亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        核動(dòng)力在深海領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

        2021-10-28 06:32:24仝潘鄒文天肖友軍張萬良
        能源與環(huán)境 2021年5期
        關(guān)鍵詞:核動(dòng)力堆芯核潛艇

        仝潘 鄒文天 肖友軍 張萬良

        (1 中國船舶科學(xué)研究中心 江蘇無錫 214082 2 深海載人裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇無錫 214082)

        0 引言

        我國有300 萬km2的領(lǐng)海面積,海洋資源極其豐富,具有重要的經(jīng)濟(jì)、科研、軍事等價(jià)值[1]。2016 年5 月30 日于北京召開的“全國科技創(chuàng)新大會(huì)”上,習(xí)近平總書記提出深海戰(zhàn)略的“三部曲”:深海進(jìn)入、深海探測(cè)、深海開發(fā)。

        由于核動(dòng)力具有不依賴空氣,一次裝料可工作較長時(shí)間,并且能夠產(chǎn)生較大的功率等特點(diǎn),自1954 年全世界第一艘核潛艇“鸚鵡螺”號(hào)服役以來,多個(gè)國家將其用于潛艇動(dòng)力[2]。隨著人類對(duì)海洋研究、利用的不斷深入,深海成為核動(dòng)力重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

        1 國外深海核動(dòng)力發(fā)展概況

        在深海核動(dòng)力領(lǐng)域,包括日本、法國在內(nèi)的發(fā)達(dá)國家提出了多種方案[3]。然而,目前只有美國和前蘇聯(lián)/俄羅斯完成了深海核動(dòng)力深潛器的設(shè)計(jì)和建造,在深海領(lǐng)域開展了大量工作。

        1.1 美國

        根據(jù)公開資料[4],目前美國至少建造了一艘核動(dòng)力深潛器NR-1,如圖1 所示。美國NR-1 型深潛器于1967 年10 月10日開始建造,1969 年1 月25 日下水,同年10 月27 日服役,并在2008 年11 月21 日退役。

        圖1 NR-1 核動(dòng)力深潛器

        NR-1 型深潛器水上排水量365.5 t,水下排水量393 t,長44.44 m,寬3.7 m,下潛深度915 m。深潛器定員7~8 人,實(shí)際攜帶13 人。NR-1 水下航速很低,僅有4 節(jié),因此需要用其他水面船只或核潛艇將其拖拽到作業(yè)地點(diǎn),最高的拖拽航速為6節(jié)。NR-1 采用汽輪機(jī)-電力推進(jìn),深潛器前后都裝有推進(jìn)器,因此能在水下轉(zhuǎn)彎、盤旋和側(cè)偏。其設(shè)計(jì)與其它大多數(shù)深潛潛水器的區(qū)別在于核動(dòng)力驅(qū)動(dòng),采用了一個(gè)緊湊型布置的壓水堆。該反應(yīng)堆在1990 年到1992 年期間進(jìn)行了第一次換料,反應(yīng)堆的運(yùn)行壽命大約是20 a。由于采用核動(dòng)力,NR-1 能在海底或海底附近長時(shí)間執(zhí)行任務(wù),最長可達(dá)30 d,而常規(guī)深潛器一次僅能下潛幾個(gè)小時(shí)。

        NR-1 服役之后參與完成多項(xiàng)任務(wù),包括:①為國家機(jī)構(gòu)提供支持。主要用于國防與緊急民用任務(wù),例如參與搜索以色列海軍失蹤的“達(dá)卡爾”號(hào)潛艇、在海底搜尋造成“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛船空難的O 型環(huán)等;②對(duì)國家安全任務(wù)的支持。保護(hù)國家在海床上的國有資產(chǎn)、收集敵方信息、監(jiān)視與偵查、取證與調(diào)查等;③對(duì)科學(xué)任務(wù)的支持。NR-1 在海床上作業(yè)的范圍、續(xù)航能力、功率均優(yōu)勢(shì)明顯,這證明了其在科學(xué)領(lǐng)域的支持價(jià)值。此外,NR-1 還擁有速度快、靈活性強(qiáng)和不利條件下行動(dòng)便利的優(yōu)勢(shì),因此對(duì)洋底上和水柱中的作業(yè)頗具價(jià)值。

