潜艇动力装置分析.ppt

舰艇动力装置 潜艇 潜艇动力发展史 最早期曾经尝试过做为潜艇动力来源的有压缩空气 人力 蒸气 燃油和电力等等 1897年美国 霍兰 号潜艇 动力装置 45马力汽油发动机和以蓄电池为主的电动机 航速 水上7节水下5节续航能力 1000海里现代潜艇的鼻祖 柴电常规潜艇 柴电潜艇是常规潜艇 柴电动力潜艇是指以柴油发电机和电动机为动力的潜艇 现在的常规潜艇基本是这种传动形式 也叫做电传动方式 而由柴油机直接带动螺旋桨的叫直接传动方式 六十年代以后的常规潜艇较少用 柴电动力潜艇具体传动过程如下 在水面时 柴油机带动发电机发电 然后发出的直流电供电动机转动 进而带动螺旋桨旋转 柴油机与螺旋桨没有直接的机械连接 同时柴油发电机又给蓄电池充电 在水下时 柴油机不能使用 因为要有空气才行 电动机的电源则由蓄电池供给 德国U型潜艇 IIA型1934 1935排水量水面254吨 水下303吨 总计381吨长度40 9米 134尺2寸 全长 27 8米 91尺2寸 压力壳宽度4 1米 13尺5寸 全长 4米 13尺1寸 压力壳高度8 6米 28尺3寸 吃水深度3 8米 12尺6寸 动力2 MWMRS127S6缸柴油引擎 700hp 522kW 2 SSWPGVV322 26双动电力发动机 402hp 300kW 最大速度水面13节 水下6 9节续航力水面1600海里 2960km 8节 15km h 水下35海里 65km 4节 7km h 最大下潜深度150米 492尺 下潜时间35秒 潜望镜深度 10米 武器3 533mm鱼雷发射管 船首 5枚鱼雷潜艇人员22 24人 AIP系统 AirIndependancePowerAIP是 不依赖空气推进装置 的英文缩写 如今它已为人们普遍接受 日渐风靡各国海军并大有引领常规潜艇发展之势 现有的常规动力潜艇 在水面航行时 用些油机作动力 同时给蓄电池充电 在水下航行时用蓄电池提供动力 潜艇因此要经常浮出水面 不利于隐蔽 为了克服这一缺点 现已研制成无需从空气中获取氧气的潜艇常规动力装置 这就是所谓不依赖空气的动力装置 简称AIP系统 AIP技术 不依赖空气推进技术 AIPLink 是使常规潜艇潜航时间大幅提高的新技术 目前瑞典研制的斯特林发动机和德国研制的燃料电池这两种AIP动力装置已达到实用阶段 斯特林发动机AIP SEAIP 斯特林发动机 SE AIP以不依赖空气的斯特林机 StirlingEngine 为发电机原动机 斯特林发动机是一种外部加热的连续燃烧发动机 它通过外部燃烧的高温气体经加热管加热内部循环的工质 船用斯特林机通常用氦气作循环工质 内部循环工质受热膨胀推动活塞作功 使发动机输出轴功率 为了使发动机在无空气条件下连续运行 同样需要连续不断地供应氧气燃烧供应热量 因而SEAIP也装有较大容量的液氧罐 为了排除燃烧后废气 有两种方法可选择 一种是利用废气压力直接排到舷外海水 这需要较高的燃烧压力 30bar左右 且未燃烧的O2会随废气直接排至舷外 导致未燃O2气和来不及溶解的CO2气冒至海面 另一种方法是象CCDAIP系统一样 装备排气冷却CO2海水吸收器及水管理系统 这样装置会比直接排出废气的办法复杂些 但可使燃烧压力降低 燃烧不随潜深影响 不会产生气泡航迹 隐蔽性较好 燃料电池FC FCAIP 德国已装艇海试的燃料电池为氢氧燃料电池 其基本工作原理是靠氢和氧反应直接产生电能而工作的 它唯一的副产品为水 这个过程正好与通过电解分解水的过程相反 燃料电池必须源源不断地供应氢和氧 为此 AIP装置不仅要有较大容量的液氧罐 而且要有一个较大容量的液氢贮存罐 而液氢要比液氧贮存条件苛刻得多 德国212型潜艇 212型潜艇属中型潜艇 长53 2米 宽6 9米 吃水5 8米 水上排水量1320吨 水下排水量1800吨 水上航速12节 水下航速20节 由于该艇安装了自动化程度很高的指挥和武器控制系统 故人员编制只有23人 212型潜艇的主要武器是艇首安装的6具533毫米鱼雷发射管 可发射新改进的DM2A4重型线导鱼雷 U212级传统动力系统装备PillerGmbH公司MTU16V 396柴油发动机 带动发电机用于给蓄电池组充电 212级潜艇推进系统由一个传统动力系统和一个 不依赖空气推进 AIP 系统联合组成 传统动力系统由一个柴油发电机和一个铅酸续电池组成 用于高速航行 不依赖空气推进 API 系统 为静默慢速巡航使用 两种系统共同操作时 潜艇达到最高20节航速 212级潜艇的 不依赖空气推进 AIP 系统使用一个装备氧和氢仓储的燃料电池系统 也被集成于潜艇的操作系统和自动控制系统 氢燃料不以气态或压缩形式 而以金属氢化物的形式储存 这种物质能够大量吸收 保存并分解氢气燃料 每个储存单元有几组金属氢化物组成 它所容纳的氢气燃料要比低温集装箱内的液体氢多许多 在封闭的燃烧室内使用是具有方便 容量大 生态安全性较高和非常利于环保的优点 全部系统由九组PEM 质子交换膜 燃料电池模块所组成 每组提供功率在30 50千瓦之间 单独使用燃料电池可以使潜艇的巡航速度达到8节 燃料电池输出的总功率大约是300千瓦 核动力潜艇 核潜艇是潜艇中的一种类型 指以核反应堆为动力来源设计的潜艇 由于这种潜艇的生产与操作成本 加上相关设备的体积与重量 只有军用潜艇采用这种动力来源 核潜艇水下续航能力能达到20万海里 自持力达60 90天 核动力装置 核动力装置是指利用核燃料 铀一235 钚等 裂变产生的能量为船舶提供动力的装置 基本工作原理是利用原子核裂变反应能量产生的高温来产生蒸汽 推动汽轮机组产生动力 用来推进船舶前进或发电 核反应堆原理图 核潜艇结构图 鹦鹉螺号潜艇 1954年1月21日 世界第一艘核潜艇 鹦鹉螺 号诞生 共花费5500万美元 新建成的 鹦鹉螺 号总重2800吨 比旧式潜艇大得多 艇长97 5米 宽8 4米 吃水6 7米 水上排水量3700吨 水下排水量则达4040吨 配备6具533毫米鱼雷发射管 可携带18枚鱼雷 下潜深度为200米 潜航时最高航速达20节 可在最大航速下连续航行50天 全程3万公里而不需要加任何燃料 该艇与当时的普通潜艇相比 航速大约快了一半 整个核动力装置占船身的一半左右 在1954年1月24日开始首次试航 到1957年4月止 鹦鹉螺 号在没有补充燃料的情况下持续航行了