新的丰碑——AIP推动系统问世

自19世纪末叶至20世纪中世近60年内，活着界潜艇手艺希望进程中，潜艇计划先驱们已设立了5座历程碑，这举世瞩宗旨丰碑为寰球潜艇界大师所公认。它们别离是：“霍兰”号实验艇、U35型U艇、XXI型(21型)U艇、“大青花鱼”号实验艇以及“鲣鱼”级潜艇。但是，从年美国“鲣鱼”级侵犯型核潜艇（SSN）入役之后，寰球潜艇手艺的希望就波涛不惊。固然潜艇希望日臻完满，手艺提高不少，如潜艇排水量渐渐增大（向例潜艇的准则排水量已抵达吨）、水下航速早已高出水面航速以及灵敏性越来越好等等，但具备历程碑意义的改革手艺尚未呈现。尤为是向例潜艇不停没有攻破水下自持力的限定，这个限定多年来始终是向例潜艇希望的“瓶颈”。

向例动力潜艇亦称为柴-电潜艇，具备3种航态：水面航态、潜望深度行使通气管航态以及水下巡航形态。前两种航态均需驱动柴油机与发机电，柴油机的运行离不开大气的扶助。真实潜伏的水下巡航是由艇上的蓄电池组供应动力。但是，艇载蓄电池数目与容量均有限，因此潜航的时光也有限，多至1～2天，少则几个小时，潜航的潜艇就需求上浮至水面，用柴油发机电组为蓄电池组充电。这类可反复充放电的蓄电池的手艺与维持请求很高，操纵寿命有限。其它，时常隔一段时光就需求充电，大大补充了潜艇的泄漏率或被探测的也许性。

潜艇计划大师与科研人员始终在推敲，能不能找到一个不依赖空气的动力推动系统来抬高向例潜艇的水下自持力呢？为知道决上述手艺困难，苏联、德国、法国、瑞典、荷兰及日本等发财国度均前后开展了这方面的预先探索与可行性探索。上世纪80年头，不依赖空气的推动系统研发办事博得攻破性希望，并于上世纪末与本世纪初装艇合用，这是潜艇手艺希望新的历程碑。

（燃料电池AIP系统办事旨趣）

困难选择——德国水兵情定燃料电池系统

德国事最先探索AIP系统的国度之一，早在二战期间就曾研发胜利过一种不依赖空气的推动系统，不过因其效率低，平安性差而未能投入操纵。到了20世纪50年头，德国同时开展燃料电池与闭式轮回柴油机两种系统的研发。20世纪80年头研发办事博得攻破性希望，两种系统均投入合用阶段，后来经由屡次论证和实验，德国终究取舍了燃料电池系统。

燃料电池系统之是以遭到德国水兵的喜爱，是由于它具犹以下上风：

办事旨趣容易它是经由氢氧化合造成电能，亦是水电解旨趣的逆运行。燃料电池系统本质上是一种化学动力调动器。

无混浊燃料电池系统造成的动力系干净动力，无混浊，有益于海上处境守护。氢氧化学反响只生成直流电与蒸馏水，既无废气，又无废热，热辐射险些为零。对海排放物惟独水与残余氧气，对海洋处境平安友情。

隐身性好燃料电池系统不存在职何行动部件，是以不会造成任何机器震荡与噪声。声特色记号很低，归纳隐身功能好。在每每做战操纵前提下，险些没法被探测到，是名不虚传的肃静型向例潜艇。

模块化计划包罗燃料电池在内的全推动系统采取模块化计划。燃料电池自己由电池单位合成叠层，叠层又合成燃料电池模块。模块安设具备较大的灵敏性，电池数目越多，功率越大；储蓄模块越多，水下自持力越大。该系统造成的直流电可直接供应永磁推动机电，进而大大简化周全推动系统，包罗扶助系统与配电系统。

操纵效率较高，修理请求与成本损耗较低在额定输出功率下，该系统的总效率达60%。这就象征着在20%的部份负荷下，可实行70%的最大效率。向例潜艇安设该燃料电池系统后，行使现有的水兵基地与根基设备，不必补充成本，也能平安职掌操纵与修理调养。