        由于NR-1 在服役期間表現(xiàn)出的巨大應(yīng)用價(jià)值,美國已開始論證下一代核動(dòng)力深潛器(NR-2)的方案。相比于NR-1,NR-2 擁有更高的航速、更大的潛深、更長的自持力。由于高度保密,目前無法獲取關(guān)于NR-2 建造、服役狀態(tài)的信息。

        1.2 前蘇聯(lián)/俄羅斯

        前蘇聯(lián)/俄羅斯是目前世界上深海核動(dòng)力應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)最為豐富的國家,從20 世紀(jì)60 年代至今不僅服役了多型超大潛深攻擊型核潛艇,而且建造了至少3 型7 艘深海核動(dòng)力工作站。

        前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造的“麥克”級(jí)685 型核潛艇最大潛深可達(dá)1 250 m,是目前世界上已知潛深最大的戰(zhàn)斗核潛艇[5],如圖2所示?!胞溈恕奔?jí)于20 世紀(jì)60 年代末開始設(shè)計(jì),1978 年開始建造,1984 年8 月開始進(jìn)行海試。

        圖2 “麥克”級(jí)核潛艇

        “麥克”級(jí)的主尺度為118.4 m×11.1 m×7.4 0 m,水面排水量為5 880 t,水下排水量為8 500 t,最大下潛深度1 250 m[6]。該艇采用水滴形線型,雙殼體結(jié)構(gòu),耐壓艇體直徑9 m,材料為鈦合金。

        “麥克”級(jí)上裝備的是OK-650B-3 型壓水反應(yīng)堆,屬于蘇聯(lián)研制的第三代壓水反應(yīng)堆,如圖3 所示。該反應(yīng)堆采用緊湊式布置(半一體化),堆芯熱功率接近190 MW,軸功率31626 kW[7]。根據(jù)相關(guān)資料,該反應(yīng)堆的滿功率壽期約為460 d~660 d,換料周期約為7 a~8 a[2]。

        圖3 蘇/俄第三代潛艇反應(yīng)堆布置原理圖

        “阿爾法”級(jí)705/705K 型核潛艇是前蘇聯(lián)第三代攻擊型核潛艇(圖4),采用鈦合金建造,最大潛深達(dá)到900 m,是世界上批量建造的下潛最深、航速最快、噸位最小、自動(dòng)化程度最高的攻擊型核潛艇?!鞍柗ā奔?jí)首艇建造于1967 年,至1982 年總共建造7 艘?!鞍柗ā奔?jí)的獨(dú)特之處在于采用了液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆(BM-40/A 和OK-550),這兩型反應(yīng)堆均為整體組件式半一體化反應(yīng)堆[7]。其中,BM-40/A 堆芯熱功率155 MW,推進(jìn)功率29 420 kW[7];OK-550 堆芯熱功率250 MW,推進(jìn)功率44 865 kW[2]。

        圖4 “阿爾法”級(jí)核潛艇

        “塞拉”級(jí)945/945A 型核潛艇是前蘇聯(lián)/俄羅斯另一型超大潛深核潛艇,極限潛深達(dá)750 m[5]?!叭奔?jí)的建造持續(xù)至1994 年,已經(jīng)建造了4 艘,目前仍在俄羅斯海軍服役。

        “塞拉”級(jí)945 型長107 m,艇寬12.2 m,采用一臺(tái)OK-650B-1 型壓水反應(yīng)堆,堆芯熱功率190 MW,軸功率31 626 kW;“塞拉”級(jí)945A 型長110.5 m,艇寬10.2 m,采用一臺(tái)OK-650M.01型壓水反應(yīng)堆(圖5),堆芯熱功率200 MW,軸功率34 936 kW[7]。

        圖5 OK-650M.01 型反應(yīng)堆頂部

        除了將核動(dòng)力裝備于超大潛深戰(zhàn)斗核潛艇外,前蘇聯(lián)/俄羅斯還建造了多型核動(dòng)力深海工作站,包括“比目魚”級(jí)10831型(圖6)、“X 射線”級(jí)1851 型和“軍服”級(jí)1910 型,這些型號(hào)總共建造了7 艘,目前仍有多艘在役。

