漫谈潜艇动力

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  杨铁勇教授是浙江省绍兴诸暨人,那里山明水秀,人杰地灵,是元代大画家王冕的故乡。让记者颇感意外的是杨教授却有着北方大汉所特有豪爽痛快、无遮无掩的性格……
  我是从潜艇兵当起直到现在的位置,是“土生土长”的潜艇老兵。1976年我当上海军,在潜院学习轮机专业,毕业留校从事潜艇动力教学,现在仍从事潜艇动力科研教学工作。至今已38年了,是“元老”级的了。
  记者(以下称记):杨教授您是否可以用一句简要的话来描述一下潜艇动力的发展?
  杨铁勇(以下称杨)好,我认为潜艇动力的发展等同于潜艇的发展,没有动力的发展就没有潜艇的今天。
  我们知道现代潜艇是诞生于美国独立战争时的“海龟”,它是一个由两米多高的橡木桶做成的,可以潜入水下,由一个人摇动螺旋桨驱动。后来发展到用压缩空气、汽油机、蒸汽机,直到一战时基本完善的柴——电动力,以及核动力和近年来方兴未艾的AIP技术。
  下面我想以我们国家的潜艇动力的发展来谈一下,有关这方面的概况。
  我国最早的潜艇是S艇,也叫斯大林艇,是苏军从我们旅顺撤退后留给我们的两条小潜艇。后来又从苏联买进了一批03艇,再后来由江南造船厂仿制成了33型潜艇。这型艇我们生产了不少,一度上海、武汉等地的船厂都在制造,成为一段时间我军潜艇部队的主战装备。在此基础上我们加以改进,试制成功某型潜艇,后来又有了某型潜艇研制成功并装备部队。这些潜艇和同期出现的外国同类型潜艇都属柴电动力的常规潜艇。1954年美国率先把核动力用于潜艇,其它先进国家也紧跟,于是潜艇动力有了一个质的飞跃。所以说动力的发展也带动了潜艇的发展。
  近年来我们国家的常规动力潜艇在自力更生的基础上,也适当引进了一批俄制潜艇,如大家所熟知的“基洛”级潜艇,它的噪音比较小,所以被称为“大洋中的黑洞”。
  世界各国常规潜艇的主要动力就是柴油机和电动机。这种情况从两次世界大战以来,并没有太大的改变。率先做到比较大改变的是上世纪六十年代的德国,它改变了柴电潜艇的动力传递方式。过去我们用的03型艇是柴油机带动螺旋桨驱动前进(水上),通气管状态也是柴油机带动螺旋桨。水下则是主电机带动螺旋桨,这就是所谓的直接传动。而德国人的改进则是间接传动,也叫电力传动。这样的最大特点是将柴油机和螺旋桨(柴油机不再直接带动螺旋桨)脱开了,柴油机只带发电机,这种动力传动方式的改变,直接导致潜艇外形的改变,例如现在的水滴形。
  记:您是否可以讲一下间接传动比直接传动的明显优势在什么地方?
  杨:从外形上看除了艇形不同之外,直接传动一般是双轴的,而间接传动则是单轴的。
  间接传动方式之所以取得飞速发展,被世界各国广泛采用,是因为与直接传动方式相比,间接传动具有以下几个特性:采用间接传动,柴油机与推进电机不在同一轴系上,柴油机的噪声不会通过螺旋桨传到艇外,从而提高了潜艇的隐蔽性。便于采用单轴、高效率、低转速、低噪音、大直径螺旋桨推进。电机组可以向高转速发展,从而为柴油机和发电机重量比能和体积比能水平的提高创造良好的条件。轴系短,中间离合器少,不易产生扭振,振动噪音小。推进电机不可逆运行,可按一种运行情况设计,从而使推进电机的效率大大提高。按负荷要求可采用数台中等功率的柴油发电机组并联供电,使电网使用更为灵活。同时,节约了能量,提高了系统的可靠性。间接传动方式虽然采用了单轴推进,可获得最佳水下航行特性,但水面航行特性稍差,特别是给离靠码头带来不便。另外,推进系统的生命力较差,如果推进电机损坏,水面和水下航行均受影响。以上两点,也正是直接传动方式没有完全被淘汰的原因。为了弥补以上不足,在潜艇动力系统中,增加了侧推装置或应急推进装置。
  记:如何能单凭外形怎么能判断它是直接还是间接传动呢?
  杨:一般的来讲,从艇尾可以看出多桨的是直接传动,单桨的是间接传动。但现在有的间接传动潜艇为了应对某些特殊任务,也会采用多桨驱动。
  记:柴电潜艇在水下用蓄电池的电能,用完后如何补充?
