615型/魁北克潜艇/Q级

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撰文:利刃龙猫

Q级潜艇是苏联第一种AIP潜艇.苏联代号是615型。1952年研制成功.安装了闭式循环柴油机动力。第二次世界大战后,苏联利用从德国获取的闭循环柴油机技术,结合本国的经验设计。正常排水量400吨,下潜深度140米。使用两台功率各为700HP的M-50n型闭循环柴油机。M-50n以液氧为氧化剂,以氢氧化钙为二氧化碳吸收剂,
这种潜艇极度危险。

作者| 科罗廖夫

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来源| 科罗廖夫的军事客厅

美国海军自不待言,毕竟是全球第一海军,光神盾舰就有90艘(27艘提康德罗加、63艘阿利·伯克),而且在DDG-1000项目下马后,美军依然在持续建造伯克III型驱逐舰,用于替换早期即将退役的老舰。和美军相比,俄罗斯海军的日子确实不太好过。特别是从美国总统奥巴马时代开始,对俄罗斯实施金融制裁,由于俄罗斯对外主要依靠出口能源,来换取外汇,并维持国家的正常运转,美国对俄罗斯金融制裁后,俄罗斯的GDP衰退严重,海军军费也跟着捉襟见肘。

近年以来039型潜艇多次出现在公众视野中,引发诸方对其展开讨论,而039A/B型的AIP技术则成为关注的焦点,那么这款“大洋黑洞”潜艇的AIP有哪些技术优势呢?

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039型潜艇是我海军701所研制开发的一款常规动力潜艇,早在上世纪90年代中期就已经对外亮相,而其标志性的阶梯状指挥台围壳是039型潜艇最显著的特征。部分039型潜艇安装了AIP动力,但注意只是部分,这些具备AIP动力的潜艇型号为039A/B型,常规的039型和039G型都不具备该技术。

在这种情况下,俄罗斯海军只能另辟蹊径,所谓的俄式“下饺子”,指的就是俄罗斯如今虽然水面舰艇发展不利,但是在苏联时代就保持优势的潜艇方面,俄罗斯一直没有停顿。俄罗斯北方机械制造厂总经理布德尼琴科不久前曾经向媒体表示,第四艘“北风之神”级战略导弹核潜艇“弗拉基米尔大公号”将于今年12月交付俄罗斯海军,同期交付的,还有“亚森”级攻击核潜艇的二号艇。

039A最早出现在2004年的武汉,当时一名网友拍下了疑似是039型后续新型号的潜艇并上传到互联网上,随后美国海军甚至为此“大动笔墨”,描述其为中国海军的041型潜艇,但直到2007年在我国防成果展上才证实这所谓的“041型”并不存在,仍然为“宋”级039型潜艇的改良款型。

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在过去,常规潜艇在水下只有两个驱动方式,一是使用通气管柴油机动力,二是使用蓄电池电机动力。这两种动力方式有很大缺陷,通气管航行容易暴露目标,使用蓄电池电机作动力不能持久航行。柴油机的运行离不开空气,因此每次水下巡航时其蓄电池用尽后,就必须浮出水面,或者采用通气管运行柴油机为蓄电池充电。因而,普通的常规动力潜艇的水下续航时间有限,大约为10—100个小时。由于每隔一段时间就要上浮充电,导致其隐蔽性较差,水下憋气的功力不够。目前最先进的常规潜艇,已经开始采用水下长航时辅助动力装置,可以使用燃料电池或斯特林闭式循环发动机,不依赖外界空气进行水下长时间潜航。

636.3型常规潜艇下水仪式

AIP是指“常规潜艇不依赖空气推进装置”的英文缩写。我们知道常规潜艇都采用柴油机+电动机推进,柴油机做功需要外部空气的补充,所以潜艇在水下启动柴油机的时候,需要将通气管伸出水面,这对于潜艇的隐蔽安全造成极大威胁。有了不依赖空气推进装置,通过燃料电池、闭式循环柴油机,热气机,高能锂电池等动力系统,可以在水下不依赖空气的慢速航行,具有非常大的战术优势。