        圖6 “比目魚”級(jí)深海核動(dòng)力工作站想象圖

        10831 型潛深可達(dá)1 000 m,攜帶了探測(cè)與作業(yè)裝備,可搭載數(shù)名專業(yè)人員,能執(zhí)行深海特種作業(yè)。該艇采用鈦合金建造,水下排水量為1 100 t。裝有一座核反應(yīng)堆,熱功率為10 MW,水下航速為6 節(jié),人員編制為14 人。

        1851 型深海工作站在1986—1995 年之間共建造3 艘,排水量550/1 000 t(水面/水下),主尺度40 m×5.3 m×5 m,工作潛深約1 500 m,水下航速20 節(jié),裝備一座10 MW的壓水堆,單軸,采用導(dǎo)管式推進(jìn)器。

        1910 型共建成3 艘,下水時(shí)間分別為1982 年、1988 年和1995 年。其水面排水量1 340 t,水下排水量1 580 t,尺寸為226.4 m×23.0 m×17.0 m,水面航速10 節(jié),水下28 節(jié)。下潛深度可能達(dá)700 m,用于研究開發(fā)和海底作業(yè)。1910 型裝備一座壓水堆,軸功率7 350 kW。

        2 深海核動(dòng)力應(yīng)用前景

        海洋占全球面積的71%,然而人類對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)和利用還極其有限。進(jìn)入21 世紀(jì),多個(gè)國家提出重大的海洋戰(zhàn)略,人類對(duì)海洋的研究開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展階段,核動(dòng)力將發(fā)揮重要作用。

        2.1 深海科學(xué)研究

        海洋是一個(gè)復(fù)雜的世界,海洋里有數(shù)十萬種生物,包括動(dòng)物、植物、微生物及病毒等。海底具有復(fù)雜的地形,包括火山、丘陵等。海洋科學(xué)研究對(duì)生物學(xué)、地球物理學(xué)等領(lǐng)域具有重要的作用。隨著人類對(duì)海洋研究的深入,深海成為一個(gè)越來越重要的領(lǐng)域。核動(dòng)力可以保障深??蒲醒b備在水下停留更長的時(shí)間、更大的活動(dòng)范圍,極大地提高科研效率。

        2.2 資源開發(fā)

        海洋擁有大量的礦產(chǎn)資源,其中石油儲(chǔ)量為1 350 億t,天然氣儲(chǔ)量140 億m3,多金屬結(jié)核儲(chǔ)量3 萬億t,可燃冰儲(chǔ)量為石油天然氣的兩倍。然而,相對(duì)于陸上資源,這些礦產(chǎn)的勘探、開采難度極大。例如,多金屬結(jié)核主要存在于3 500 m~6 000 m深的海底,普通的裝備難以到達(dá)如此深度,并且作業(yè)時(shí)間、作業(yè)功率都受到較大的限制。

        采用核動(dòng)力的深海裝備在水下的工作時(shí)間幾乎不受限制,并且能夠提供較大的功率,可以為深海資源的勘探、開采、運(yùn)輸以及水下設(shè)備的維護(hù)提供重要的支持。

        2.3 事故救援與調(diào)查

        全球海洋平均深度3 000 m,最深處超過1 萬m,海上發(fā)生的各種事故(例如馬航MH370 墜海失蹤等)的救援及事故調(diào)查難度較大。核動(dòng)力應(yīng)用于涉海潛器,將對(duì)此類事故的救援及調(diào)查起到巨大的幫助作用。

        2.4 海洋防御

        我國擁有1.8 萬km的海岸線以及300 萬km2海洋國土,水下國防力量是保護(hù)我國海洋安全不可或缺一部分。目前,我國已擁有一支包括核潛艇在內(nèi)強(qiáng)大潛艇部隊(duì)。世界范圍內(nèi),絕大部分潛艇的作戰(zhàn)深度都不超過500 m[5,8]。然而,500 m 以深的深海領(lǐng)域仍具有重要的軍事意義。例如,NR-1 曾參與美國海軍的水下監(jiān)視與偵查、打撈墜毀的F-14 戰(zhàn)斗機(jī)以及搜尋沉沒的“長尾鯊”號(hào)核潛艇等軍事任務(wù)[4]。

