AIP(Air Independent Propulsion)是一種不依賴空氣的推進裝置的英文簡稱，是指潛艇水下航行時利用自身攜帶的氧(通常為液態氧)，為熱機或電化學發電裝置提供燃燒條件，完成能量轉換，為潛艇提供推進動力和電能，常規潛艇安裝AIP系統後，水下續航力成倍增加，噪聲指標明顯降低，潛艇的作戰效能得到顯著的提高。AIP技術是目前世界各潛艇強國研究的主要方向之一，因其所具有的優良性能，各國海軍常規潛艇上安裝AIP系統已經成為趨勢。

資料圖：各國AIP潛艇的對比

　　目前世界上主要的AIP系統主要有四類，即SE/AIP熱氣機系統、FC/AIP燃料電池系統、MESMA/AIP閉式循環汽輪機系統、CCD/AIP閉式循環柴油機系統。隨着AIP技術的不斷完善，AIP系統已經成為世界各國常規潛艇的標準配置。各國根據自己的實際情況和技術成熟程度選擇了適合本國特點的AIP技術，新研製的潛艇基本都安裝了AIP系統。有的國家還對原有潛艇進行改裝，安裝AIP系統。其中較為典型的AIP潛艇有安裝FC/AIP燃料電池系統的德國212A型、214型潛艇和俄羅斯的“阿穆爾”級潛艇；安裝MESMA/AIP閉式循環汽輪機的法國“阿哥斯塔90B”型潛艇；安裝SE/AIP熱氣機系統的瑞典“哥特蘭”級、日本“親潮”級潛艇和中國的039系列潛艇。

　　對比四種AIP系統的主要性能指標，FC/AIP的功率最大，達到300千瓦，MESMA/AIP最低，為200千瓦。效率值上，FC/AIP最高為55%，MESMA/AIP為25%。而上述兩項指標在CCD/AIP和SE/AIP上基本接近，為250左右和30%左右；從振動噪聲上比較，FC/AIP和SE/AIP較低，而CCD/AIP和MESMA/AIP則較高；從經濟性上比較，FC/AIP最差，CCD/AIP最高，另外兩種則較為適中；從安全性上比較，FC/AIP最差，其他的三種水平大致相當。全面綜合分析對比，SE/AIP和FC/AIP技術綜合性能最好，最具發展前途，也是較多國家的選擇。

資料圖：德國214型潛艇

　　FC/AIP燃料電池系統是直接將反應物質化學能用電化學方式轉換為電能的能量供應系統，效率最高，實際效率可達到70%。燃料電池系統由於直接進行能量轉換，本身並無機械運動部件，因此工作過程中非常安靜，可以使得潛艇在航行時獲得較為優秀的隱蔽性。由於能量轉換過程中能量損耗較少，所以相應的散熱也少，這就有效的降低了潛艇的熱輻射，環境特性較好。但目前的燃料電池只能用純氫作燃料，安全性要求極高，一旦泄漏極易發生爆炸，危險性很大。此外，FC/AIP燃料電池系統的系統比功率較小，要達到柴油機相同功率，燃料電池所需重量要大於柴油機。同時其價格也比柴油發電機組高了近六倍，造價較為昂貴。選擇FC/AIP技術的國家有德國、希臘、意大利、俄羅斯、韓國等。

　　SE/AIP熱氣機系統技術在四類AIP中最成熟、安全性最好，這些都己得到了充分的驗證。從使用的情況上分析，目前世界上共有超過30艘的SE/AIP潛艇在服役，其中最長的服役期已達到20年，對SE/AIP潛艇在安全性、可靠性和適用性方面的驗證是相當充分的。常規潛艇加裝SE/AIP系統後可以大幅提高水下續航力，具有優異的隱蔽性和適應能力，能顯著增強潛艇的作戰效能。相對其它AIP技術來說，SE/AIP潛艇建造和使用成本低，保障性好，潛艇日常消耗品的補給可以在民用碼頭甚至海上進行，勤務性非常好。SE/AIP系統具有振動噪聲特性好、建造和使用成本低、功率密度高、有利於總體布置等優點。熱氣機還具有轉速扭矩特性好、超負荷能力強、適合多種燃料或加熱熱源的特點，例如蓄熱器蓄熱、金屬燃燒化學能源等熱源模式，十分適合各種中小型潛艇和AUV、UUV等對動力系統能量密度要求高的水下航行器。SE/AIP潛艇是世界上裝備數量最多的潛艇，選擇SE/AIP技術的國家主要有瑞典、丹麥、日本、新加坡等。中國根據自身的特點、技術水平及國外主流發展方向，選擇研究發展的也是SE/AIP熱氣機AIP系統。中國進行AIP系統研究始於上個世紀九十年代，由中船重工集團七一一研究所負責全面研製工作，中國在熱氣機AIP領域的技術水平已經處於國際先進行列，是繼瑞典之後能獨立掌握SE/AIP技術的國家。中國自行研發的AIP技術已經全面廣泛地使用在中國海軍常規潛艇上，如中國海軍裝備的039B型潛艇，該艇採用單軸、單槳、對稱尖尾長水滴型雙殼體艇型，艇長77米，水上正常排水量近2600噸，是中國海軍現役較新型號的潛艇，中國海軍在該型潛艇的V艙設置了SE/AIP系統。目前，中國正在進行下一代AIP技術的研究工作。

