柴电潜艇发动机从自然吸气到涡轮增压经历了数次形态的变化,目前的常规潜艇以AIP技术为主似乎已经放弃了柴油发动机。
潜艇的动力的变化使用是以柴机油为核心、电动机驱动, 长时间内变化无非是为提升发动机效率以改变形态,从低效率的自然吸气发动机到能耗较高的机械增压发动机,后期基本是涡轮增压发动机。
涡轮增压发动机利用高压排气的废气形成循环主动进气,压力进气与自然吸气的进气量和空气氧含量不是一个等级:
潜艇与汽车不同,汽车是环绕在空气中即使是自然吸气也能够吸入合理的进气量、通过发动机高转速形成高负压吸气。潜艇使用的柴油发动机本身不能达到很高的转速,而且需要合理控制NH以保持隐蔽性以保证安全;在潜航时通过进气管伸出海面需要高效的大梁的进气以保证为蓄电池补充电能,所以高效率的涡轮增压发动机才会一度是军用的首选。
不过普通的柴机油似乎已经被淘汰了,柴电潜艇最大的弊端是在深度潜航时没有氧气,而不论柴油还是汽油发动机在运行时必然会消耗氧气,因为氧是燃油的助燃剂。在深度潜航时舱内的氧气非常珍贵绝不可能用以柴油机消耗,所以只能依靠纯电推动消耗蓄电池电能。
而电池储能目前没有绝对技术突破,常规潜艇必须频繁的浅航或浮出水面为柴机油获得氧气,这种操作在模拟战争场景中可以说是有非常大的风险的,于是核潜艇出现了,当然还有其他类型。
【AIP·air independence power】不依靠空气推进装置是潜艇的发展的必然方向,目前有四大类型。
第一种是闭环式柴油发动机,运行中发动机柴生的废气通过海水吸收二氧化碳并为废气降温,之后通过混合少量氧气和氩气作为助燃剂再循环,这一概念可以理解为降低氧的消耗量保证潜航发电,不过舱内得有个硕大的氧罐——危险。
第二种是燃料电池常规潜艇,所谓燃料电池概念与氢电池增程式汽车相同,通过氢气与化学发电器的反应直接发电并不消耗氧气,等于给柴油机换了一种类型、给潜艇换了一套发电装置。不过燃料电池需要消耗大量重金属使用成本较高,重点是舱内需要一个非常大液态氢罐,本身带来的风险比氧气还高,所以目前我国的潜艇并未普及燃料电池。
第三种是斯特林热机,这种发动机是外燃式发动机和汽车船舶使用的内燃机不同,通过外部燃烧高温气体加热是内部氦气膨胀冷却循环推动活塞转化为机械功。斯特林热机虽然普及率略高一些不过还是要消耗氧气,潜艇同样需要液氧罐。
最后一种是国人为之骄傲的核动力潜艇,利用小型核反应堆作为动力元,通过蒸汽轮机“烧水”发电可以理解为续航无限长,很多汽车爱好者期望有这么小型反应堆用在汽车上也是这个道理。