        3 深海核動(dòng)力特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 深海核動(dòng)力的特點(diǎn)

        在深海領(lǐng)域應(yīng)用核動(dòng)力,具有巨大的優(yōu)勢(shì)。首先,核動(dòng)力不依賴空氣的特點(diǎn)可以保證其在深海長時(shí)間的工作,使深潛器等深海裝備擁有充足的時(shí)間完成復(fù)雜的任務(wù)。其次,核動(dòng)力具有較大的功率,可以滿足深海大功率作業(yè)需求。第三,核動(dòng)力一次裝滿燃料后可以長時(shí)間的運(yùn)行。第四,深海環(huán)境溫度較低,當(dāng)深度超過1 000 m 時(shí),海水溫度基本在5 ℃以下。如果核動(dòng)力二回路采用蒸汽郎肯循環(huán),較低的環(huán)境溫度有利于提高核動(dòng)力裝置的整體效率。假設(shè)二回路新蒸汽為280 ℃的飽和蒸汽,蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的膨脹做功為絕熱可逆過程。當(dāng)蒸汽在冷凝器的冷凝溫度從30 ℃降到10 ℃時(shí),循環(huán)熱效率將從38%升到41%。

        3.2 深海核動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)

        在深海環(huán)境下,由于海水巨大的壓力等特殊條件,對(duì)核動(dòng)力的設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。

        (1)通海系統(tǒng)設(shè)計(jì)。深海核動(dòng)力裝置的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)及余熱排出系統(tǒng)等均需將熱量排至海水環(huán)境,不可避免的涉及到通海系統(tǒng)。深海環(huán)境對(duì)通海系統(tǒng)的設(shè)計(jì)影響主要包括通海系統(tǒng)及設(shè)備、閥門、管路的承壓技術(shù)、密封技術(shù)、防腐技術(shù)等[5]。

        (2)長壽命堆芯。堆芯壽命指反應(yīng)堆一次裝料后滿功率運(yùn)行所使用的時(shí)間。提高堆芯壽命,可以減少深海核動(dòng)力裝置在運(yùn)行期間的換料次數(shù),增加核動(dòng)力深海裝備的使用率。減少換料次數(shù),還可以減少放射性廢物的排出量。并且,換料時(shí)一般需要對(duì)耐壓殼體進(jìn)行切口,這將對(duì)深海裝備的結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生巨大的影響。

        長壽命堆芯的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)長壽命燃料元件,研制耐腐蝕、耐輻照材料,優(yōu)化燃料元件和堆芯結(jié)構(gòu),提高轉(zhuǎn)換比和堆芯中子經(jīng)濟(jì)性,燃料元件采用稠密柵布置。反應(yīng)性控制是長壽命燃料元件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,可以采用可燃毒物控制與控制棒程序控制結(jié)合的方案,適當(dāng)加大燃料的初始裝載量[2]。

        (3)系統(tǒng)及設(shè)備小型化。隨著海水深度的增加,海水壓力增大。在采用相同的結(jié)構(gòu)材料時(shí),潛器的結(jié)構(gòu)重量占排水量的比例越來越大[9],艙內(nèi)的有效空間和有效負(fù)載將減小。

        核動(dòng)力裝置系統(tǒng)龐大復(fù)雜,面對(duì)深海巨大的水壓,小型化是其滿足深海應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。核動(dòng)力系統(tǒng)及設(shè)備的小型化包含降低重量、減小體積兩方面的要求[10]。需要進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)及設(shè)備主要包括:反應(yīng)堆的緊湊布置,甚至一體化設(shè)計(jì);小型汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì);小型高效換熱器的設(shè)計(jì);輻射屏蔽的優(yōu)化設(shè)計(jì),在滿足輻射安全的條件下,盡量減小屏蔽結(jié)構(gòu)的體積,降低輻射結(jié)構(gòu)的重量。