千锤百炼——量产型燃料电池AIP潜艇

自年德国国会经由级潜艇计划计划稽查，到年国际潜艇学术相易会上推出级潜艇的计划计划，正值用时20年。期间，德国曾推出A级和级2个量产型计划，共制作17艘，此中A级潜艇安设德国水兵和意大利水兵，前者分两批共购买6艘，后者分两批共购买4艘。级潜艇出口希腊和韩国，前者分两批共购买4艘，后者引进临盆允诺证自行制作了3艘。其它，韩国水兵于年追加购买6艘级潜艇，土耳其水兵于年订购6艘级潜艇。按照暂时的定单，到年，最少见29艘燃料电池AIP潜艇在上述列国从军，它们将成为上述国度水兵的首要水下做战气力。

在燃料电池系统装艇昔时，德国关系探索机构与船厂开展了洪量永远辛苦详尽的研发实验办事。霍瓦兹造船厂（HDW）、罗斯托尔·埃森公司以及吕贝克计划探索院于20世纪80年头初，就将燃料电池系统做为潜艇的特地研发项目实行了联结开拓。HDW于年将燃料电池系统装入潜艇分段实行陆上实验，实验结局讲明燃料电池系统运行一般，平安牢靠。年又将该系统装入型1号艇实行了为期半年的海上实验，经由海试证明了该系统的合用性。年3月实行海试后，德国水兵最先酝酿以级型艇为母型，加装燃料电池系统，并换装功能更优的声呐、潜望镜及兵戈系统等，这即是寰球上第1艘安设燃料电池AIP系统的向例潜艇——级潜艇的雏型。

级潜艇的计划也许用一个容易公式来表白，即级=级+A级。也即是说级潜艇的研发是以级潜艇为根基，汲取了A级潜艇肃静型计划的长处。据解析，级潜艇计划的做战操纵本事与功能，宏壮于级和A级潜艇。级潜艇在计划时就将一些已有的牢靠计划因素与当代改革计划办法相聚集。譬喻，它汲取了“海豚”级潜艇的新艇型，积极化程度高、有用负载大等长处；耐压壳体直径依然坚持与级6.2米类似直径，但艇型略显瘦长，排水量补充，线型更为优化；坚持了A级潜艇目标噪声与强度以及磁特色记号等均很低的隐身功能长处。级潜艇不光是一型反潜本事很强的向例潜艇，并且其海战新观点也餍足当代濒海战的做战操纵请求。

与A级比拟，级潜艇的潜深补充了一倍，抵达米。其它，推动功能与效率也有抬高，安设了德国西门子公司的燃料电池与低速永磁推动机电，不光消沉了运行花费，抬高了推动功能，并且在满负荷与部份负荷下具备最大推动效率。因可无级调换转速，是以险些不存在刹时切换噪声。别的，艇上加装了TAU反鱼雷系统、巩固型舷侧基阵与尾部拖曳阵列，使低频声呐探测间隔增大，进而抬高了该级艇的攻防本事。

德国水兵A级潜艇的首要计划特色

加强本艇特色记号治理，全数抬高归纳隐身功能

A级燃料电池AIP潜艇行使现有手艺，博览众长，发奋把本艇的声特色记号与非声特色记号消沉到最低程度。A级做为甲第当代肃静型向例潜艇，首先重心是管制好声特色记号，只管消沉本艇的构造辐射噪声、瞬态噪声及液体固定噪声等。选用的首要办法有：

全数艇上机器征战均采取减振降噪计划，单项征战均设定噪声目标限值，上艇前应严峻实行探测；大大都征战均置于隔声模块内，再将模块装在双层弹性基座上；机舱内的全数机器安设经由弹性基座安设在共用浮阀平台上，此平台与艇体构造坚持声绝缘；对艇上强噪声源（如柴油机、发机电等）采取隔声罩或围壁有用遮蔽；艇上油、水、气等管路及电缆的安设应采取减振支架；将换能器计划成静态的；将热成像仪集成到潜望镜安设甲等等。上述办法可大大消沉机器震荡与构造辐射噪声。

经由优化艇体线型来优化水动力特色，避让敌方声呐积极定位的有益反射角度。更急迫的是，在艇体方圆只管造成层流形态的环流，进而消沉飞翔中的水动力噪声。轻外壳的计划只管做到概略面光顺，轻外壳外观的流水孔、速潜舱进水口、起落安设启齿、指示室围壳启齿、鱼雷发射管开孔均做到“无缝”紧闭，以减小海水的固定噪声。对艇内的水泵、阀、管会商及赔偿器等实行优化计划，将艇内的液体固定噪声降至最低。

