趙 軍, 單曉亮

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氫氧能源在魚雷動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用途徑與前景展望

趙 軍, 單曉亮

(海軍工程大學(xué) 兵器工程系, 湖北 武漢, 430033)

氫氧能源是魚雷能源最具發(fā)展?jié)摿Φ姆较蛑?。結(jié)合現(xiàn)代魚雷發(fā)展趨勢(shì), 提出了氫氧能源在魚雷熱動(dòng)力系統(tǒng)和電動(dòng)力系統(tǒng)上的應(yīng)用途徑, 并在效率、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)這2種應(yīng)用途徑進(jìn)行了比較, 討論了這2種應(yīng)用途徑均面臨的問題——?dú)錃夂脱鯕獾闹迫》椒? 最后對(duì)采用氫氧能源動(dòng)力系統(tǒng)的安全和調(diào)節(jié)問題進(jìn)行了分析。由分析可知, 氫氧能源動(dòng)力系統(tǒng)不僅可以提高魚雷的航速、航程和適應(yīng)大的航深變化, 而且可以改善魚雷的隱身性和可靠性, 具有廣闊的發(fā)展前景。

魚雷; 氫氧能源; 動(dòng)力系統(tǒng); 氫氣; 氧氣; 制取方法

0 引言

魚雷在反潛領(lǐng)域擁有不可替代的地位, 但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 潛艇的航速不斷提升, 現(xiàn)代潛艇的航速已達(dá)40 kn左右[1], 魚雷航速需達(dá)到60 kn左右才能有效對(duì)抗。同時(shí), 對(duì)魚雷航行深度的要求也隨著潛艇航深的不斷增加而逐漸提高。另外, 魚雷發(fā)射艇戰(zhàn)斗行動(dòng)的基本原則之一是快速反應(yīng), 力爭先敵發(fā)現(xiàn), 先敵機(jī)動(dòng), 奪取攻防行動(dòng)的主動(dòng)權(quán)和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì), 潛用魚雷的航程應(yīng)與發(fā)射艦艇探測距離相適應(yīng), 努力實(shí)現(xiàn)在盡量遠(yuǎn)的距離上發(fā)射魚雷, 至少也應(yīng)在目標(biāo)聲納有效探測距離之外發(fā)射魚雷, 一方面可以保證發(fā)射艇的安全, 另一方面可領(lǐng)先發(fā)射魚雷, 達(dá)到先機(jī)制敵、保護(hù)自身的目的。再者, 隨著聲納技術(shù)和反魚雷技術(shù)的發(fā)展, 魚雷隱身已成為關(guān)系到魚雷作戰(zhàn)效能的重要問題。目前提高魚雷隱身的主要途徑是降低魚雷噪聲, 低噪聲不僅可以提高魚雷的隱身性, 還可以提高魚雷制導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)引精度和作用距離。正是基于以上考慮, 當(dāng)今魚雷發(fā)展的幾個(gè)重點(diǎn)就是高航速、大航深、遠(yuǎn)航程和高隱身性。在動(dòng)力系統(tǒng)方面, 為實(shí)現(xiàn)大航深可采取閉式循環(huán)的熱動(dòng)力系統(tǒng)或電動(dòng)力系統(tǒng); 為提高魚雷隱身性亦可采用電機(jī)推進(jìn)或低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī); 為實(shí)現(xiàn)高航速遠(yuǎn)航程, 可以采取的措施很多, 其中之一就是使用高能量密度的能源。氫氧能源作為一種新型能源, 因其能量密度高、無腐蝕性而得到了日益重視。同時(shí), 由于氫氧能源系統(tǒng)不受背壓影響和零排放, 避免了航深變化對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的影響。本文從氫氧能源的應(yīng)用途徑、氫氣(H2)和氧氣(O2)的制取以及其他關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行了分析, 探討了氫氧能源在魚雷上應(yīng)用的可能性。

1 氫氧能源的應(yīng)用途徑

氫氧能源的2個(gè)組元分別是H2和O2。一般來說, H2和O2產(chǎn)生能量的形式有2種: 一是H2和O2的直接燃燒反應(yīng), 這種反應(yīng)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能; 一是將H2和O2分別通入燃料電池的陽極和陰極進(jìn)行電離反應(yīng), 這種反應(yīng)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。H2和O2產(chǎn)生能量的2種形式直接導(dǎo)致了氫氧能源在魚雷上2種不同的應(yīng)用途徑。

