众所周知，依据动力体系的不同，潜艇一般分为核动力潜艇和惯例动力潜艇。核潜艇选用核能作为首要的动力来历，做到了不依赖大气而能在水下进行长期活动，因而展开比较敏捷，遭到一些国家的推重，比方美国水兵配备的全部都是核动力潜艇。可是核潜艇因为技能杂乱、造价贵重、吨位受限等原因，并不能彻底替代惯例动力潜艇。惯例动力潜艇具有吨位较小、适航性好、机动灵活、价格便宜等长处，因而依然被许多国家所运用。惯例动力潜艇一般在水面或通气管状况飞行时选用柴油机推动，在潜航时选用蓄电池作为动力来历，必需求常常浮到水面运用柴油发电机组对蓄电池进行充电，所以惯例潜艇无法做到长时期潜航。通过不断研讨，可运用在惯例潜艇上的不依赖空气推动体系（AIP）应运而生。
不依赖空气推动体系（AIP）的英文全称是“Air Independent Propulsion”，是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能供应推动动力和其他动力的动力体系。AIP体系首要运用自身带着的氧气，为热机或电化学发电设备供应焚烧条件，完结能量转化，供应水下飞行所需的推动动力。AIP技能的运用，能够使惯例潜艇的潜航时刻由几天添加到几周，提高了它的荫蔽才能和水下续航才能。现在世界上比较老练并且进入运用阶段的AIP技能首要分为三大类，别离是热机体系、电化学体系和小堆体系（核动力AIP体系）。其间热机体系包含斯特林发动机、闭式循环柴油机、闭式循环涡轮机等方法，电化学体系首要是以燃料电池为首要方法，小堆体系是根据低功率核动力设备的动力体系。中国水兵的039A/B型AIP潜艇，选用的是斯特林发动机体系。那么，斯特林发动机有什么特色呢？下面就为我们具体解读一下斯特林发动机体系。
斯特林发动机AIP体系简称SE/AIP，首要是由斯特林发动机、发电机、液氧体系、供油体系、冷却体系、工质体系和操控体系等组成。SE/AIP体系的作业进程是：在焚烧室内，氧气和燃油继续焚烧，焚烧的火焰将加热器加热，由加热器把热能不断地传递给流经其内部的作业介质，介质吸收热量胀大做功，推动活塞运动，再通过曲柄、连杆组织变往复运动为旋转运动，使曲轴旋转并输出功率。瑞典是最早将斯特林发动机技能运用到惯例潜艇上的国家，1996年执役的A-19级潜艇的第一艘“哥特兰”号，是世界上第一艘实用型AIP潜艇。“哥特兰”号潜艇搭载了两台MTU柴油发电机，一组主推动电机和两组蓄电池组成的主动力体系；辅佐动力体系是两台MK2（V4-275R）斯特林发动机，额定功率65kw，最大功率75kw。两者一起构成了共同的闭式循环混合动力体系。
斯特林发动机AIP体系的中心是斯特林发动机，是一种外部加热闭式循环活塞式发动机。19世纪初，英国苏格兰牧师罗伯特·斯特林发明晰热气机，后来被称为斯特林发动机。热气机由加热器、冷却器、回热器等组成，使工质在高温下胀大做功，在较低温度下紧缩，胀大完毕后的工质不排至外界而是被循环运用。通过密封在回路中的火热气体周期性地胀大紧缩，热气机将热能转化为机械功。斯特林发动机的抱负循环是斯特林循环。斯特林发动机的首要结构特色是具有两个温度不同而容积作周期性改变的腔室，并用热换器把这两个腔室联合起来。从本质上看，斯特林发动机便是一个由冷腔室、冷却器、回热器、加热器和热腔室所组成的闭式循环体系。斯特林发动机首要有三种类型：单效果式热气机、配气活塞式热气机、双效果式热气机，配气活塞式热气机又分为单缸配气活塞式热气机和双缸配气活塞式热气机。
以单效果式热气机为例，其作业原理是：在一个气缸中装有两个对置活塞，在两个活塞间设备加热器、回热器和冷却器。回热器填充了载热体，回热器和活塞之间构成两个空间，靠加热器一侧为热腔室，靠冷却器一侧为冷腔室，在回热器的两头存在一个温度梯度差。循环开端时，首先是定温紧缩进程，热活塞在內止点坚持不动，冷活塞向內止点运动，作业腔容积逐步变小，工质被紧缩，压力也随之逐步添加。其次是定容吸热进程，两个活塞一起运动，冷活塞继续向内止点运动，而热活塞则脱离內止点，待冷活塞抵达內止点时，两活塞之间的作业腔容积坚持不变，工质通过回热器从冷腔室转移到热腔室，工质流经回热器时从其间的载热体中取得热量，完成了定容加热。在定温胀大进程中，冷活塞停留在內止点不动并紧靠冷却器，热活塞继续朝远离换热器的方向运动，一向抵达外止点。最终是定容冷却进程，两活塞一起运动，热活塞从外止点到內止点，冷活塞从內止点到外止点，整个循环完毕。
