潜艇也玩纯电动?世界首艘锂电池潜艇下水!
文/懒人
最近这几年,在世界军事装备这方面,航母、护卫舰、战斗机等总是各国关注的热点,潜艇表示很委屈,于是在最近抢了个头条,大出风头!
10月4日,日本海上自卫队最新一艘“苍龙”级潜艇11号艇“凰龙”号在三菱重工神户造船厂举行下水仪式。
这个头条抢的很成功,把局座都震惊到了~局座对这个“凰龙”号很感兴趣,为啥呢?因为这个潜艇是世界上第一艘采用锂离子电池作为动力的实战型潜艇。
(来源:日本海上自卫队)
先来看这个“苍龙”级潜艇,这级潜艇很容易让人联想到日本之前的“苍龙”号航母,“苍龙”号航母是二战期间日本的一艘轻型航母,在中途岛海战中被美国航空母舰“大黄蜂”号、“企业”号和“约克城”号的舰载俯冲轰炸机攻击,引起弹药库爆炸,失去动力,随后由己方驱逐舰用鱼雷击沉。
苍龙号航空母舰
而日本“苍龙”级潜艇则是日本自二战后建造的排水量最大的潜艇,水下排水量达到三千多吨。首艘苍龙号(SS-501)由三菱重工神户造船厂负责建造,于2007年下水,2009年服役。按照日本防卫省早年的规划,日本将以一年一艘的速度建造“苍龙”级潜艇,分别由川崎重工和三菱重工建造。
(来源:维基百科)
“苍龙”级的任务使命包括反潜、反舰、巡逻警戒、编队护航、封锁、破坏海上交通线、情报收集与监视、布雷和特种作战等多项任务,是一型既能执行近海巡逻警戒任务,也适合远洋作战的大型多用途常规潜艇。
大家知道,潜艇除了攻击性之外还有比较重要的一点是隐蔽性,而“苍龙”级潜艇绝对算得上是一个厉害的水下杀手。
(来源:AP Photo / Eugene Hoshiko)
从动力来看,该型舰是日本第一款采用斯特林发动机式绝气推进系统(AIP)的潜艇,日本也成为世界上继瑞典(哥特兰级潜艇)后第二个采用斯特林发动机(AIP)系统的国家。
“苍龙”号的推进系统包括2台柴油机、4台斯特林发动机和1台主推进电动机。水面最高航速为12节,水下最高航速为20节,与亲潮级潜艇基本相同。但是由于采用斯特林AIP发动机,“苍龙”级就具备了良好的水下续航能力,可以在水下航行两周多,水下续航时间比未装备AIP系统的常规潜艇高约5倍,具有很强的隐蔽性。
(来源:en.wikipedia.org/ Christy Hagen, U.S. Navy)
而如今最新一艘“苍龙”级更是采用了锂电池作为动力,锂电池是什么概念?
自第一艘现代潜艇诞生起,电池就应用在潜艇上,当潜艇下潜之后,所有的设备就需要电池来提供动力,目前大多数潜艇电池采用的是已经成熟的铅酸电池技术。第一艘采用铅酸电池的潜艇是HOLLANⅠ型潜艇,在1901年下水,由60块铅酸电池驱动,每块电池重413千克。但铅酸电池呢,缺点就是体积大重量大,储电能力和效率比较低,充放电循环次数有限,维护也很麻烦,这对于在水下航行的潜艇来说就很容易暴露。
(来源:Jeffrey Jay Price, U.S. Navy)
前10艘“苍龙”级采用的AIP技术,用两组柴油机、斯特林热力机配合传统铅酸蓄电池,来给潜艇提供动力,而“凰龙”号则采用锂离子电池替代了铅酸蓄电池。据悉,同体积的锂离子电池蓄电量比铅酸多3倍以上,也就是说两组相同体积的电池,锂电池重量更轻、储电能力和效率更高,不用频繁上浮充电,增加了潜艇的水下续航能力和隐蔽性。潜艇也变成了“充电2小时,潜航好几天”~
(来源:日本海上自卫队)
据《产经新闻》称,“该艇是世界上第一艘采用和电动汽车相同的‘锂离子聚合物’电池的作战潜艇”。日本防卫省在《平成26年度装备品寿命发展管理报告书》提到,“凰龙”号在维持规格和航速不变的情况下,使用锂离子电池替换掉整个“斯特林”热力机的AIP动力和铅酸蓄电池,变成了“纯电动潜艇”。
那么问题来了,这个“纯电动潜艇”贵不贵呢?据悉,这一艘耗资660亿日元(约合5.7亿美元),和首舰“苍龙”号600亿日元价格差不多。
(来源:日本海上自卫队)
日本防卫省官员曾透露,在2021年前,日本海自将打造一支拥有22艘潜艇的水下部队。而日本目前正在进一步改进和提高潜艇的性能,这艘“凰龙”号潜艇算是日本的“试验品”,为日本下一代使用锂电子电池的“次世代潜艇”的研发铺路,也大幅增加了日本的水下作战力量。
这么先进的潜艇技术,也让局座感慨万千,局座认为这是潜艇技术的划时代革命,是一个重大开创性历史事件~
新闻来源:澎湃新闻、环球网等
韩国研发锂电池潜艇,电池竟是三星造!欲与日本肩并肩