1.1 氫氧能源在熱動(dòng)力魚雷上的應(yīng)用

如果采用H2和O2產(chǎn)生能量的第1種形式, 則必須采用熱機(jī)來利用H2和O2反應(yīng)產(chǎn)生的熱能, 如此便產(chǎn)生了利用氫氧能源的熱動(dòng)力魚雷。圖1是一種利用氫氧能源的熱動(dòng)力系統(tǒng), 其工作原理: H2發(fā)生器依靠某種物質(zhì)與水(H2O)反應(yīng)產(chǎn)生H2, 同時(shí)釋放出大量熱量, 使得進(jìn)入H2發(fā)生器的液態(tài)水吸熱變成水蒸氣。O2發(fā)生器產(chǎn)生的O2與H2一同進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒反應(yīng), 燃燒產(chǎn)物為H2O, 并釋放出大量熱量。燃燒反應(yīng)生成的H2O和由H2發(fā)生器產(chǎn)生的蒸氣吸收燃燒熱, 變成過熱水蒸氣, 進(jìn)入渦輪機(jī)做功, 將熱能轉(zhuǎn)換成推動(dòng)魚雷前進(jìn)所需要的機(jī)械能。由渦輪機(jī)出來的低溫低壓水蒸氣(稱為廢氣)被冷凝成液態(tài)水, 通過水泵輸送到氫氣發(fā)生器中參與制氫, 從而實(shí)現(xiàn)了閉式循環(huán)。為減少能量損失, 在液態(tài)水進(jìn)入H2發(fā)生器前, 液態(tài)水吸收了廢氣的部分熱量。

魚雷一般采用軸流式部分進(jìn)氣短葉片沖動(dòng)式渦輪機(jī)。采用軸流式可以簡化渦輪機(jī)結(jié)構(gòu), 減小渦輪機(jī)的體積和重量, 便于渦輪機(jī)在魚雷內(nèi)部布置。魚雷渦輪機(jī)的工質(zhì)秒耗量較低, 但進(jìn)入工作葉片通道內(nèi)的氣體流速很大(一般為超音速), 由連續(xù)方程知, 渦輪級(jí)通流部分的總截面積必然很小, 因而采用短葉片。同時(shí), 由于氣體的秒流量小, 如果實(shí)行全周進(jìn)氣, 勢(shì)必使單個(gè)噴嘴的高度過小, 從而使噴嘴的損失急劇增加, 嚴(yán)重影響渦輪機(jī)的效率, 為提高噴嘴高度而改善渦輪機(jī)的工作質(zhì)量, 必須采用部分進(jìn)氣。再者, 為保證葉輪安全運(yùn)轉(zhuǎn), 工作葉片和機(jī)殼之間的間隙是必需的, 如果采用反力式葉片, 因葉輪前后有壓差, 故會(huì)通過徑向間隙產(chǎn)生漏氣, 且葉片越短, 相對(duì)漏氣量越大, 從而使得渦輪機(jī)效率下降, 所以為保證渦輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性, 通常采用沖動(dòng)式葉片。另外, 根據(jù)工質(zhì)能量的實(shí)際轉(zhuǎn)換效果和對(duì)魚雷戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的要求, 可采用單級(jí)或多級(jí)渦輪機(jī)。

圖1 使用氫氧能源的魚雷熱動(dòng)力系統(tǒng)

渦輪機(jī)雖然具有極大的功率潛力, 但是其對(duì)背壓敏感, 因此最好采用閉式循環(huán)熱動(dòng)力。而圖1所示系統(tǒng)正是一種閉式循環(huán)。另外, 由于渦輪機(jī)自身的平衡性能良好, 有利于降低動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲。

1.2 氫氧能源在電動(dòng)力魚雷上的應(yīng)用

如果采用H2和O2產(chǎn)生能量的第2種形式, 則需要用電機(jī)來實(shí)現(xiàn)由電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。圖2是一種利用氫氧能源的電動(dòng)力系統(tǒng), 其工作原理: H2發(fā)生器產(chǎn)生的H2和O2發(fā)生器產(chǎn)生的O2分別通到燃料電池的陽極和陰極, 在電離反應(yīng)的作用下產(chǎn)生電流, 將輸送至推進(jìn)電機(jī)使之運(yùn)轉(zhuǎn), 驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器工作。在燃料電池產(chǎn)生電流的同時(shí), 在陽極或陰極(由采用的電解質(zhì)決定)會(huì)生成H2O, 其中包含部分水蒸氣。這些水可經(jīng)水泵輸送到H2發(fā)生器中用于生成H2。

