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一覽眾山小,唯有此山高——鋰電池潛艇

最早常規潛艇動力是柴電,水下推進靠鉛酸電池提供的動力。比如基洛級潛艇,水下使用鉛酸電池,公開資料顯示水下續航里程為為300海里,這個裡程是電池全部放光的續航里程,但鉛酸電池壽命會受到影響,所以不會放光。鉛酸電池只能進行300次以下的充放電。鉛酸電池的缺點是能量密度低,大概35-38Wh/Kg, 所以柴電潛艇續航里程很短,不過總里程250海里,越來越不夠用了。

日本蒼龍級鋰電池潛艇

後來搞了CCDAIP推進,依靠潛艇自身的柴油機加氧燃燒,主機技術成熟,無需重大改進,其他輔助系統問題,如再循環氣體混成、廢氣的噴淋冷卻、二氧化碳海水吸收、水處理系統,都已成熟,不存在較大技術風險。因而開發CCDAIP推進存在有技術風險小投資少的優點,一台CCD發動機只需200萬美元。雖然柴油機本身結構雜訊和空氣噪音較大,但現代隔振技術完全可使柴油機經隔振後雜訊指標達到要求。由於水處理系統耗能少,因此CCDAIP系統效率可達35%。缺點:CCDAIP需一個很大的液氧罐(-180℃)。幾個較小容積的氬氣瓶。

閉式循環柴油機推進潛艇結構圖

SEAIP推進,工作原理簡單說是外部連續燃燒加熱工質作功為電池充電,結構雜訊及空氣噪音比柴油機小,可以讓自持力達到9節14天(3024海里),與柴油機相比,效率稍低,一台發動機300萬美元。

中國039B斯特林發動機推進潛艇

這兩個AIP的原理也很簡單,都是內循環熱力機器, 潛艇自己帶提供燃燒的液態氧氣,然後二氧化碳用一些辦法無痕迹地排出去,比如海水吸收,缺點是噪音稍大,需要帶大氧氣罐。

然後就是FCAIP推進,基本原理是靠氫和氧反應在電池內直接產生電能,再帶動電機驅動,是德國人先弄的東西。使用FCAIP系統的潛艇,續航里程可以達到1500海里以上。優點:不發出任何雜訊,能以極高的工作效率輸出電能。缺點是:除了大液氧罐還要有易爆的液氫罐。

德國212型燃料電池潛艇

這些AIP的問題是補給很麻煩。閉式循環柴油機和斯特林發動機,需要補給低溫液態氧,這個很多地方沒有。 燃料電池AIP更麻煩,要補給液態氫和氧,而液態氫的儲存條件非常苛刻。 所以 燃料電池AIP並不太看好,只有非主流的德國人弄弄。

最後就是新銳鋰電池推進。鋰電池比鉛酸電池輕很多,能量密度280Wh/Kg,同等重量達到8倍的續航里程,也就是2000海里。同時鋰電池充放電次數高,可以達到1000次以上。裝備鋰電池的潛艇,相當於把鉛酸電池換成鋰電池,常規燃油補給就可以,潛艇可以依靠自己的動力充電,而且水下幾乎沒有動力雜訊。

韓國張保皋III Batch-2級鋰電池潛艇

當然,鋰電池潛艇的問題也有,比如高端鋰電池製造環境要求嚴格,工作溫度也比較苛刻,鋰電工業集中在中日韓美,其他國家沒有配套產業鏈,根本玩不了。戰時面對高強度的攻擊,愛爆燃的電池的安全性也是個問題。

高能鋰電池

當前日本率先使用水下鋰電推進,其他類似技術水平的國家,包括中國韓國,也在各種用法試驗,包括抗撞擊實驗之中,同比各種AIP的優缺點,未來鋰電池潛艇推進必然是主流。

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