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全球首艘锂电潜艇服役,但批量装备还为时尚早

2020-03-23 10:40:06 科技日报

  日本海上自卫队近日接收了最新一艘苍龙级常规潜艇“凰龙”号。据报道,“凰龙”号是世界上首艘将锂电池作为动力的潜艇,这可以让它在水下潜航时间大幅延长。

  科技日报记者了解到,“凰龙”号常规动力潜艇在维持规格和航速不变的情况下,使用锂离子电池替换掉整个斯特林发动机的AIP动力系统和铅酸蓄电池。

  “‘凰龙’号常规动力潜艇是世界上第一艘使用锂离子电池作为动力的潜艇。受国际条约和法律法规限制,日本不能发展核潜艇,因此只能在常规潜艇技术上尝试各种创新和突破。以前的苍龙级潜艇采用了斯特林发动机的AIP动力系统,‘凰龙’号潜艇使用锂电池可以说是一次全新的尝试。”军事研究员兰顺正就此表示。

  常规潜艇最早采用柴电动力,用柴油机作为动力源,水面航行时使用柴油机,水下航行时使用蓄电池和电动机。由于柴油机工作需要大量的氧气,因此只有在水面状态、半潜状态和通气管状态航行时才能给蓄电池充电。而以前所采用的铅酸电池体积和重量太大,而储电比能却又很低,而且充满电很费时间。这导致柴电潜艇水下航行的持续性和隐蔽性较差,很难满足军事需求。因此,AIP技术应运而生。AIP是“不依赖空气推进装置”的英文缩写,当前主要有闭式循环柴油机AIP、斯特林发动机AIP、燃料电池AIP以及小型核动力AIP等四种方案。这项技术大大延长了常规潜艇的水下活动时间。

  但问题是AIP系统增加了技术复杂性。

  兰顺正表示,虽然斯特林发动机噪音和震动比较小,但其缺点也很突出,即发动机功率低,小于其他推进系统,这导致其水下航速较低。如果要加大功率,就必须多配发动机,不仅对潜艇布局造成影响,而且占用更多潜艇空间。

  斯特林发动机的这种缺点,是导致日本苍龙级潜艇浮力不足的一个原因。而采用体积小、重量轻、能量密度大、容量高的锂电池,有利于潜艇减轻重量,节省空间,提升续航能力和机动性。

  “日本‘凰龙’号采用锂电池可以说是回到了以前的技术路线,即柴电潜艇,用柴油机作为动力源,带动发电机给锂电池充电。”兰顺正表示。

  可以说,随着锂电池的技术进步,铅酸电池的缺点造成的柴电潜艇效率不高的问题也有望解决。日本“凰龙”号就做了这么一个尝试。

  既然是全新的,就意味着可能会遇到各种问题,甚至是风险。

  虽然锂电池在其他武器装备上也有过使用,但由于潜艇的工作环境几乎是所有军用装备中最恶劣的,对安全性的要求也是最高的。在地面和空中装备上比较成熟的某些技术,不一定能用在潜艇上,特别是对压力、温度和通风散热要求更高的锂电池。

  但兰顺正认为:“既然日本大胆在潜艇上采用锂电池技术,就意味着日本已经在锂电池相关技术上取得突破,比如降低发热量、提升安全性等。而且此次‘凰龙’号潜艇服役,只是意味着日本已经开始了对其实际使用展开测试,并根据试验不断改进。只有‘凰龙’号通过日后的各种试验,其后的苍龙级潜艇才会大规模使用锂电池技术。”

  那么,随着锂电池技术的不断成熟,是不是就可以完全摒弃AIP系统呢?

  对此,兰顺正认为,现在谈这个还为时过早,首先AIP系统有好几种,各有优缺点,目前燃料电池AIP潜艇发展前景非常好,锂电池在常规潜艇上的运用只是其中一种成熟方案或者是技术路线,能否取代AIP系统还不好说。其次,“凰龙”号的服役才刚刚开启实用测试,未来能否满足所需,尚未可知。

编辑:李学平
 
 

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