        (4)高度自動(dòng)化。深海潛器空間有限,人員工作條件相對(duì)惡劣,控制系統(tǒng)需要具有較高的自動(dòng)化甚至智能化水平,能夠在較少的運(yùn)行人員和較低的干預(yù)條件下,滿足核動(dòng)力安全可靠運(yùn)行的要求[11-12]。

        (5)固有安全性。安全是核動(dòng)力應(yīng)用的前提。尤其是在深海復(fù)雜的環(huán)境條件下,核動(dòng)力裝置的安全運(yùn)行關(guān)系到深海潛器能否完成其任務(wù)使命,甚至是整個(gè)潛器的安全。

        提高一回路的自然循環(huán)能力、采用非能動(dòng)的安全設(shè)計(jì)等措施都能夠在一定程度上提高系統(tǒng)的固有安全性,在事故等條件下降低對(duì)人員干預(yù)的要求[11-12]。

        4 結(jié)語

        核動(dòng)力發(fā)展至今已有將近80 年的歷史,國外發(fā)達(dá)國家從上世紀(jì)60 年代開始將核動(dòng)力應(yīng)用于深海,并裝備于多型潛器中,在深海領(lǐng)域開展了大量工作,獲得了包括民用和軍用在內(nèi)的大量極具價(jià)值的成果。

        目前,隨著海洋開發(fā)利用的深入,核動(dòng)力以其突出的優(yōu)點(diǎn),將在深海領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。同時(shí),深海應(yīng)用的特殊條件也對(duì)核動(dòng)力的研究和發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。

        猜你喜歡
        核動(dòng)力堆芯核潛艇
        094型戰(zhàn)略核潛艇
        俄羅斯基洛夫級(jí)核動(dòng)力導(dǎo)彈巡洋艦
        軍事文摘(2023年13期)2023-07-16 09:00:10
        梭魚級(jí)核潛艇
        彭士祿:核動(dòng)力事業(yè)的“墾荒?!?/a>
        神劍(2021年3期)2021-08-14 02:29:40
        大揭秘——核潛艇的武器庫
        應(yīng)用CDAG方法進(jìn)行EPR機(jī)組的嚴(yán)重事故堆芯損傷研究
        核動(dòng)力第一艦
        基于Hoogenboom基準(zhǔn)模型的SuperMC全堆芯計(jì)算能力校驗(yàn)
        核技術(shù)(2016年4期)2016-08-22 09:05:32
        壓水堆堆芯中應(yīng)用可燃毒物的兩個(gè)重要實(shí)驗(yàn)
        倘若“菲萊”使用的是核動(dòng)力
        太空探索(2015年10期)2015-07-18 10:59:20
        人人妻人人澡人人爽人人精品| 另类亚洲欧美精品久久不卡| 乱人伦人妻中文字幕无码| 91在线观看国产自拍| 亚洲婷婷久悠悠色悠在线播放| 疯狂添女人下部视频免费| 狠狠综合久久av一区二区| 国产喷水福利在线视频| 国产精品白浆免费观看| 久久一区二区国产精品| …日韩人妻无码精品一专区 | 成年视频国产免费观看| 国产精品香蕉网页在线播放| 亚洲天堂av一区二区| 狠狠色噜噜狠狠狠777米奇小说| 国产尤物精品自在拍视频首页| 精品免费看国产一区二区白浆| 那有一级内射黄片可以免费看| 国精产品一区一区三区有限公司杨| 日本不卡视频免费的| 日韩精品av在线一区二区| 美女露出自己的性感大胸一尤内衣 | 不卡一卡二卡三乱码免费网站| 久久久久无码精品亚洲日韩| 不打码在线观看一区二区三区视频 | 色偷偷亚洲精品一区二区| 一区二区三区四区在线观看日本| 国产麻花豆剧传媒精品mv在线| 骚小妹影院| 亚洲成a人片在线看| 国产在线视频网站不卡| 精品福利一区二区三区蜜桃| 欧美成人aaa片一区国产精品| 精品人妻少妇一区二区不卡 | 亚洲片一区二区三区| 东京热东京道日韩av| 免费a级毛片无码a∨蜜芽试看| 在线亚洲人成电影网站色www| 亚洲av永久无码精品成人| 免费av在线 国产精品| 久久99国产精品久久|