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常规潜艇主机为何多选用四冲程柴油机:耗气量更少

来源:yobo体育   发布时间:2021-09-14 01:20nbsp;  点击量:

本文摘要:在潜艇的发展长河中,柴油机在常规潜艇动力领域仍然都有举足轻重的地位,哪怕是在20世纪80年代蓬勃发展了装备AIP系统(不倚赖空气前进系统)的潜艇,柴油机仍是常规潜艇的主动力源。如果我们对柴油机再行细究,我们不会找到柴油机按工作循环只不过还可以分成二冲程柴油机和四冲程柴油机两类。 而现代常规潜艇大多使用四冲程的柴油机作为主机。这就给我们带给了新的有一点探究的问题:为何现代潜艇要搭配四冲程的柴油机,而不是二冲程的呢?

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在潜艇的发展长河中,柴油机在常规潜艇动力领域仍然都有举足轻重的地位,哪怕是在20世纪80年代蓬勃发展了装备AIP系统(不倚赖空气前进系统)的潜艇,柴油机仍是常规潜艇的主动力源。如果我们对柴油机再行细究,我们不会找到柴油机按工作循环只不过还可以分成二冲程柴油机和四冲程柴油机两类。

而现代常规潜艇大多使用四冲程的柴油机作为主机。这就给我们带给了新的有一点探究的问题:为何现代潜艇要搭配四冲程的柴油机,而不是二冲程的呢?潜艇机舱,两台柴油机作为主机二冲程柴油机和四冲程柴油机的特点柴油机的一个工作循环还包括吸气、传输、自燃、收缩、排气五个过程。

四冲程柴油机的曲轴旋转两圈已完成一个工作循环,活塞经历四个冲程,分别对应吸气、传输、自燃和收缩、排气。而二冲程柴油机和四冲程柴油机仅次于的区别就是,没了独立国家的吸气和排气冲程,其吸气和排气过程被重合在了下止点方位称作扫气。这样只要两个冲程就可以已完成一个工作循环。而两个冲程就可以已完成一个工作循环,也就意味著两台气缸尺寸和扭矩完全相同的二冲程和四冲程柴油机,二冲程柴油机的功率比四冲程柴油机的多一倍(实际为1.6~1.8倍);反之在完全相同功率的情况下,二冲程柴油机的体积可以更加小。

此外,以扫气替换传统的入排气过程,二冲程柴油机的实际耗气量不会比四冲程的多50%~80%。四冲程柴油机的四个冲程必要传动阶段,二冲程柴油机的主流时代在潜艇发展的初期(主要指二战前),受限于电池技术,潜艇主要以水面活动居多,此时潜艇的水面航速小于水下航速,动力系统大多使用必要传动。所谓的必要传动是指潜艇的柴油机(主机)、电机(前进电机)、尾轴及螺旋桨以机械方式必要相连在一起。

在水面航行时,柴油机必要造就螺旋桨工作;在水下航行时,由蓄电池组给前进电机供电造就螺旋桨工作。一种潜艇的必要传动形式但因为螺旋桨的前进效率和噪声水平与扭矩有关,一般指出扭矩低效率更高、噪声更加较低,因此,柴油机的扭矩不会受到一定的容许。为了给定螺旋桨较低扭矩的特性,适合自由选择扭矩在450~600r/min的中速柴油机(录:在船舶领域300~1000r/min为中速柴油机)。

而根据上述“二冲程柴油机和四冲程柴油机的特点”我们告诉:在同缸径、同扭矩条件下,二冲程的柴油比四冲程的要多收到60%~80%的功率。因此,比重小、比功率大,更加适宜于空间紧绷的潜艇。也于是以因此,在此阶段二冲程的中速柴油机是潜艇的主流机型。螺旋桨扭矩过低更容易引发空化为何现代常规潜艇的主机大多搭配四冲程柴油机电传动带来柴油机的新变革:随着潜艇动力系统和前进系统的发展,各国常规潜艇开始渐渐使用电传动方式(间接传动)。

所谓电传动是指潜艇的前进电机通过尾轴和螺旋桨以机械方式相连,柴油机与发电机相连构成柴油发电机组,柴油发电机组与螺旋桨之间没机械相连。潜艇在水面、水下航行时皆由前进电机造就螺旋桨工作。

水上航行时由柴油发电机组向前进电机供电;水下航行时由蓄电池组向前进电机供电。由于柴油发电机组与螺旋桨之间没机械相连,柴油机的扭矩也就会受到限制。因此,柴油机可以通过提升扭矩的方式来减小功率或增大体积。

一种潜艇的电传动形式减小功率带给的问题:随着潜艇技术的发展,现代潜艇的排水量更加大,航速也更加低,这促成潜艇主机(柴油机)装机功率更加大。而现代的潜艇,在为电池电池时并会浮出水面,而是在通气管状态打开柴油机给电池电池。柴油机在通气管状态工作时,所需的空气是通过遮住水面的通气口经空气管转入机舱。功率减小后,柴油机所需的空气量也越少。

此时倘若运营的主机空气消耗量过大的话,更容易引发机舱真空度过低,排气背压过大的问题,相当严重的甚至引起事故。要提高这些问题,主要有两个方向:一是减小通气管的管径,以提升入气量;二是搭配空气消耗量较低的主机,以增加空气的消耗。某型潜艇的通气管路径(局部)改良方向要求了四冲程柴油机将沦为主流机型:减小通气管直径不会导致潜艇上层建筑布置艰难,因此很难构建;在提高上述问题不能寄希望于搭配空气消耗量较低的主机。通过上述“二冲程柴油机和四冲程柴油机的特点”由此可知:二冲程柴油机的实际耗气量不会比四冲程的多50%~80%。

似乎,这并不合适现代潜艇的市场需求。因此,耗气量更加较少,且比重、比功率在合理范围,具备废气涡轮涡轮的四冲程中高速柴油机,渐渐沦为现代潜艇的主流机型。


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