔助動力使用,從而使得AIP系統所需要的氧化劑攜帶量大為減少,在常規潛艇上的應用變的可能。(注:潛艇的不依賴空氣系統起始於二戰末期的德國)

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核動力潛艇是大國的專屬裝備

小核電AIP系統

在確定了常規潛艇的AIP發展之路後,世界上AIP系統的發展可謂百花齊放。先後誕生了如斯特林AIP系統,閉式循環柴油機AIP系統,燃料電池AIP系統,閉式循環汽輪機AIP系統等等。不過這些AIP系統對於氧化劑的消耗仍是個不容忽視的問題,為了維持數週的水下續航力,潛艇的航速被限制的很低。為此,在1987年,加拿大科學家提出了在常規潛艇上加裝小型核動力裝置的概念。其中心思想是:降低反應堆功率,採用低參數的一、二回路系統;核動力裝置作為潛艇的輔助動力用於水下中、低速推進,從而簡化了複雜的核動力裝置,使其成為造價低、建造週期短、維修簡單並具有長時間水下航行能力的理想動力。

從上述不難看出,小核電AIP系統是不同於傳統的核潛艇的核動力系統,而是特指主要作為輔助動力使用的小型核電系統。

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潛艇的核動力裝置原理

小核電AIP系統的研究

在小核電AIP系統領域,加拿大、法國和蘇聯對其進行了深入的研究。如在1990年,加拿大ECS集團首次在排水量850噸的“薩格-N”號(SAGA-N)混合動力商用潛艇上裝備輸出功率100kW的AMPS100型核動力裝置。不過由於該方案採用的是氟利昂作為工質,存在密封及艙內汙染等問題,被放棄。後來,基於AMPS100又提出了改進型的AMPS1000方案。此方案,工質由氟利昂改為水蒸氣,最大輸出功率也提高到了1886kW。除了加拿大外,蘇聯也曾利用一艘J級潛艇改裝成採用小核電的AIP系統的潛艇。它是在該型潛艇的艉部水線下的耐壓殼體和輕殼體之間的一個耐壓容器內加裝一個BAY-6型小型核動力裝置,該裝置是一種小型的沸騰堆,功率600kW。

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加拿大AMPS系統原理圖

小核電AIP系統相較於其它AIP系統的優越性

第一點,相較於其它AIP系統,仍需要消耗一定量的氧化劑,小核電AIP系統可以做到潛艇的整個壽命期內不更換燃料。因此,可以說擁有幾乎無限的儲能,能完全滿足作戰時對續航力的高要求,免去或減少燃料等物資的供應對基地的依賴。

第二點,因為小核電AIP系統擁有幾乎無限的儲能,因此,在使用上沒有太多的限制和顧慮,可以實現更大的功率,這使得采用了小核電AIP系統的潛艇可以比常規的AIP潛艇跑的更快,更遠,戰鬥力也更強。


什麼是小核電AIP系統,相較於其它AIP系統有何優越性?

裝備AIP系統的潛艇

作者:小船人的夢想 2019年12月22號


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