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漫談潛艇動(dòng)力

2015-07-09 06:58:46
兵器知識(shí) 2015年7期
關(guān)鍵詞:柴電螺旋槳潛艇

楊鐵勇教授是浙江省紹興諸暨人,那里山明水秀,人杰地靈,是元代大畫家王冕的故鄉(xiāng)。讓記者頗感意外的是楊教授卻有著北方大漢所特有豪爽痛快、無(wú)遮無(wú)掩的性格……

我是從潛艇兵當(dāng)起直到現(xiàn)在的位置,是“土生土長(zhǎng)”的潛艇老兵。1976年我當(dāng)上海軍,在潛院學(xué)習(xí)輪機(jī)專業(yè),畢業(yè)留校從事潛艇動(dòng)力教學(xué),現(xiàn)在仍從事潛艇動(dòng)力科研教學(xué)工作。至今已38年了,是“元老”級(jí)的了。

記者(以下稱記):楊教授您是否可以用一句簡(jiǎn)要的話來(lái)描述一下潛艇動(dòng)力的發(fā)展?

楊鐵勇(以下稱楊)好,我認(rèn)為潛艇動(dòng)力的發(fā)展等同于潛艇的發(fā)展,沒有動(dòng)力的發(fā)展就沒有潛艇的今天。

我們知道現(xiàn)代潛艇是誕生于美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)的“海龜”,它是一個(gè)由兩米多高的橡木桶做成的,可以潛入水下,由一個(gè)人搖動(dòng)螺旋槳驅(qū)動(dòng)。后來(lái)發(fā)展到用壓縮空氣、汽油機(jī)、蒸汽機(jī),直到一戰(zhàn)時(shí)基本完善的柴——電動(dòng)力,以及核動(dòng)力和近年來(lái)方興未艾的AIP技術(shù)。

下面我想以我們國(guó)家的潛艇動(dòng)力的發(fā)展來(lái)談一下,有關(guān)這方面的概況。

我國(guó)最早的潛艇是S艇,也叫斯大林艇,是蘇軍從我們旅順撤退后留給我們的兩條小潛艇。后來(lái)又從蘇聯(lián)買進(jìn)了一批03艇,再后來(lái)由江南造船廠仿制成了33型潛艇。這型艇我們生產(chǎn)了不少,一度上海、武漢等地的船廠都在制造,成為一段時(shí)間我軍潛艇部隊(duì)的主戰(zhàn)裝備。在此基礎(chǔ)上我們加以改進(jìn),試制成功某型潛艇,后來(lái)又有了某型潛艇研制成功并裝備部隊(duì)。這些潛艇和同期出現(xiàn)的外國(guó)同類型潛艇都屬柴電動(dòng)力的常規(guī)潛艇。1954年美國(guó)率先把核動(dòng)力用于潛艇,其它先進(jìn)國(guó)家也緊跟,于是潛艇動(dòng)力有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。所以說動(dòng)力的發(fā)展也帶動(dòng)了潛艇的發(fā)展。

近年來(lái)我們國(guó)家的常規(guī)動(dòng)力潛艇在自力更生的基礎(chǔ)上,也適當(dāng)引進(jìn)了一批俄制潛艇,如大家所熟知的“基洛”級(jí)潛艇,它的噪音比較小,所以被稱為“大洋中的黑洞”。

世界各國(guó)常規(guī)潛艇的主要?jiǎng)恿褪遣裼蜋C(jī)和電動(dòng)機(jī)。這種情況從兩次世界大戰(zhàn)以來(lái),并沒有太大的改變。率先做到比較大改變的是上世紀(jì)六十年代的德國(guó),它改變了柴電潛艇的動(dòng)力傳遞方式。過去我們用的03型艇是柴油機(jī)帶動(dòng)螺旋槳驅(qū)動(dòng)前進(jìn)(水上),通氣管狀態(tài)也是柴油機(jī)帶動(dòng)螺旋槳。水下則是主電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳,這就是所謂的直接傳動(dòng)。而德國(guó)人的改進(jìn)則是間接傳動(dòng),也叫電力傳動(dòng)。這樣的最大特點(diǎn)是將柴油機(jī)和螺旋槳(柴油機(jī)不再直接帶動(dòng)螺旋槳)脫開了,柴油機(jī)只帶發(fā)電機(jī),這種動(dòng)力傳動(dòng)方式的改變,直接導(dǎo)致潛艇外形的改變,例如現(xiàn)在的水滴形。

記:您是否可以講一下間接傳動(dòng)比直接傳動(dòng)的明顯優(yōu)勢(shì)在什么地方?