圖2 使用氫氧能源的魚雷電動(dòng)力系統(tǒng)

依據(jù)目前燃料電池的發(fā)展水平, 可利用氫氧能源的燃料電池有很多種, 根據(jù)其使用的電解質(zhì)的不同, 分別有質(zhì)子交換膜燃料電池(proton ex-change membrane fuel cell, PEMFC)、堿性燃料電池(alkaline fuel cell, AFC)、磷酸燃料電池(phos- phoric acid fuel cell, PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(molten carbonate fuel cell, MCFC)和固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell, SOFC)。但PAFC, MCFC和SOFC是適于工作在高溫環(huán)境(200℃以上)的燃料電池, 并且燃料電池排放的高溫氣體只有被渦輪機(jī)利用(即底循環(huán)), 才能使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮較高的效率。鑒于魚雷電池艙還要安裝其他組件(比如接線盒、穿艙電纜等), 考慮到高溫對(duì)各電子組件和密封件性能的影響, 以及受魚雷內(nèi)部空間限制, 不便于布置底循環(huán)所用的渦輪機(jī), 故PAFC, MCFC和SOFC不適合用作魚雷燃料電池, 而PEMFC和AFC是低溫燃料電池, 并且具有更高的最大理論效率, 故可考慮用作魚雷燃料電池。

PEMFC的電解質(zhì)由離子導(dǎo)電聚合物構(gòu)成。聚合物中的可移動(dòng)離子是H＋(質(zhì)子), 可在低溫的條件下工作, 因此PEMFC具有低溫快速啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。另外, 由于該電解質(zhì)可以制成非常薄的膜(低于50 μm), 所以電池結(jié)構(gòu)非常緊湊。同時(shí)由于不使用腐蝕性液態(tài)電解質(zhì), 電池可在任何方位、角度運(yùn)行。H2和O2分別在PEMFC的陽極和陰極的發(fā)生如下反應(yīng)。

AFC的電解質(zhì)是一種堿性溶液。氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液, 以其成本低、易溶解、腐蝕性低等優(yōu)點(diǎn), 成為AFC的首選電解質(zhì)。AFC的優(yōu)點(diǎn)是陰極活化過電壓低, 每個(gè)堿性電池的工作電壓可以高達(dá)0.875 V, 明顯高于其他燃料電池的工作電壓; 因?yàn)锳FC所用的電解質(zhì)成本很低, 并且其電極, 尤其是陰極, 可以由非貴金屬材料制成, 所以AFC的成本比其他燃料電池成本低很多。H2和O2分別在AFC的陽極和陰極發(fā)生如下反應(yīng)。

具體采用哪種燃料電池, 應(yīng)從魚雷動(dòng)力系統(tǒng)功率要求、分配給燃料電池的空間大小, 以及燃料電池系統(tǒng)本身的復(fù)雜性、安全性、可靠性、維修性等方面加以綜合考慮。但不管采用哪種燃料電池, 其總反應(yīng)式均是相同的, 即

1.3 2種應(yīng)用途徑的對(duì)比

文獻(xiàn)[2]給出了使用氫氧能源的燃料電池最大理論效率與熱機(jī)最大理論效率(卡諾循環(huán)熱效率)的對(duì)比曲線, 如圖3所示。

圖3 燃料電池最大效率與卡諾循環(huán)效率對(duì)比曲線

由圖3可知, 由于燃料電池直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能, 因而其效率通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱機(jī)效率。另外, 燃料電池結(jié)構(gòu)中只有極少數(shù)的運(yùn)動(dòng)部件, 所以與熱機(jī)相比, 燃料電池具有更好的可靠性和安靜性, 這正是魚雷動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)非常值得重視的技術(shù)指標(biāo)。還需指出的是, 燃料電池允許在功率(由燃料電池尺寸決定)和容量(由燃料存儲(chǔ)尺寸決定)之間隨意縮放, 其可以在數(shù)瓦級(jí)和兆瓦級(jí)之間實(shí)現(xiàn)大范圍的應(yīng)用, 這樣就便于根據(jù)魚雷動(dòng)力系統(tǒng)的功率需求和魚雷的內(nèi)部空間對(duì)燃料電池結(jié)構(gòu)作出方便的調(diào)整。

