本文作者：大兵
日本海上自卫队最新服役的“大鲸”级潜艇已经取消了前型“苍龙”级上的“斯特林”发动机，改为锂离子电池来延长水下续航时间…
这一切的一切还要从常规潜艇AIP技术说起：
潜艇“AIP系统”，即Air Independence Propulsion，“不依赖空气推进”的缩写。
通常认为上世纪90年代建成的瑞典海军“哥特兰”级潜艇，是世界上第一批装备AIP动力的常规潜艇；但其实这项技术早就在研究了，和我们熟知的很多军事技术革新一样，点开潜艇“不依赖空气推进”这座科技树的，正是二战纳粹德国…
瓦尔特与V80
赫尔穆特·瓦尔特博士是一名德国机械工程师。1925年的时候，瓦尔特就为他设计的“闭式循环发动机”申请了专利；1934年，他向德国海军提交了以过氧化氢作为主要燃料，驱动涡轮发动机在水下达到30节的潜艇设计方案——当时的德国海军高层用“荒唐”两个字回复了瓦尔特…
▲潜艇在诞生之初的很长一段时间，就是一艘能潜水的简陋小船；图为一战时期的英国潜艇部队。
1937年，瓦尔特将自己修改过的方案交给了时任德国海军潜艇部队训练总监的卡尔·邓尼茨少将，引起了后者极大的兴趣；在邓尼茨的积极推动下，瓦尔特获准建造一艘小型实验潜艇——V80。
▲在第一次世界大战中，曾担任U艇艇长的邓尼茨中尉。
瓦尔特博士设计的“闭式循环发动机”，关键在过氧化氢，也就是俗称的“双氧水”。这是一种非常活泼的化学物质，高浓度的过氧化氢只要一点点催化剂或加热，就会发生爆炸式分解，产生大量的热、水蒸气和氧气——这就叫氧化还原反应。
▲曾一度火遍全网的“大象牙膏”实验，就是利用过氧化氢的反应。
潜艇在水下只能用电机驱动，就是因为没有可供发动机燃烧的氧气，这下好了，氧气还多出来了！以至于瓦尔特还要为他设计的涡轮机再添加单独的供油管道，向燃烧室内泵入一部分柴油将过氧化氢反应后产生的氧气进一步燃烧消耗掉，同时也提升了涡轮机的功率输出。
▲瓦尔特所设计涡轮机的工作示意图。
V80潜艇在试航中达到了28节的水下航速，这在当时简直是不可思议的，堪称潜艇中的“喷气机”！
▲V80是一艘小型试验潜艇，排水量只有50吨。
但是瓦尔特的“闭式循环发动机”技术也存在着诸多问题：高纯度的过氧化氢昂贵且不易合成，另外这种靠化学反应爆燃的做工方式，即便是在严格控制燃料比例的情况下，也存在着相当的威胁——哪怕只混入一点点杂质，发动机有可能爆炸！
最为关键的是，这种发动机在水下航行时过氧化氢的消耗量极大。以后来的实战型号ⅩⅦB潜艇为例：排水量415吨，搭载20吨柴油和55吨过氧化氢燃料，按水下25节的最高航速仅能满足123海里的航程...
▲德国ⅩⅦ型潜艇。
▲这种潜艇虽然服役，但未参加过实战；仅存的几艘战后被美、英等国瓜分，用于研究闭式循环发动机技术。
这注定了瓦尔特潜艇只适合在水下短时间暴走，没有长时间蛰伏等待猎物上钩的耐性！
但是和所有奇思妙想启迪了技术的进步一样，瓦尔特博士的研究虽然危险而不实用，但至少证明了热机在水下不依赖空气运转是可行的，关键是找个比过氧化氢脾气温和些的“伴侣”。
▲面对日益完善的空中反潜技术，潜艇的生存空间变得愈加恶劣...
“斯特林”发动机（SE/AIP）
纳粹德国战败投降后，流散出的黑科技不少，关于潜艇闭式循环发动机技术的研究就引起了很多国家的兴趣。
1968年，瑞典考库姆公司就从荷兰人手上购买了“斯特林”发动机再循环外燃机的专利技术，并在此基础上进一步完善，在70年代的时候就制造出了潜艇用“斯特林”发动机的陆上样机并进行了大量的测试。
▲瑞典是一个不著名的潜艇技术强国，图为上世纪五、六十年代装备瑞典海军的A-10型（上）和A-12型（下）潜艇。
1987年，隶属于瑞典海军的一艘“水怪”级潜艇交由考库姆公司改装了“斯特林”AIP发动机舱段，累计开展了约6000多小时的水下运行测试，这才为“哥特兰”级潜艇的诞生奠定了基础。
▲严格意义上来说，图中最下面这艘A-14“水怪”型潜艇才是第一艘“斯特林”AIP潜艇。
瑞典制造的“斯特林”发动机是一种V型4缸的外燃机，通过将以低温液态存储的氧气和柴油按燃烧比例混合后，泵入加压燃烧室来驱动曲轴旋转做功，由此带动发电机为潜艇在水下的航行和艇上设备供电。燃烧产生的废气则通过海水喷淋冷却后排出艇外，从而构成一套不需要浮出水面换气/充电的“闭式循环”。
▲瑞典造潜艇“斯特林”发动机的结构示意图。
▲从外面来看封闭的燃烧室像是一个“小锅炉”...
▲其实这个发动机的尺寸很小！
注意：这种AIP系统只是在常规潜艇的基础上加入了一节“斯特林”发动机循环舱段，仅仅是作为辅机——常规潜艇上必备的柴油主机、发电机和蓄电池舱依旧在。
因为2台“斯特林”发动机的总功率也不过才150千瓦，持续运转功率为130千瓦，其中供潜艇设备和生活用电的至少需75千瓦，剩下的55千瓦只能保证潜艇以5节的低速潜行——在需要进行大范围机动的时候还是要靠通气管和柴油机咆哮起来。
▲第一艘制式装备“斯特林”发动机的瑞典A-19型“哥特兰”级潜艇，及其尾部的AIP动力舱段特写。
不过仅仅是延长低速下的水下续航时间，战术意义已经不得了：
像“哥特兰”级这样水下排水量2000吨级的潜艇，2台闭式循环的辅机所携带的液氧，足以支撑潜艇以5节航速在水下持续航行2周不用浮上水面；这相当于1600海里的航程——事实上潜艇也不可能在这么大的范围内一直被水面和空中反潜活动压得抬不起“头”来。这区区5节的“不依赖空气航行”已经大大拓展了常规潜艇的静音潜航时间，所带来的是水下无声无息的隐蔽杀机！
那么问题来了：潜艇就不能携带功率更大的“斯特林”发动机，甚至完全取代传统的柴油主机吗？
这个有点复杂的问题，结合另外几种AIP动力的特点，下一篇来详细解释…
（未完待续）
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