揭秘日本海自三型潜艇的动力系统​

●“亲潮”级

“亲潮”级的主机构成与海自最后一种水滴形潜艇“春潮”级基本相同，只是由于采用雪茄型船型，艇体结构增大，对柴油机和主蓄电池进行了改进。同时，艇上设备的自动化也减少了人员配置。

主机为两台川崎12V25/25S型柴油机（单台2700马力）和一台主电动机（5700千瓦/直流），单轴推进。

12V25是川崎重工独立研制的12缸V型4冲程柴油机，采用排气涡轮增压和机械驱动增压两级增压系统。该型柴油机取代了海自从“大潮”级以来一直长期使用到“夕潮”级的V8V24系列柴油机，首次装备的是“春潮”级潜艇。

“亲潮”级通过降低电动机转速、各种机械设备采用双重减震结构等措施以求降低噪音。推进器与“春潮”级一样，采用7叶大倾斜螺旋桨。

“亲潮”级大幅提升了主机自动化水平，具备远程操作能力，可在指挥中心进行柴油机的启动和停车、通气管运行、纵倾平衡水舱的注排水操作、鱼雷发射管的注排水操作等，因此，不必像之前的潜艇那样，在后部机舱和电动机室配置人员。

“亲潮”级的主机为两台川崎12V25/25S型柴油机（单台2700马力）和一台主电动机（5700千瓦/直流），单轴推进

●“苍龙”级

“苍龙”级是海自第一种采用斯特林发动机的实用化AIP潜艇。其中第11和第12号艇作为向“大鲸”级的过渡，搭载了锂离子电池，替代了前期同型艇的斯特林发动机和铅酸电池。

1-10号艇的推进方式为2台川崎12V25/25SB型柴油机（单台2700马力）、4台川崎/考库姆4V-275RMKIII型斯特林发动机（单台88马力）、1台主电动机（5900千瓦/交流）组成的“柴油机+斯特林AIP+锂电池”的动力组合，单轴。

12V25/25SB型柴油机是“亲潮”级搭载的12V25/25S的派生型号，性能基本相同。

4V-275R MKIII 斯特林发动机是引进瑞典考库姆公司技术，由川崎公司按照许可证生产，与之配套的液氧贮藏·供给装置、排气装置等相关设备，则是由日本独立研制。

2000年，海自对服役仅三年的“春潮”级的最后一艘“朝潮”号进行了旨在试验斯特林发动机的改装，在“朝潮”号艇体舯部插入了一个9米长的AIP舱段，搭载4V-275R MKII型斯特林发动机和相关设备，进行运用试验。“苍龙”级搭载的斯特林AIP就是此项运用试验的成果。

海自在“苍龙”级之前的潜艇主电动机，一直使用的是直流电动机，“苍龙”级采用了新研制的交流永磁电动机。与直流电动机相比，交流电动机没有电刷和换向器，具有调速时不需要机械操作等多项优势。

“苍龙”级第11和第12号艇作为向“大鲸”级的过渡，搭载了锂离子电池，替代了前期同型艇的斯特林发动机和铅酸电池

●“大鲸”级

“大鲸”级的主机为2台柴油机、1台主电动机组成“柴油+锂电池”的动力组合，单轴推进，用锂离子电池取代了传统的铅酸电池。国内曾有推测认为“大鲸”级采用了泵推，但从目前公布的照片来看，推进器仍然是七叶大倾斜螺旋桨。

1997年，当时的日本防卫厅开始着手研究潜用锂离子电池技术，2017年由GS汤浅株式会社投入量产，2018年8月开始交付给海自，首先搭载在“苍龙”级的第11和第12号艇上。

根据GS汤浅株式会社的资料显示，潜用锂离子电池组的顶部是测量单电池电压和温度的监控单元，下方10个单电池呈2列5层上下排列配置，尺寸与海自此前使用的铅酸电池基本相同。正极材料使用钴酸锂，负极材料为碳。

锂离子电池的最大特性是具有较高的能量密度，可以达到铅酸电池的2倍以上，因此水下续航力大大超过使用斯特林AIP+铅酸电池的“苍龙”级早期型号。而且锂电池具有放电稳定的特性，快速大功率放电时不会像铅酸电池那样电池容量急剧减少，也不会产生氢气。有资料显示，“苍龙”级早期型号（搭载AIP系统和铅酸电池）如果用铅酸电池以20节航速潜航，2小时就会将电量耗尽（航行约74公里）。而根据相关分析，“大鲸”级用锂电池以16节航速潜航时，可以连续潜航37小时（航行约1110公里）。

锂电池的另一个特性是充电效率快，可以比铅酸电池更快地充满电。日本防卫省在2010~2015财年进行了“通气管发电系统”的研究，这个研究项目是结合锂电池的特性，研制功率更高的柴油机和效率更高的新型通气管装置。以“苍龙”级的早期型号为例，一般来说，为了减少被敌方反潜力量发现的风险，潜艇在上浮充电时每次只充电池总容量的1/3~1/4，据有关资料显示，“苍龙”级早期型号使用铅酸电池对应的充电时间为100分钟。也就是说，如果要完全充电，潜艇需要连续5~6个小时处在通气管或水面状态，这无疑有很大的风险。而锂电池快速充电的特性，可以大大减少暴露的风险。目前，民用锂电池的充电速度可以达到铅酸电池的8-10倍，以此标准推算，“大鲸”级将锂电池完全充满的时间可能会在2-3小时（考虑到锂电池的能量密度较高，而且取消AIP相关装置节省的空间可以搭载更多的锂电池，因此“大鲸”级上电池组的总容量无疑要远高于“苍龙”早期型和“亲潮”级），换言之，充电1/3-1/4的时间可由原来的100分钟减少到10-15分钟，大大减少了被发现的风险。

“大鲸”级的主机为2台柴油机、1台主电动机组成“柴油+锂电池”的动力组合，单轴推进，用锂离子电池取代了传统的铅酸电池。

不过，或许是受到预算限制，“大鲸”级的首艇“大鲸”号目前并没有装备新型通气管。海自计划从“大鲸”级4号艇开始装备新型通气管。也有消息说，“大鲸”级后续艇的水下功率将会比1号艇“大鲸”号的6000马力大，估计将会达到8000马力。

此前海自潜艇的推进器，也就是螺旋桨，均使用金属材质。从“大鲸”级开始采用复合材料。目前，部分商船上已经采用了重量轻、效率高的碳纤维复合材料（CFRP）材质螺旋桨叶片技术，潜艇上使用复合材料螺旋桨，将有助于减少震动和降低噪音。

文章内容摘选自《兵工科技》2022年第11期，原文作者：云海天。