從上述分析來看, 利用氫氧能源的電動(dòng)力魚雷應(yīng)較利用氫氧能源的熱動(dòng)力魚雷在效率上更具有優(yōu)勢(shì)。然而, 燃料電池也存在一些不足。首先, 燃料電池的成本高, 正因?yàn)榇? 燃料電池只在幾個(gè)特殊的領(lǐng)域(如航天飛行器上)具有經(jīng)濟(jì)競爭力; 其次, 燃料電池的體積功率密度通常低于熱機(jī)的體積功率密度; 再者, 我國在燃料電池方面的研究和商業(yè)化生產(chǎn)還處于非常落后的階段, 短時(shí)間內(nèi)難以生產(chǎn)出適于魚雷使用的氫氧燃料電池, 而在魚雷燃燒室和魚雷渦輪機(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和使用方面已積累了相對(duì)較多的經(jīng)驗(yàn)。

2 氫氧能源的供應(yīng)

不論是采用上文提到的2種應(yīng)用途徑中的哪一種, 均需要為魚雷動(dòng)力系統(tǒng)提供H2和O2, 下面將分別討論H2和O2的制取方法。

2.1 H2的制取方法

結(jié)合目前制氫技術(shù)的發(fā)展水平和魚雷動(dòng)力系統(tǒng)的特殊要求, 在魚雷上具有較大應(yīng)用可能性的制氫技術(shù)有2種: 金屬置換制氫和金屬氫化物制氫[3]。

金屬置換制氫是利用活潑金屬與水反應(yīng), 將水中的氫原子以H2的形式置換出來。部分常見金屬與水反應(yīng)的能量密度如表1所示[4]。

表1 部分金屬水反應(yīng)燃料能量密度

表中所列金屬中, Be和B的能量密度較高, 但因較為活潑且有一定毒性, 故一般不考慮其作為制氫的原料。Mg和Li的體積密度過低, 通常也不考慮將其作為魚雷動(dòng)力系統(tǒng)的制氫原料。一般選擇Al與H2O反應(yīng)來制取H2。Al具有較高的體積能量密度, 且存放穩(wěn)定無毒, 資源豐富, 成本較低, 其與水反應(yīng)制取H2的反應(yīng)式為

但在反應(yīng)啟動(dòng)前, Al的表面就存在著一層Al2O3, 這直接導(dǎo)致最初的反應(yīng)就難以進(jìn)行, 即使反應(yīng)開始后, Al與H2O的反應(yīng)產(chǎn)物Al2O3仍能牢固地附著在Al的表面, 從而阻礙了反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。文獻(xiàn)[5]中介紹了一種漩渦燃燒器, 通過該燃燒器可以解決反應(yīng)啟動(dòng)難和持續(xù)難的問題, 從而為Al與H2O制氫技術(shù)的推廣奠定了基礎(chǔ)。

另外一種制氫技術(shù)是金屬氫化物制氫, 即通過金屬氫化物與水反應(yīng)制取H2。具有儲(chǔ)氫作用的金屬氫化物按結(jié)構(gòu)可分為3類: 儲(chǔ)氫合金、離子氫化物和配位氫化物。而硼氫化鈉(NaBH4)是最重要的一種配位硼氫化物, 其與H2O反應(yīng)可以生成H2, 反應(yīng)式為

因?yàn)镹aBH4的水溶液很穩(wěn)定, 所以上述反應(yīng)一般需要加入催化劑才能進(jìn)行, 因此該反應(yīng)的可控性比較好; 另外, NaBH4的水溶液不易燃(固態(tài)NaBH4是易燃的), 儲(chǔ)運(yùn)和使用安全; 在空氣中可穩(wěn)定存在數(shù)月, 為提高其穩(wěn)定性, 可添加約3％的氫氧化鈉; 反應(yīng)產(chǎn)物只有H2一種氣體, 且純度高, 不需純化即可作為燃料電池的原料, 因不含CO, 不會(huì)引起電極催化劑中毒; 如果系統(tǒng)溫度高于常溫, 那么H2O就會(huì)蒸發(fā)并與H2混合, 這非常有利于PEMFC的工作。

圖4所示是一種利用NaBH4溶液的制氫系統(tǒng), 其工作原理: 將NaBH4溶液裝在橡膠袋內(nèi), 靠橡膠袋外側(cè)的擠代液將其擠出, 通過水泵輸送到裝有催化劑的反應(yīng)器內(nèi)。在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生如式(3)所示的反應(yīng), 產(chǎn)生的H2通入到燃料電池的正極板, 反應(yīng)后的廢液進(jìn)入橡膠袋的外側(cè)空間, 一方面及時(shí)填充因NaBH4溶液的消耗而減小的空間, 有利于避免魚雷質(zhì)心的明顯變化; 另一方面可以充當(dāng)擠代液, 將NaBH4溶液繼續(xù)擠出橡膠袋。