采取西门子公司永磁同步机电，可实行无级变速运行，与低噪声低转速大侧斜七叶螺旋桨般配操纵，不光消沉机电的瞬态噪声，并且有益于消沉螺旋桨的噪声与空泡噪声以及辐射噪声。

另一个急迫办法是在轻外壳表面涂敷专用的声呐能汲取涂料，可消沉本艇的水下声目标强度，防止敌方声呐的积极定位与被迫定位，消沉本艇被探测到的危机。同时还可增大本艇声呐的探测间隔。

（船厂中安设燃料电池组的德国水兵型潜艇）

管制非声特色记号的办法有：艇体采取非磁性钢或低磁钢制作；艇内应装有闭环消磁系统，也许使艇体与征战的漏磁场降到最小，云云可有用消沉磁探仪的发觉几率，还可防止引爆磁性水雷。在起落桅上涂敷隔热涂层，以及对通气管航态与水面航态时柴油机排出的废气实行冷却降温等办法，以消沉本艇的红外特色记号。将指示台围壳表层修筑平台计划成与程度面坚持必要歪斜度，以减小雷达反射截面。并在起落帆樯涂敷雷达波汲取材料，可将雷达电磁波特色记号降至最低。

采取新式搀杂动力系统，抬高水下自持力，消沉泄漏率

A级潜艇的搀杂动力系统的首要改革是燃料电池，安设有带反响剂供应源的模块化燃料电池AIP系统，完备直接向潜艇推动机电供应直流电源的本事。

A级潜艇已胜利将燃料电池AIP系统融入全艇动力推动系统当中，并保证搀杂动力推动系统与艇上电气手艺系统、操艇系统以及积极管制系统等有机聚集起来。该系统运行起来自力、积极、容易而平安，全部切合潜艇归纳指示与管制的请求。燃料电池的输出功率约为千瓦～千瓦，可为潜艇水下低速肃静飞翔供应动力，在水下巡航期间以燃料电池为动力，潜艇也许2～6节航速飞翔。按照艇载反响剂的储蓄量，潜艇可在水下赓续飞翔14－21天，而无须上浮至通气管航态为蓄电池充电，水下自持力比平凡向例潜艇的自持力补充10倍。这即是AIP系统潜艇的最大上风之一，它可永远潜航在不被闻声、不被望见且探测不到的未知水域中。

A级潜艇操纵可反复充电的高能蓄电池在水下高速潜航，以保证本艇马上开拔或逃离做战海疆，可全速络续运行数小时，而后马上复原水下肃静搜查行动。柴油机与蓄电池组相聚集运行，不光能供应水下最大冲刺航速，并且在6节航速下，艇载燃油储量充裕供应约0海里的续航力或约84天的职责自持力。

与平凡向例潜艇不同的是，燃料电池AIP系统为潜艇水下巡航供应积极力、用蓄电池供应水下冲刺航速、柴油机为水面巡航供应动力，或为通气管航态的蓄电池充电。云云柴油机、发机电与蓄电池组等容量与功率显然减小。但是，燃料电池系统的功率会增大。由于该系统的功率巨细首要取决于反响剂储蓄量的巨细，即取决于液氧储罐与金属氢化物储罐的巨细与数目及其储蓄空偶尔地位，总之，经由优化用户用电，在肃静运行期间，这类非核潜艇的泄漏率可降至2%。

（MSI-90U指示和兵戈管制系统）

软硬杀伤兵戈兼备，实行全艇兵戈系统集成，攻防做战本事巩固

与平凡向例潜艇同样，燃料电池AIP潜艇安设的硬杀伤兵戈每每为鱼雷、水雷及导弹，发射形态大略类似，采取水压柱塞式发射系统，不过安设数目有多有少。向例潜艇每每惟独6具鱼雷发射管，而A级潜艇装有8具发射管，计划斟酌4具发射鱼雷，4具发射反舰导弹。除了上述硬杀伤兵戈外，还装有反鱼雷系统以及EADS与DASAFL型电子对立系统等软杀伤兵戈，为潜艇供应抵御做战软本事。

