再谈AIP潜艇闭式循环柴油机和斯特林热气机的区别

在前天瀚海狼山（匈奴狼山）谈到小堆斯特林机作为潜艇的全新动力时，也提到了目前已经普遍装备的AIP常规潜艇的斯特林系统，消耗的是柴油和液氧。那么有人就提出一个问题，说柴油也是柴电潜艇上的柴油主机的主要燃料；既然斯特林机可以通过液氧助燃柴油，那么干嘛不干脆用传统的潜艇柴油发动机吸收柴油和液氧来推动潜艇，还非得拐个大弯，让作为外燃机的斯特林机当潜艇的巡航动力呢？其实这个问题提的很好，正好触及了另外一个军备知识点。这就是闭式循环潜艇柴油机系统和斯特林热机潜艇动力的区别。柴油机肯定都是内燃机。常规潜艇上的柴油机，开动后都有吸气、燃烧和排出废气的过程。柴电潜艇的柴油机一般都有专门从潜艇外面吸收空气和排出废气的通气管。这个通气管必须在完全上浮，

或者在潜望镜深度，当通气管、排气管和外界空气可靠连通时使用。而当完全潜航或者通气管被关闭时，则绝对不能开动潜艇的柴油机，否则会在不到5分钟内消耗掉艇内所有的氧气。这是因为一旦潜艇柴油机的吸气通气管不通，柴油机就会自己吸收潜艇内部的氧气，这是极端危险的。很早就有欧洲的潜艇动力专家想到，能不能制造一种完全封闭的潜艇柴油机，这种柴油机的吸气和排气管道，不和潜艇内部空间的气体有任何交集，这样就不至于出现开机时消耗掉艇内自然空气的危险了。最终工程实践下来，就是闭式循环潜艇柴油机动力系统。这种系统和斯特林热机并列，成为目前已经装备的4种AIP技术路线之一。说到底，潜艇的闭式循环柴油机除了进、排气系统与普通潜艇柴油机不同外，其工作原理与常规动力潜艇所使用的普通柴油机是一样的。

这种系统和开放式的潜艇柴油机最大的不同，在于工作过程中有特殊的氩气参与。其具体工作流程是：将氧气和氩气以及部分燃烧后的排气，按一定比例混合成相当于空气成分的气体输入到潜艇封闭柴油机的气缸中，然后柴油与氧气发生燃烧反应，产生的热能推动活塞运动，进而带动曲轴运转，产生机械能。燃烧后的废气从闭式柴油机的专用管道排出，温度大约在350到400℃ 之间。废气主要成分是二氧化碳、水蒸气、氩气和部分氧气。这些废气经过喷淋冷却器被降温到100℃左右，其中的水蒸气被冷却成水，剩余废气进入一个吸收器。最没用也是最关键的二氧化碳与吸收器喷淋的天然碱性物质，既海水混合并充分被吸收，再由海水管理系统排出艇外，此时一般看不到成串的大气泡，不会轻易暴露潜艇的位置。全套燃烧循环由计算机控制。最重要的步骤在于用氩气代替了常规空气中的氮气。氩气是惰性气体，并不参与燃烧。闭式循环柴油机AIP系统可以和潜艇开放柴油机方便切换，燃料都是柴油。

另外的优点是功率可以做到250到300千瓦，是普通斯特林热机AIP功率的好几倍。缺点是功率大了，液氧消耗就多；需要比燃料电池和常规斯特林热机多带一倍的液氧。续航1.3万公里需要带30吨液氧。常规斯特林只需要15吨就够了。再就是柴油机在水下开动，噪音也远远大于外燃机的斯特林系统。而常规斯特林也是全封闭下让柴油在高浓度氧气中燃烧。排气系统工作原理与前者类似。但是噪音低。更符合潜艇潜伏巡航的静音要求。