不仅如此,俄罗斯的常规潜艇也正在大批量建造。当地时间3月28日,俄罗斯太平洋舰队首艘636.3型常规潜艇在圣彼得堡的阿米拉造船厂顺利下水。636型潜艇就是大名鼎鼎的“基洛”级常规潜艇。基洛级常规潜艇虽然是前苏联1974年研制,1980年交付苏联海军。但是,由于其性能出色,尤其是静音性能一改苏联潜艇噪声大的痼疾,因此而被西方敬畏的称之为“大洋黑洞”。基洛级潜艇为苏联/俄罗斯海军总共建造24艘,但出口29艘,足见世界各国海军对其喜爱程度。

目前世界范围内广泛使用的AIP系统主要有三种,第一种是斯特林发动机AIP系统,第二种是燃料电池AIP系统,还有一种是闭式循环柴油机AIP系统。其中斯特林发动机AIP系统结构紧凑,运行可靠性高,造价和运行费用相对较低,但存在单机功率较低、设计制造和使用要求较高、噪音难以避免等缺点。

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039型部分舰艇上安装的就是斯特林发动机AIP,又名热空气引擎,或者热气机,外燃机,是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机,在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明,故又称斯特林发动机。这是一种循环活塞式热机,所谓闭循环的意思是燃烧产生的空气一直会保存在气缸内,不需要向内燃机一样与外界环境进行气体交换,所以闭循环的驱动方式的斯特林发动机是一种“外燃机”。

所谓“常规”潜艇,就是使用非核动力装置的潜艇。常规潜艇主要动力系统由柴油机、发电机和蓄电池等几个部分组成。在正常水面或者通气管航行状态下,艇上柴油机正常开机工作,驱动潜艇前进,并通过发电机为蓄电池充电。当潜艇潜入水下后,由于柴油机无法正常吸入空气,所以需要关闭柴油机,潜艇凭借蓄电池电能潜航,并且在蓄电池即将用尽之前,需要上浮,为蓄电池充电。需要上浮充电是常规潜艇一个致命的弱点,二战中有超过一半以上的德国潜艇是因为上浮充电而被盟军击毁的。

常规内燃机在完成一次燃烧后通过膨胀的灼热气体来推动活塞运动,然后打开阀门快速排除气体并准备下一次冲程,但斯特林发动机具备冷源,使用惰性气体来做缸内介质,通过受热膨胀、解除冷源收缩的循环来实现活塞的做功。

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这种AIP技术具备很大的优势,斯特林发动机引擎可以获得目前最高的热效率,最多接近80%,理论上这种AIP引擎可以通过目前已知的任何热源来推动,包括太阳能、化学能和核能,相比于其他AIP,斯特林发动机AIP的维护成本更低、更高效、更安静,所以更加可靠。

虽然基洛级潜艇最初研制是1974年,但是从1980年至今,该型潜艇进行过多次技术升级,并且推出多个不同版本,其中最早的有877型,后续则有636型,如今俄罗斯建造的自用版本称之为636.3型,是基洛级家族中最新的版本。其性能稳定,并且可以使用俄罗斯现役的各种鱼雷和潜射导弹武器,具备很强的综合作战能力,特别是636.3型常规潜艇继承了基洛级潜艇静音的优势,可以在静默中对任何敌人发起致命一击。

日本苍龙级的AIP动力系统也采用斯特林发动机,即两组3900马力柴油机作为主动力,四组瑞典研发授权日本生产的川崎-考库姆V4-275R斯特林闭循环推进系统,这4台单位功率75kW的“斯特林”MK.2热气机,再配合传统铅酸蓄电池,分别在浮航或潜航状态下发电驱动一台推进用永磁电机。400马力的AIP动力在水下驱动4200吨的大型常规潜艇,很显然是不够的,日本生产的最新款的丰田陆巡越野车,低配置的3.5T发动机,都能有422匹马力的输出。但最大航速仅为3节。原因很简单,斯特林AIP的功率非常小,只相当于一台紧凑型家用轿车的发动机功率,如此小的功率去驱动4200吨的潜艇,可以想象,航速会有多么低。所以4台“斯特林”MK.2热气机只能让这艘潜艇在水下以3节的龟速航行。