A级潜艇装有MSI-9U（第1批次）或阿特拉斯公司的ISUS-90（第2批次）做战指示与兵戈管制系统。该系统可用来探测辨别敌方目标，并与其开拓。通太高功能数据总线将传感器（声呐、潜望镜等）、兵戈效应器（鱼雷、导弹及其发射系统）及导航征战与集成盘算机归纳起来，以实行其功能与目标。做战指示与兵戈管制系统是全艇做战系统的主题，它能接纳全数输入数据、评价百般战神态势，并积极启行动战程序。该系统计划灵敏，尤为是兵戈与传感器能餍足用户请求。与该系统关系的传感器是潜望镜，潜艇上装有2种潜望镜：搜查潜望镜与侵犯潜望镜。前者是一根带有光学测距仪、热成像仪和组合式电子施舍办法及寰球定位系统的光电帆樯；后者顶端装有光学与激光测距仪。先进的传感器与精湛的兵戈，惟独通太高档一体化做战系统才略表现出攻防能力。

这类一体化的做战指示系统遵从盛开式系统计划的准绳，软件与硬件均实行了模块化计划，是以更合用于潜艇的多功能操控台。该系统较多地操纵现有商用手艺与系统工程及系统计划的接口准则，更为有益于该系统以后晋级。

（型潜艇剖视图）

支配性好，积极化程度高，艇员编制老练

A级潜艇线型是经由盘算水动力学探索，水动力特色获得优化而断定的，这类长宽比约为7的水点型线型具备优异的整体支配性。尤为是指示台围壳的形态也实行了优化计划，呈流线型，小巧而光顺。A级潜艇指示台围壳上的程度舵与装在尾部螺旋桨前方的X舵，造成的支配面有益于艇的灵敏性与支配性，进而能保证艇的航向与方位的稳固性。因其反转圆较小，且能马上改动潜深，是以在浅水海疆它还完备优异的灵敏性。

A级潜艇的主题指示舱（第2舱）位于舯部表层，前部是做战谍报主题，后部是手艺操控主题。两者间采取可挪移透亮隔板所分散，云云安排防止战略做战行动与操艇行动互相搅扰。做战谍报主题安设有7台多功能操控台，可向一体化声呐与兵戈管制系统供应人机界面。全艇平台齐集治理系统采取盛开式系统体制构造，全数供应输入的子系统都可融入此中。声传感器、自行飞翔治理系统及兵戈管制系统所获得的数据，经由积极挑选解析，并确认正当后，再显现于职掌员当前，供艇上指示员马上决议。

在手艺操控主题，装有新式潜艇齐集操控系统。该系统由盘算机、数据总线、传感器、指令安设、显控台和管制板构成。该系统将艇-机-舵的操控集于一身，由1名艇员在主题操控台上行使自控与遥控实行支配，可管制潜艇的潜深、航向、航速、纵倾和补重等参数与形态。操控进程全部积极化，艇上每班只要3人就可以平安操控全艇。

该型艇的尾部耐压分段（第4舱）为动力舱，首要包容与动力推动及操艇系统关系的系统征战（柴油机、发机电、推动机电及其辅机等）。该部位未设生计区，舱内系统征战的职掌均实行无人化。燃料电池舱（第3舱）的燃料电池系统的运行平安环境，也是积极监控的，在手艺操控室就可以远间隔启动、中止与监控该系统。

综上所述，该型艇的积极化程度较高，消沉了艇员的办事负荷，抬高了办事效率，直接致使艇员编制精简，仅为27人。

（、和型潜艇比较图）

级艇计划计划的首要攻破

主标准增大，排水量翻番，适居性改进

级潜艇的主标准有较大攻破，总长约90米，耐压壳体直径达8.1米，准则排水量在吨以上，是A级潜艇的2倍，可与寰球上最大的向例潜艇——日本“苍龙”级潜艇的排水量相媲美。固然排水量翻了一番，但航速却未减，依然坚持20节，自持力却补充到80天以上，这不能不说是一个急迫攻破。

艇员安设根基坚持稳固，该艇工做职责补充，但艇员编制更精简，惟独33人。采取3班轮番办事制，即每班只要11人就可以操控全艇。因整体标准变大而艇内空间相对宽广，是以艇内安排了双层船面，将艇分为上、中、下3层。艇前部不光设有自力的生计区与文娱区，还设有艇员健身房。艇上为33名艇员（包罗军官）设有10间住舱，均匀每间3人。别的，还为上艇大师、潜水员、培训艇员及特遣队队员设有5个铺位与16个一时铺位。在生计区与做战谍报主题之间设有一路耐压舱壁，将全艇区分红两个耐压舱，而A级艇则未设这类高强度舱壁。