圖4 利用NaBH4溶液的制氫系統(tǒng)

2.2 O2的制取方法

由于魚雷在水下航行, 其內(nèi)部空間完全與外界隔絕, 不能利用空氣中的O2, 因此必須采用化學(xué)法來制氧。化學(xué)法制氧時(shí), 常用富氧化物作為氧源。常見的氧源有堿金屬氯酸鹽、過氯酸鹽以及堿金屬和堿土金屬的過氧化物、超氧化物兩大類。堿金屬和堿土金屬的過氧化物、超氧化物很容易與環(huán)境中的濕氣發(fā)生反應(yīng), 不易在雷內(nèi)儲(chǔ)存, 且價(jià)格較堿金屬氯酸鹽、過氯酸鹽昂貴, 又因?yàn)閴A金屬過氯酸鹽的有效氧含量較氯酸鹽的高, 所以通常選擇堿金屬過氯酸鹽作為魚雷動(dòng)力系統(tǒng)的氧源。

常見的堿金屬過氯酸鹽有LiClO4, KClO4和NaClO4, 其中LiClO4有效氧含量最高, 達(dá)60.1％, 故目前行業(yè)內(nèi)均傾向于將LiClO4作為氫氧魚雷動(dòng)力系統(tǒng)的氧源。利用LiClO4制氧的化學(xué)反應(yīng)式為

為保證反應(yīng)啟動(dòng), 需要在O2發(fā)生器中增加啟動(dòng)劑。在反應(yīng)的初始時(shí)刻, 啟動(dòng)劑被點(diǎn)燃, 其產(chǎn)生的熱量促使制氧反應(yīng)進(jìn)行, 因?yàn)橹蒲醴磻?yīng)是放熱反應(yīng), 故反應(yīng)一經(jīng)開始便能自持進(jìn)行下去。為防止反應(yīng)溫度過高而導(dǎo)致生成Cl2的副反應(yīng)發(fā)生, 可在配方中加入少量的抑氯劑和催化劑。生成的O2需經(jīng)過純化處理方能送到燃料電池的陰極。

3 其他關(guān)鍵問題

3.1 H2和O2的安全問題

在所有氣體中, H2分子量最小, 平均分子速率最大, 粘度與密度也為最小, 這直接導(dǎo)致H2通過小孔泄漏的幾率比其他任何氣體要高。另外, H2是易燃易爆氣體, 按可燃?xì)怏w的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類屬于甲類, 且爆炸濃度范圍較大。動(dòng)力系統(tǒng)中的H2輸送管道也存在一定的危險(xiǎn)性, 因?yàn)樵诟邏鹤饔孟? H2能滲透到金屬的碳素中, 使儲(chǔ)存艙和輸送管道的塑性和強(qiáng)度急劇下降, 導(dǎo)致儲(chǔ)存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)的損壞, 從而引發(fā)泄漏。同時(shí), 泄漏的高壓H2高速噴出時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電, 當(dāng)靜電荷達(dá)到一定值時(shí)便會(huì)引發(fā)火災(zāi)或爆炸。此外, H2的帶電性致使H2儲(chǔ)存艙的出口處及輸送管道處易發(fā)生靜電積聚放電現(xiàn)象, 這會(huì)成為H2火災(zāi)爆炸事故的隱患, 故必須對(duì)H2儲(chǔ)存艙及輸送管道可靠接地。所以, 針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)中H2的供應(yīng)系統(tǒng), 其安全防范的重點(diǎn)是防泄漏和防靜電。

O2雖然本身不可燃, 但是良好的助燃劑, 且純度愈高, 氧化性愈強(qiáng), 而輸送O2的管道材質(zhì)一般是碳素鋼或不銹鋼, 屬可燃性材料, 當(dāng)O2被急劇壓縮, 或受外界熱源影響, 或受靜電感應(yīng), 就會(huì)發(fā)生爆燃。另外, 高速流動(dòng)的O2與油脂摩擦也會(huì)發(fā)生爆炸, 所以O(shè)2管道及配件在安裝前必須進(jìn)行脫脂處理, 以便把管道及其配件中的油脂清洗干凈。重要裝置的零件和操作所用的工具以及充氣接頭等要定期用專用溶劑清洗。魚雷上重要部位尤其是接觸氧氣的部位只能用專用的潤滑脂。