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039A/B型潜艇的动力系统要比日本苍龙级先进得多,早期的039A/B使用的是引入仿制的75KW瑞典4-275发动机,与日本苍龙级相同。但在引进的瑞典AIP基础上,我军做出了升级,新款039A/B型潜艇的斯特林发动机效率比外国原品提高117%至120%,也就是说原本功率为75KW的发动机硬生生被我们魔改成了160KW至210KW,如果像039B一样使用4台斯特林发动机,那么最多可以获得868KW的动力输出。039A/B常规潜艇在使用斯特林闭式循环发动机做水下航行时,可潜航一个多月无需浮出水面,速度比日本潜艇提高50%以上。

不过,基洛级潜艇的设计却依然是传统常规潜艇设计,依然需要定期上浮为蓄电池充电。最新的常规潜艇AIP技术并未在基洛级上应用。所谓AIP系统,就是“Air
Independence
Propulsion”的缩写,意思是“不依赖空气推进系统”。其实说简单一点,就是在潜艇里装上一个大型压力容器,容器内装上液氧,在潜艇潜水后,通过液氧继续支持潜艇发动机以低功率运行。使用AIP装置的常规潜艇可以保持15~20天连续水下潜伏而不必上浮充电,而老式常规潜艇平均每天需要上浮充电一次。AIP系统大大提升了常规潜艇隐蔽性,也是目前世界常规潜艇发展的方向。

强大而高效的斯特林发动机AIP,使得039A/B型潜艇已经补上了在水下静音的短板,加之舰身铺设的大单片面积消声瓦,国产的“大洋黑洞”已经可以追赶上“基洛夫”级。

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039A/B型常规潜艇,排水量3600吨,水面航速12节,通气管状态的水下最大航速高达20节。AIP续航能力可达3000公里,算上全程潜航潜入阵地的续航时间,可在第一岛链进行30天左右的阵地作战。不出现通气管暴露状态下的连续潜航隐蔽作战,可极大增加对抗美日航空广域搜潜的能力。典型战法是通过AIP动力,以3节的低速静音巡航,选择在琉球群岛与台湾交界区域间的基隆海谷等崎岖有利海底地貌,利用各季节不同的温跃层、盐跃层等有利水文环境,隐蔽的突入第一岛链海域,或前赴南海和印度洋海域。

俄罗斯原本在1987年的苏联时代就已经展开AIP潜艇的相关技术研发,并且命名了代号为677的俄式AIP型潜艇,但是受苏联解体的影响,研制工作一度中断,677型潜艇首艇一直到2004年才开工建造,2010年才下水,但是一直到今天依然不能正常运转,而且其设计也有诸多环节不能达标,基本不具备实战能力。

科罗廖夫的军事客厅

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对此俄罗斯海军不得不回头重新改进并继续量产636型常规潜艇,用于替换手头已经老旧不堪的其他常规潜艇。不过平心而论,虽然基洛级潜艇没有装备AIP系统,但是受经济影响,俄罗斯海军本身也已经大幅收缩了海上活动的范围和强度。而在俄罗斯周边海域,特别是在俄海军航空兵的掩护下,基洛级潜艇没有AIP系统并不算什么“致命伤”,可以说,只要制空权有保证,通过通气管潜航的基洛级潜艇依然是可怕的海上杀手。更何况俄罗斯海军的“饺子”还有“北风之神”和“亚森”这样先进的核潜艇,所以,尽管俄罗斯已经实力大衰,但是任何国家海军,哪怕是美国海军,要靠近俄罗斯海岸依然需要掂量掂量自身的实力。

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