  杨:柴电潜艇都要使潜艇上浮到水面或通气管状态,用柴油机带发电机向电池组充电。间接传动的潜艇本身就是柴油发电机组,充电和航行没有问题。而直接传动的潜艇是柴油机带主电机(作发电机用)向电池组充电,此时潜艇航行要用另外的动力,如经纪航行电机。
  记:柴电潜艇要经常充电,是不是AIP潜艇不用充电了?
  杨:因为直流电是可以用蓄电池贮存的,所以不管什么样的潜艇,都有蓄电池,所以都要向电池充电。
  关于AIP潜艇我想作一个简要的说明。早在20世纪30年代,世界各国的潜艇设计者们就开始探索无须潜艇浮出水面即可提供柴油机运行所需氧气的途径,目前的AIP技术正是这—探索的产物,是潜艇动力推进系统的新发展。
  AIP就是不依赖空气推进,但实际上把空气中的氧气提取出来,压缩成液态氧,储存起来,放到潜艇上的容器中,再把另一些可燃烧的东西混合在一起燃烧,产生热能转化为电能,柴油机是内燃机,而热气机是外燃机。日本的潜艇就是用热气机,俄罗斯的阿穆尔使用燃料电池。总之,各国正在试验,使用的各种AIP技术很多,我就不一一细讲了,近些年我军潜艇在这方面也有了一些进展。
  有AIP技术,常规潜艇可以在水下待机时间更长,再加上常规潜艇本身的隐噪效果也比较好,这样常规潜艇的作战能力会有更大提高。
  AIP技术有许多优点,像美国,尽管它没有常规动力潜艇,但它对AIP技术,也是很关注的。但是不管是AIP还是柴电动力,它都是要带动螺旋桨驱动潜艇前进的。
  记:如果一条潜艇只装AIP,而不装其它动力,那它可以在水下多长时间呢?
  杨:这要根据潜艇本身携带的液氧量来定,比如国外有5天,7天,15天,还有20天记录。但是潜艇的作战是要隐蔽出击的,只在水下呆着不动也是不行的。当然衡量AIP在艇上的作用时间是要根据携氧量、作战任务而变化的,你用的多,它就消耗得快。
  记:我们的读者常来信问,AIP技术是否可以取代其它动力独挡一面呢?
  杨:这就回到了我们刚才谈论的问题。目前的技术发展还做不到这一点。一条艇不可能装无限多的液氧和其它AIP技术所需要的物质,因为液氧的贮存是很不安全的,一旦出了事就是不可挽回的灭顶之灾。所以现在的AIP技术只是辅助性的,不能独挑大梁。
  记:要在柴电潜艇上装AIP技术很难吗?
  杨:这并不太困难,只要在潜艇加装一个独立的AIP舱段就行。当然也会带来艇型及舱内外设备布局等方面的问题。
  记:现在国际上讲武器的效费比,使用AIP是否比使用单纯的柴电动力省钱吗?
  杨:对于武器来讲,它的作战效能是第一位,经济性是次要的。加了AIP技术的潜艇是要费钱的,因为AIP技术不是通用技术,它的价值很贵,还要有专门技术人员养护,但它的作战结果是不一样。加了AIP就可以使潜艇有了更长的水下待机时间,会在作战中发挥更好的作用,这一点不是用金钱可以衡量的。
  记:您说了这么多潜艇动力技术发展。关键一点还在发动机上,现在几乎全国都在关注发动机,从您从事专业的角度上是否可以谈一下我国潜艇发动机也就是柴油机的现状呢?
  杨:客观地讲,我国在潜艇用柴油机方面,曾经引进过国外的技术和设备,但目前国产化率已经很高了,应该有光明的前途。
  记:螺旋桨是潜艇动力装置的组成之一,潜艇不用螺旋桨推进可以吗?
  杨:可以的,但螺旋桨推进最大的缺点就是会产生空泡噪声,而这种噪声是潜艇噪声中最大的一种,噪声是影响潜艇隐蔽的最大敌人。那能不能不用螺旋桨推进的潜艇呢?那是采用喷水推进技术,以前英国人制造过试验艇,它的原理和水母、乌贼这些水生动物的运动方式很相象。这种推进方式的不足在于目前功率较小。还需进一步提高才能投入实用,另外一种就是所谓的磁流体推进技术,目前这些推进方式只在试验阶段,工程应用还有很长的路要走。但一旦成功对潜艇推进技术带来的革命化改变,因为它将彻底改变,由热能—动能—电能带动螺旋桨的传统能量转换方式。
  潜艇动力发展推进着潜艇的发展,潜艇动力的发展沿着“不变—改变—不断变—彻底变”的规律进行,当达到彻底变时,我们就能看到新的动力的出现。
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