H2和O2雖然具有一定的危險(xiǎn)性, 但這種危險(xiǎn)不足以過于恐懼, 因?yàn)樯钪杏泻芏嗳剂暇哂蓄愃频奈ｋU(xiǎn)性, 比如天然氣、甲烷等。只要在操作車間、輔助設(shè)備、工具等各方面達(dá)到安全要求, 嚴(yán)格按照安全規(guī)程操作, 就完全能保證氫氧動(dòng)力系統(tǒng)的安全使用。俄羅斯O2魚雷幾十年來的安全使用實(shí)踐就是最好的證明。

3.2 動(dòng)力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)問題

現(xiàn)代魚雷多為多速制大航深魚雷, 意味著魚雷在航行過程中會(huì)發(fā)生換速和變深。為實(shí)現(xiàn)魚雷換速和變深的目的, 需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)工況作出相應(yīng)的變化。因?yàn)槭褂脷溲跄茉吹臒釀?dòng)力系統(tǒng)和電動(dòng)力系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán), 故動(dòng)力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要針對(duì)換速問題。

對(duì)于采用渦輪機(jī)的氫氧熱動(dòng)力系統(tǒng), 主要通過調(diào)節(jié)噴嘴喉部面積和進(jìn)氣壓力來實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)輸出功率的變化。調(diào)節(jié)噴嘴進(jìn)氣壓力可實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)的無級(jí)變速, 但速度大范圍變化時(shí), 經(jīng)濟(jì)性損失較大, 因此, 在進(jìn)行速度大跨度變化時(shí), 最好采用調(diào)節(jié)噴嘴喉部面積的方法。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的H2和O2的流量來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)渦輪機(jī)噴嘴進(jìn)氣壓力。

對(duì)于氫氧電動(dòng)力系統(tǒng), 可通過接觸器實(shí)現(xiàn)2組燃料電池的串、并聯(lián)狀態(tài)的切換來實(shí)現(xiàn)魚雷高、低速制的切換。

4 結(jié)束語

氫氧能源作為一種新型能源, 在魚雷上具有巨大的應(yīng)用潛力, 其在魚雷上的成功應(yīng)用不僅可以提高魚雷的航速、航程，而且可以改善魚雷的隱身性和可靠性, 同時(shí)采用該能源的動(dòng)力系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)大航深, 對(duì)提高魚雷的戰(zhàn)斗力具有顯著的作用。一種新型能源在魚雷上的應(yīng)用需要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行綜合考慮, 因此, 氫氧能源在魚雷上的應(yīng)用不能僅僅考慮動(dòng)力系統(tǒng)方面的可能性, 而應(yīng)與其他分系統(tǒng)(如控制系統(tǒng)、自導(dǎo)系統(tǒng)、總體設(shè)計(jì)等)的設(shè)計(jì)相結(jié)合, 還要充分考慮到部隊(duì)保障的簡便性、可維修性和可靠性等諸多方面的因素, 所以氫氧能源在魚雷上的應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。長期以來, 我國在魚雷設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn), 并擁有深厚的技術(shù)儲(chǔ)備, 因此實(shí)現(xiàn)該能源在魚雷上的應(yīng)用仍具有較強(qiáng)的可行性。

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Applications and Prospect of Hydrogen-Oxygen Energy in Torpedo Power System

ZHAO Jun, SHAN Xiao-liang

(Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

Hydrogen-oxygen energy is one of the most potential energy to a torpedo. According to development trend of a torpedo, applications of hydrogen-oxygen energy to torpedo′s thermal power system and electric power system are discussed and compared in efficiency, reliability and cost. The generation methods of hydrogen and oxygen are introduced. And the security and adjustability of the torpedo power system with hydrogen-oxygen energy are analyzed. Conclusion is drawn that the hydrogen-oxygen energy power system will be further developed because it can improve torpedo′s speed, range, running depth, stealth, and reliability.

torpedo; hydrogen-oxygen energy; power system; hydrogen; oxygen; generation method

TJ630. 32

A

1673-1948(2011)04-0290-05

2011-05-09;

2011-07-06.

趙 軍(1967-), 男, 碩士, 副教授, 研究方向?yàn)樗潞叫衅骺傮w技術(shù).

(責(zé)任編輯: 陳 曦)