声传感器功能巩固，声呐与兵戈管制系统一体化

级艇上当代声传感器，如带被迫测距功能的巩固型舷侧声呐基阵已调换进全艇声呐系统当中；昔时采取的艏部圆形基阵已被共形基阵所代替；艉部声呐基阵还具备探测潜艇伴流的功能。安设的海底导航系统，在水雷对立战中能供应有代价的音信。在做战谍报主题安设有7台多功能操控台，采取盛开式体制构造，不光便利集成供应音信输入的全数子系统，并且还可为声呐与兵戈管制系统供应更多职掌界面。

（型潜艇构造图）

光电探测征战先进，通讯系统功能雄壮

级艇上装有穿透式蔡司光电帆樯。该帆樯顶部装有高明晰度电视、红外摄像仪、激光测距仪及电子扶助办法征战，它们能向做战治理系统供应水面战神态势图象。专用无线电通讯室内会聚有模仿式、数字式及IP的通讯记号征战。指示台围壳内的百般天线能遮蔽上述全数系统的波段，包罗高频(HF)、超高频(UHF)、甚高频(VHF)、超短波(SHF)、极高频(EHT），卫星通讯（INMARSAT）及寰球定位系统（GPS）与敌我辨别系统（IFF）。其它，该艇拖曳的Collisto通讯浮标能在几个频带上保证通讯联结通顺。

柔性有用负载加多，施行多工做职责本事提高

所谓柔性有用负载，本质上即是面向不同职责可变幻的征战模块。级潜艇的柔性有用负载基于艇上可屡次变幻用处的空间：如位于手艺操控主题后部的竖向多用处室、表层修筑内的2个箱形模块（容器）以及多用处帆樯等。多用处室可计划为疗养室、会议室、附设住舱或施行谍报职责的无线电室；箱描述器为耐压容器，可用于承载鱼雷对立模块，亦可用来储蓄无人潜器。多用处帆樯也是一种耐压安设，该安设能餍足该艇开展非对称做战，或施行谍报、看守与侦探职责的特殊请求。其上可装有机枪、无人机或扶助电子施舍等军备电子征战。

该级艇拟承载的有用负载包罗：水雷模块、自立潜器坞站、潜水员舱、大型蛙人运送器、对陆侵犯导弹以及附加燃料舱（约补充9%的巡航续航力）。若上述根基模块计划评审经由，安设上艇则会提晋级潜艇的多职责做战本事。

（型潜艇剖视图）

动力系统抵达志向组合，推动功能与效率获得改进

级潜艇连续操纵德国西门子公司的永磁同步机电，由于它比功能参数类似的直流机电尺寸更小、分量更轻。其运行肃静、辐射噪声低及转速可无级调换等，这些长处在A/级艇上已获得充足考证。

该型艇动力系统的最大攻破之一，是用锂离子电池代替了保守的铅酸蓄电池。该艇装有2组锂离子蓄电池，为艇上生计负载与推动系统供应电力。该蓄电池改进了充电参数，扩张了储能容量，操纵寿命长达10年。在肃静行动期间，尤为是冲剌飞翔时，与类似规格容量铅酸蓄电池比拟，能显然抬高水下巡航续航力。行使4套柴油发机电组为锂离子电池充电，能使泄漏率降至2%。这即是说在水下巡航小时，惟独2小时上浮至潜望形态充电，这类泄漏率远低于平凡向例动力潜艇的泄漏率。

级潜艇志向的动力组合是锂离子蓄电池加之燃料电池AIP系统，这类动力组合不必通气管潜伏飞翔，可赓续28天。与A/级潜艇同样，质子相易膜燃料电池所需的液态氧装在液氧罐内，而级艇燃料电池所用的氢是用2台自力谋生式重整炉由甲醇制成的。螺旋桨叶片是用高阻尼特色的复合材料制成的。为保证螺旋桨空泡起码、伴流与推动功能优化，桨叶数目、形态及转速计划均很有严谨。

（崔为耀　著）