文/大象PDK
根据最近的国际新闻报道,韩国方面已经成功研制出了可供潜艇使用的锂电池,这种锂电池可以让潜艇的水下续航能力提升一倍,并将取代普通的铅酸电池成为常规动力潜艇的主要动力来源。
而就在不久前,日本三菱重工从日防卫省获得订单的“凰龙”号潜艇在神户造船所下水。“凰龙”号是首艘配备锂离子电池的潜艇。由于蓄电容量增加,在不使用发动机的情况下,能在更长时间里安静潜航。
日韩两国的潜艇均采用锂电池驱动,那么,到底锂电池有什么优势,导致各国纷纷效仿呢,今天,我们就来看一下。
其实锂电池在我们的生活中无处不在,我们每天所使用的手机,电脑,这些电子产品的能量来源,都是锂电池。不仅如此,锂电池还用在了我们日常出行的交通工具上,我们每天出行要乘坐的电动公交,他们的主要动力来源,大部分都是锂电池,还有道路上飞驰的特斯拉,这也是一种典型的由锂电池驱动的汽车。
(来源:pixabay)
既然锂电池和我们的生活息息相关,那么究竟它和普通的铅酸电池相比,有什么优势呢。其实很明显直观的一点就是,锂电池的体积小并且重量很轻,他只有铅酸电池的1/4重。而且它非常能装,同样的重量下,锂电池的储电量是铅酸电池的5倍左右。
还有一点很重要,就是锂电池的寿命相比铅酸电池要长很多,并且它没有记忆效应,也就是说它可以随用随充,不需要像以前的老旧铅酸电池一样,用到低电量再进行充电。
(来源:wikipedia)
照这样来说,锂电池替换掉潜艇上老旧的铅酸蓄电池势在必行,确实各国也在这方面不断地进行着努力。其实除了部分核动力潜艇之外,传统的常规动力潜艇都是采用的发电机发电,将电能储存在蓄电池中,然后用电动机来进行推进的。因为电动机会更加安静,而潜艇很重要的一点就是要减少噪音的制造,悄无声息的在海下航行。
(来源:pixabay)
当然喽,不只是最求安静的潜艇是用这种方式驱动,有些增程式电动车,也是用这种方式来运作的。还有一些笨重的机械工程车辆,比如一些工作在露天矿场的巨型矿车。这些大型矿车一次载货可以达到400多吨,再加上本身巨大的自重和其工作路面的崎岖,这些都注定了它跑不快,自然也就不需要考虑其后期的加速能力。所以他们也是使用的柴油发电机发电,通过电动机可以瞬间爆发最高扭矩的优良特性,来带动电动机驱动车辆前进的。
(来源:pixabay)
而此次由三星SDI公司研制出的锂电池,就是要装配在韩国的第二批KSS-III潜艇上。对,你没听错,就是那个发生了手机电池爆炸事件的三星SDI公司。那一次的电池爆炸,对于三星来说简直是巨大的灾难,这严重影响了三星手机在全世界的销量,现在又如此大胆的将锂电池装在潜艇这样的军事设施上,可见韩国人还是对自己比较自信的。
不过潜艇最理想的还是纯电动驱动,没有丝毫的噪音,也不需要经常上浮进行充电。与传统的发电机+电池的组合相比,燃料电池是一种更具竞争力的动力来源。燃料电池的优点就是能量转换效率很高,通过电化学方式直接将化学能转变为电能,省去了发电机运作过程中复杂的转能量换过程,其直接能量转换率可以达到70-80%左右,减少了能量损耗,而且它不需要机械系统参与,这样就会更加安静。
(来源:wikipedia)
不过,使用燃料电池发电,还是有一定制约性的。因为其需要大量的氢作为原料,而氢气的储存和运输是非常复杂的,并且价格高昂。不仅如此它还需要贵重金属作为催化剂,这些较高的成本,都成为了燃料电池潜艇发展的阻碍。
既然燃料电池成本太过高昂,那么有没有什么办法可以提高锂电池的能量密度,增加锂电池的续航能力,并且充电速度更快,减少潜艇上浮时间呢。答案是:有。这就是最近国内外都在大力研制的石墨烯电池。
(来源:pixabay)
石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。虽然将石墨烯用在电池中可以提高电池的性能,但是仍然有很大的技术难关需要突破,而且石墨烯也和燃料电池一样,造价昂贵,所以,石墨烯电池技术还有很长的路要走,我们的科学家还得继续努力呀。
其实,说了这么多,最终我们会发现,科技的进步,技术的革新,始终都离不开我们所学的知识。不论是军事还是生活,在许多方面都是互通互利,相互融合的,我们需要更加努力的学习科学文化知识,为科技的发展和人力的进步,做出自己的努力。
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