常规潜艇的热气机的简单原理改装

常规潜艇辐射噪声低，机动灵活，仍然是近海作战的主要兵力。但常规潜艇需经常做通气管航行，露出水面的通气管极易被反潜探测设备发现，自20世纪70年代以来，随着综合反潜探测技术和综合武器系统的飞速发展，对常规潜艇的威胁日益增大。在典型的海域，例如阿拉伯海湾或东南亚海域，常规潜艇通气管航行超过20分钟，就有可能被对方严密监视的反潜巡逻机探测到，这样就限制了潜艇通气管航行的时间。

潜艇通气管航行示意图

因此，不少拥有常规潜艇的国家迫切寻求提高潜艇隐蔽性的途径。不依赖空气推进装置AIP的采用，能明显降低潜艇暴露率，为常规潜艇带来新的生机，使常规潜艇的发展进入了一个新纪元。AIP种类比较多，发展较快的有热气机（斯特林发动机）、燃料电池、闭式循环柴油机和自主式水下动力系统等。这些研究都取得了较大进展，很多已经装备了新建潜艇。

瑞典A-19型AIP潜艇

1995年2月2日，世界上第一艘装有热气机的新型AIP潜艇，瑞典皇家海军的“哥得兰”号潜艇在马尔默船长下水，这标志着的AIP已经开始实艇运用。

热气机（斯特林发动机）是一个闭式循环往复式外燃机，它主要由气缸、冷却器、蓄热器和热交换器组成。热气机的压缩和膨胀类似与普通的内燃机，但是动力活塞是在闭路氦气或氢气工作气体系统中运动，而且热量是通过燃烧室的热交换器连续传递给循环回路。

热气机的简单原理

改装“水怪”号

1983年，瑞典考库姆船厂研究制成75KW试验型热气机，在该厂发动机实验室进行试验，该热气机能够在模拟200米下潜深度工作，其效率为38%。1987年该船厂制成实用化的V4-275型热气机，并改装A-17型“水怪”号潜艇作为试验艇，在艇的中部加装了一个长8.5米重22吨AIP舱段，舱段内装备2组75KW热气机发电机组、2个液氧罐和辅助设备，提供艇上生活用电和低速航行动力。该艇1989年秋重新服役，其水下续航力提升7倍。

V4-275型热气机

由于该系统成效明显且一些技术相对成熟，瑞典海军决定采用热气机作为A-19级潜艇的辅助动力。A-19级潜艇排水量1500吨，安装2座V4-275型热气机发电机组和监视控制系统。2组系统均安装在双层弹性减振基座上，最大输出功率150KW，连续运行输出功率130KW，可供潜艇生活用电75KW，剩余55KW可保证艇的航速达5节。

A-19型水下长时间续航力5节不算慢，上图这货经航航速只有2节

热气机是运用较为广泛和成熟的AIP系统，中国和日本都引进了该系统进行研究。日本常规潜艇由于吨位较大，因此热气机组一般安装4组，以保证提供足够动力。而中国则选择了直接提升热气机功率。根据相关报道推断，中国应该在80年代末90年代初就引进了V4-275型热气机，当初瑞典研制了两种规格的热气机，分别是75KW型和110KW型，在110KW型成熟后，瑞典将75KW型推向国际市场，中国应该就是引进的这种。但是引进之后经过测试，中国技术人员大失所望，功率过小的热气机性能远没有想象的那么有效。

日本海自“苍龙”级AIP潜艇“赤龙”号

但是当时没有更好的选择，而AIP又是发展趋势，于是中国人开始对热气机进行脱胎换骨的改进。据报道中国中国船舶重工集团公司第七一一研究所热气机事业部特种发动机团队历时近10年，将引进的热气机功率提高了117%，同时采用马伟明院士的科研团队研制的新型发电系统，使得中国的AIP系统具备了在水下低速航行同时为主电池充电的能力。提高单机功率，可以减少热气机组数，减轻重量；如果保证组数，则会成倍提高充电效率，让中国的AIP潜艇运用更加灵活，更加接近“小核潜艇”。据说在2013年中国还研制出直径9米的潜用高强度耐压壳体AIP搭配舱段，可以用于039早期系列潜艇的升级。

中国海军039B型AIP潜艇

但是不可否认的是，热气机赢在技术相对简单，但是其工作效率远远比不了燃料电池，因此热气机AIP系统目前发展已接近尾声，各潜艇技术强国都将研制方向转向燃料电池。不过，对于一些老式潜艇的现代化改装，成本较低的热气机仍具有优越性，在可预计的未来，热气机还会继续在AIP舞台上发光发热。