資料圖：德國214潛艇採用燃料電池

　　SE/AIP熱氣機AIP系統是一種閉式循環往復式外燃機，由十九世紀蘇格蘭牧師羅伯特-斯特林發明，故也稱為斯特林發動機。熱氣機是一種活塞式往復發動機，可用空氣、氮氣、氦氣或氫氣等作為工質，按斯特林循環工作。工質始終被封閉在一個閉式循環迴路中，在較低的溫度和壓力下壓縮，在較高的溫度和壓力下膨脹，實現對外作功。由外部燃燒對閉式迴路中的工質進行加熱，受熱後的工質在活塞腔中膨脹作功，所以又稱外燃機。熱氣機的燃燒在氣缸外的燃燒室進行，整個燃燒過程是連續的並且非常充分，故此不會產生內燃機的爆燃現象，具有噪聲低、運行平穩、污染小、適用多種能源等優點。斯特林循環的效率等於最高循環效率的卡諾效率，所以熱氣機是一種高效率的能量轉換裝置。

資料圖：俄羅斯拉達級潛艇剖面圖

　　SE/AIP系統由熱氣機發電機組模塊、供氧系統、輔助裝置和監控裝置四部分組成。潛艇水下主航工況由蓄電池供電，水下經航工況由AIP系統供電，熱氣機發電機組的輸出端與蓄電池組並聯，向推進電機、全艇輔機和其他設備供電，蓄電池處於浮充電狀態。熱氣機與內燃機相比有很多優點，可利用多種燃料或熱源進行外部連續燃燒；與同功率的柴油機相比，噪音低25分貝以上；效率高，熱氣機的理論效率等於卡諾循環的效率；功率和效率與排氣背壓無關，非常適合艇用環境。

　　艇用熱氣機常採用雙作用熱氣機型式，其採用環形回熱器/冷卻器原理，四缸共用一個燃燒室，呈方形布置，形成環型串聯機構，每個氣缸有一套活塞連杆組，每個活塞上下各有一個熱腔和一個冷腔，相鄰兩個氣缸的冷熱腔連成一個循環迴路。潛艇熱氣機一般採用的燃料是燃油加上液態氧，燃油和氧氣在燃燒室內混合形成可燃混合氣，由點火器點燃燃燒，燃油的化學能以熱的形式傳給熱氣機加熱器，加熱加熱器管內的工質，工質隨着不斷的加熱和冷卻，往復式地在冷腔和熱腔之間循環，氣體溫度的改變同時引起了氣缸內壓力也隨之變化，通過氣體在高壓下膨脹、低壓下壓縮的原理推動活塞連杆組做往復運動，由曲軸實現對外輸出功率，實現了化學能一熱量一機械能的轉換。實現斯特林循環的核心部件是熱交換器，包括加熱器、冷卻器和回熱器。加熱器的功能是在高溫下從燃燒室吸熱，然後把熱量傳給加熱器管內的工質；回熱器的功能是當氣體從熱腔流向冷腔時，在循環放熱過程中存儲工質釋放的熱量，當氣體從冷腔流向熱腔時，在循環吸熱的過程中將存儲的熱量傳給工質，即相當一個蓄能器；冷卻器的功能是吸收工質的熱量，並由冷卻水將熱量帶走。