楊:從外形上看除了艇形不同之外,直接傳動(dòng)一般是雙軸的,而間接傳動(dòng)則是單軸的。

間接傳動(dòng)方式之所以取得飛速發(fā)展,被世界各國(guó)廣泛采用,是因?yàn)榕c直接傳動(dòng)方式相比,間接傳動(dòng)具有以下幾個(gè)特性:采用間接傳動(dòng),柴油機(jī)與推進(jìn)電機(jī)不在同一軸系上,柴油機(jī)的噪聲不會(huì)通過螺旋槳傳到艇外,從而提高了潛艇的隱蔽性。便于采用單軸、高效率、低轉(zhuǎn)速、低噪音、大直徑螺旋槳推進(jìn)。電機(jī)組可以向高轉(zhuǎn)速發(fā)展,從而為柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)重量比能和體積比能水平的提高創(chuàng)造良好的條件。軸系短,中間離合器少,不易產(chǎn)生扭振,振動(dòng)噪音小。推進(jìn)電機(jī)不可逆運(yùn)行,可按一種運(yùn)行情況設(shè)計(jì),從而使推進(jìn)電機(jī)的效率大大提高。按負(fù)荷要求可采用數(shù)臺(tái)中等功率的柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)供電,使電網(wǎng)使用更為靈活。同時(shí),節(jié)約了能量,提高了系統(tǒng)的可靠性。間接傳動(dòng)方式雖然采用了單軸推進(jìn),可獲得最佳水下航行特性,但水面航行特性稍差,特別是給離靠碼頭帶來(lái)不便。另外,推進(jìn)系統(tǒng)的生命力較差,如果推進(jìn)電機(jī)損壞,水面和水下航行均受影響。以上兩點(diǎn),也正是直接傳動(dòng)方式?jīng)]有完全被淘汰的原因。為了彌補(bǔ)以上不足,在潛艇動(dòng)力系統(tǒng)中,增加了側(cè)推裝置或應(yīng)急推進(jìn)裝置。

記:如何能單憑外形怎么能判斷它是直接還是間接傳動(dòng)呢?

楊:一般的來(lái)講,從艇尾可以看出多槳的是直接傳動(dòng),單槳的是間接傳動(dòng)。但現(xiàn)在有的間接傳動(dòng)潛艇為了應(yīng)對(duì)某些特殊任務(wù),也會(huì)采用多槳驅(qū)動(dòng)。

記:柴電潛艇在水下用蓄電池的電能,用完后如何補(bǔ)充?

楊:柴電潛艇都要使?jié)撏细〉剿婊蛲夤軤顟B(tài),用柴油機(jī)帶發(fā)電機(jī)向電池組充電。間接傳動(dòng)的潛艇本身就是柴油發(fā)電機(jī)組,充電和航行沒有問題。而直接傳動(dòng)的潛艇是柴油機(jī)帶主電機(jī)(作發(fā)電機(jī)用)向電池組充電,此時(shí)潛艇航行要用另外的動(dòng)力,如經(jīng)紀(jì)航行電機(jī)。

記:柴電潛艇要經(jīng)常充電,是不是AIP潛艇不用充電了?

楊:因?yàn)橹绷麟娛强梢杂眯铍姵刭A存的,所以不管什么樣的潛艇,都有蓄電池,所以都要向電池充電。

關(guān)于AIP潛艇我想作一個(gè)簡(jiǎn)要的說明。早在20世紀(jì)30年代,世界各國(guó)的潛艇設(shè)計(jì)者們就開始探索無(wú)須潛艇浮出水面即可提供柴油機(jī)運(yùn)行所需氧氣的途徑,目前的AIP技術(shù)正是這—探索的產(chǎn)物,是潛艇動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的新發(fā)展。

AIP就是不依賴空氣推進(jìn),但實(shí)際上把空氣中的氧氣提取出來(lái),壓縮成液態(tài)氧,儲(chǔ)存起來(lái),放到潛艇上的容器中,再把另一些可燃燒的東西混合在一起燃燒,產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)化為電能,柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī),而熱氣機(jī)是外燃機(jī)。日本的潛艇就是用熱氣機(jī),俄羅斯的阿穆爾使用燃料電池??傊鲊?guó)正在試驗(yàn),使用的各種AIP技術(shù)很多,我就不一一細(xì)講了,近些年我軍潛艇在這方面也有了一些進(jìn)展。

有AIP技術(shù),常規(guī)潛艇可以在水下待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng),再加上常規(guī)潛艇本身的隱噪效果也比較好,這樣常規(guī)潛艇的作戰(zhàn)能力會(huì)有更大提高。

AIP技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn),像美國(guó),盡管它沒有常規(guī)動(dòng)力潛艇,但它對(duì)AIP技術(shù),也是很關(guān)注的。但是不管是AIP還是柴電動(dòng)力,它都是要帶動(dòng)螺旋槳驅(qū)動(dòng)潛艇前進(jìn)的。

記:如果一條潛艇只裝AIP,而不裝其它動(dòng)力,那它可以在水下多長(zhǎng)時(shí)間呢?