資料圖：俄羅斯拉達級潛艇

　　瑞典是最早開始AIP潛艇研究的國家之一，其熱氣機技術領域處於世界領先水平。1988年，瑞典開始實艇研究，將一艘A14型NaKen級潛艇切成兩段，接入裝備有2台熱氣機的AlP艙段開展試驗，試驗取得圓滿成功。1990年，瑞典開始研製A19型Gotland級潛艇，該艇裝備2台功率為120千瓦的V4-275R型熱氣機，於1995年下水、1996年服役。2007年，瑞典決定單獨推行被擱置的“北歐海盜計劃”(Viking Project)，並重命名為“下一代潛艇”(NGS)計劃，總價值超過10億美元，於2008年啟動。目前瑞典正在研製新一代的A26型潛艇，設計工作從2006年開始，計劃2015年服役。A26將形成一個潛艇平台基礎結構，能完成多種作戰任務，具備多種能力，如水下部署和回收UUV/ROV，布放和回收特種部隊的能力。A26將裝備最新的熱氣機AIP系統，水下續航力將達到1900千米，續航時間超過3周。

資料圖：西班牙潛艇

　　目前世界上採用熱氣機AIP潛艇技術的國家除中國為自行研製以外，其技術基本都是源自瑞典。2002年，瑞典對NaKen級潛艇再次改裝後賣給了丹麥，更名為Krcmborg。2005年，新加坡與瑞典簽署了購買2艘二手瓦斯哥特蘭級潛艇的合同，考庫姆公司對這2艘潛艇進行現代化改裝，改裝項目包括加裝AIP系統和為適應熱帶海域環境加裝的氣候控制系統等。日本也從瑞典引進熱氣機技術發展了AIP潛艇，2003年，裝備了4台熱氣機的“春潮”級訓練潛艇“朝潮”號試驗成功，在使用兩年後經過系統綜合評估，日本於2005年正式與瑞典簽署引進熱氣機合同，用於裝備“親潮”級改進型潛艇，單艇造價超過5億美元，瑞典負責提供發動機部件，川崎重工負責組裝，首艇“蒼龍”號已於2007年12月5日在日本三菱重工神戶造船廠下水。

資料圖：日本親潮級AIP潛艇

　　SE/AIP系統AIP技術的發展主要有以下幾個方面：一個是將此技術運用到老舊潛艇上，通過對舊艇改造，加裝AIP系統的技術研究，使老舊潛艇獲得性能上較大的提升。瑞典先後對A14、A17型潛艇進行了改造，加裝了AIP系統，並出口到丹麥和新加坡。此外還針對龐大的德國209型潛艇用戶群，制定了加裝AIP艙段的改造方案。中國也在進行較早期型號潛艇加裝AIP系統的研究；研製大功率熱氣機，如瑞典開發的MK3型熱氣機為70千瓦，雖然較MK2提高了5千瓦，但功率仍然偏小，瑞典目前正在研製600千瓦大功率熱氣機，如果研製成功，則可以徹底取代柴油機作為潛艇的單一動力；對潛艇的整個動力系統進行優化匹配研究，包括對配備發電模塊的數量、單機功率、液氧攜帶量、蓄電池儲量等進行綜合優化匹配，以期提高整個動力系統的綜合效能；進行熱氣機性能優化研究，包括燃燒系統優化、循環優化、控製程序優化、氫氣工質可行性研究，以提高效率和輸出功率，降低氧耗，如瑞典在MK3型熱氣機上，通過改進氧引射器結構，改變噴油器安裝方式，採用氧氣冷卻噴油器油器的形式，同時優化控製程序，將過量氧氣係數從1.10降到1.05，減少了5%左右的氧氣消耗。使熱氣機功率從65千瓦提高到70千瓦；開展艇用熱氣機氫氣工質的可行性研究，在確保安全性的前提下，採用氫氣工質熱氣機的綜合效率將提高約10%；排氣系統的排氣壓力直接影響潛艇的最大下潛深度，為提高排氣壓力，進行提高熱氣機燃燒室壓力、單缸燃燒室技術、排氣增壓、閉式排氣系統等方案的研究。其中單缸燃燒室技術為每一個氣缸配備一個燃燒室，這樣燃燒室容積很小，在保證燃燒室耐壓殼厚度不變的情況下，可以顯著提高承受壓力，改善燃燒均勻性。排氣增壓方案是通過在排氣管路上增加壓縮機提高排氣壓力；對熱氣機發電機組箱裝體模塊的內部設備的布置、外形尺寸等進行優化，改善維修性，提高可靠性。如將排氣處理系統設備、水泵等設備直接布置到箱裝體模塊內部，改善艙室布置難度的同時還有利於減振降噪。采月電機和熱氣機剛性聯接的方式可以減小模塊尺寸。對模塊外部接口優化布置，提高維修性。如瑞典的MK3型熱氣機模塊，經過優化後長度從2500毫米減小到了1850毫米，而且熱氣機大部分維修可以在模塊內部完成。（作者署名：鼎盛 POP3）

資料圖：中國039B型常規潛艇