楊:這要根據(jù)潛艇本身攜帶的液氧量來(lái)定,比如國(guó)外有5天,7天,15天,還有20天記錄。但是潛艇的作戰(zhàn)是要隱蔽出擊的,只在水下呆著不動(dòng)也是不行的。當(dāng)然衡量AIP在艇上的作用時(shí)間是要根據(jù)攜氧量、作戰(zhàn)任務(wù)而變化的,你用的多,它就消耗得快。

記:我們的讀者常來(lái)信問,AIP技術(shù)是否可以取代其它動(dòng)力獨(dú)擋一面呢?

楊:這就回到了我們剛才談?wù)摰膯栴}。目前的技術(shù)發(fā)展還做不到這一點(diǎn)。一條艇不可能裝無(wú)限多的液氧和其它AIP技術(shù)所需要的物質(zhì),因?yàn)橐貉醯馁A存是很不安全的,一旦出了事就是不可挽回的滅頂之災(zāi)。所以現(xiàn)在的AIP技術(shù)只是輔助性的,不能獨(dú)挑大梁。

記:要在柴電潛艇上裝AIP技術(shù)很難嗎?

楊:這并不太困難,只要在潛艇加裝一個(gè)獨(dú)立的AIP艙段就行。當(dāng)然也會(huì)帶來(lái)艇型及艙內(nèi)外設(shè)備布局等方面的問題。

記:現(xiàn)在國(guó)際上講武器的效費(fèi)比,使用AIP是否比使用單純的柴電動(dòng)力省錢嗎?

楊:對(duì)于武器來(lái)講,它的作戰(zhàn)效能是第一位,經(jīng)濟(jì)性是次要的。加了AIP技術(shù)的潛艇是要費(fèi)錢的,因?yàn)锳IP技術(shù)不是通用技術(shù),它的價(jià)值很貴,還要有專門技術(shù)人員養(yǎng)護(hù),但它的作戰(zhàn)結(jié)果是不一樣。加了AIP就可以使?jié)撏в辛烁L(zhǎng)的水下待機(jī)時(shí)間,會(huì)在作戰(zhàn)中發(fā)揮更好的作用,這一點(diǎn)不是用金錢可以衡量的。

記:您說了這么多潛艇動(dòng)力技術(shù)發(fā)展。關(guān)鍵一點(diǎn)還在發(fā)動(dòng)機(jī)上,現(xiàn)在幾乎全國(guó)都在關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī),從您從事專業(yè)的角度上是否可以談一下我國(guó)潛艇發(fā)動(dòng)機(jī)也就是柴油機(jī)的現(xiàn)狀呢?

楊:客觀地講,我國(guó)在潛艇用柴油機(jī)方面,曾經(jīng)引進(jìn)過國(guó)外的技術(shù)和設(shè)備,但目前國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)很高了,應(yīng)該有光明的前途。

記:螺旋槳是潛艇動(dòng)力裝置的組成之一,潛艇不用螺旋槳推進(jìn)可以嗎?

楊:可以的,但螺旋槳推進(jìn)最大的缺點(diǎn)就是會(huì)產(chǎn)生空泡噪聲,而這種噪聲是潛艇噪聲中最大的一種,噪聲是影響潛艇隱蔽的最大敵人。那能不能不用螺旋槳推進(jìn)的潛艇呢?那是采用噴水推進(jìn)技術(shù),以前英國(guó)人制造過試驗(yàn)艇,它的原理和水母、烏賊這些水生動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式很相象。這種推進(jìn)方式的不足在于目前功率較小。還需進(jìn)一步提高才能投入實(shí)用,另外一種就是所謂的磁流體推進(jìn)技術(shù),目前這些推進(jìn)方式只在試驗(yàn)階段,工程應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。但一旦成功對(duì)潛艇推進(jìn)技術(shù)帶來(lái)的革命化改變,因?yàn)樗鼘氐赘淖?,由熱能—?jiǎng)幽堋娔軒?dòng)螺旋槳的傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換方式。

潛艇動(dòng)力發(fā)展推進(jìn)著潛艇的發(fā)展,潛艇動(dòng)力的發(fā)展沿著“不變—改變—不斷變—徹底變”的規(guī)律進(jìn)行,當(dāng)達(dá)到徹底變時(shí),我們就能看到新的動(dòng)力的出現(xiàn)。

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