斯特林发动机设备的首要组成部分是：外部供热体系或焚烧体系、闭式循环体系（热能转化体系）、动力传动体系、调理操控体系（负荷调控）、辅佐设备体系。其间闭式循环体系是斯特林发动机的中心，外部供热体系和调理操控体系也十分重要。斯特林发动机的作业进程是：空气由鼓风机送入空气预热器，将焚烧所需求的空气预热后送入焚烧室，与燃油喷雾器喷出的细微油粒混合后进行焚烧，然后发生高温气体。高温焚烧气体流经加热器管组，在很大的温度梯度下对加热器管内的工质进行加热。从加热器管组流出的燃气进入空气预热器，对参加焚烧的空气进行预热后，从预热器流出排到外界。工质通过加热器从高温燃气中取得热能，使工质在胀大腔（热腔）中进行胀大做功。在紧缩进程中，工质的紧缩热由工质冷却器导至冷却介质。循环功由动力传动体系输出。
下面扼要介绍一下斯特林发动机的各个体系。外部供热体系首要是给闭式循环体系供应热源，常见的是各种油料。以柴油作为燃料的外部焚烧体系，首要组件包含焚烧空气鼓风机、空气预热器、焚烧器组、燃油泵、燃油与空气的调控设备等。闭式循环体系是斯特林发动机的首要组成部分，其效果是将工质密封在回路中，使工质在较低的温度和压力下紧缩，在较高的温度和压力下胀大，将工质能量转化为机械功。闭式循环体系首要由气缸体、加热器、回热器、冷却器、活塞组和密封设备等组成。动力传动体系能够使活塞依照必定的规则运动，还担任将活塞的机械功输出。常见的动力传动体系包含菱形传动组织、曲柄连杆组织和斜盘传动组织。斯特林发动机的调理操控体系分为焚烧操控和功率操控两部分，前者是使热气机在整个负载范围内坚持最高的功率和安稳的焚烧，后者首要担任调控热气机的功率。
惯例潜艇搭载的斯特林发动机AIP体系，运用液态氧和柴油在加压焚烧室进行焚烧，发生的热能继续供应加热循环体系，推动气缸中的活塞运动，使热能转化成机械能，再由发电机组转化成直流电。斯特林发动机可在潜艇水下续航状况下作业，与蓄电池并联，向推动电机、辅佐电机及其他设备供电。与一般的柴油机比较，斯特林发动机的作业平稳、振荡小、噪音低，作业噪音比柴油机小40分贝，空气噪音下降20分贝。为了使发动机废气能够在不紧缩的情况下排出潜艇，焚烧室的压力必需求高于海水的压力。将废气与集成在斯特林发动机模块中的废气冷却体系中的冷却水混合，温度从800摄氏度下降至25摄氏度，和周围的海水挨近，还不会发生气泡，然后通过散热片顶部排出。这样的处理方法不光处理了发动机废气的排出问题，还下降了污染，不会留下潜艇航迹，下降了被发现的几率。斯特林发动机体系的造价要低于电化学发电机，运用寿命可达80000小时，是电化学发电机的12倍。此外，选用斯特林发动机体系的潜艇的水下续航时刻更长一些，比方瑞典“哥特兰”号可不连续水下飞行20昼夜。
因为斯特林发动机自身的功率密度较低，所以形成整个斯特林发动机AIP体系的功率也比较小。假如要添加功率的话，就要多设备发动机，但这会影响到潜艇的结构布局，增大投入。所以，斯特林发动机体系的外燃式发动机的瞬间提速或减速才能较差。别的，斯特林发动机的油耗也比较大，要高于一般柴油机。选用斯特林发动机体系的潜艇，尽管水下续航时刻要大于旧式的柴油潜艇，可是和核潜艇比较，仍存在很大距离。并且斯特林发动机并不能为潜艇供应满足充分的动力，使潜艇坚持较高航速，现在AIP潜艇的最大航速仍无法赶上核动力潜艇。在吨位和武器体系等方面，选用斯特林发动机体系的AIP潜艇也远不如核潜艇。此外，斯特林发动机对资料、结构和安装精度的要求很高，形成整个AIP体系的本钱较高。现在斯特林发动机体系仍存在许多的缺乏，需求进一步的改善和完善。
自从瑞典在第一艘AIP潜艇“哥特兰”号上运用斯特林发动机体系之后，该体系逐步展开开来，成为许多国家惯例潜艇的挑选。“哥特兰”号上搭载的V4-275R Mk2型斯特林发动机，也成为一款抢手配备。除了在3艘A-19级潜艇上运用斯特林发动机体系外，瑞典还对2艘A-17级潜艇进行了晋级，换装了通过改善的V4-275R型斯特林发动机。瑞典还推出了V4-275R Mk2型斯特林发动机的后续版别Mk3型，首要改善包含发动机功率、输出功率、下潜深度、隐身功能等方面，并将其运用到了正在制作的A26型惯例潜艇上。A26型潜艇项目在新世纪之后正式提出，2015年6月签署的合同显现，瑞典投入80多亿瑞典克朗为水兵制作2艘AIP潜艇，搭载Mk3型斯特林发动机体系，估计将于2022年和2024年交给。2019年头，瑞典将2艘A26型潜艇别离命名为“布莱金厄”号和“斯科讷”号，交给时刻别离推延到了2024年和2025年。
日本很早就重视AIP潜艇的展开，通过多方比较之后，在多种AIP体系中挑选了瑞典的斯特林发动机作为其新式AIP潜艇的动力设备。早在1990年代，日本就从瑞典购买了多台斯特林发动机，开端了对AIP技能的研讨。2000年12月，日本在“亲潮”级潜艇“朝潮”号上设备了斯特林发动机，并且进行了一系列的测验。“朝潮”号在居住舱和主机舱之间加装了一个AIP舱段，将斯特林发动机嵌入其间，别的还设备了液氧储存罐等辅佐设备。2005年7月，日本从瑞典引进了最新的斯特林发动机技能，并获取授权在国内生产Mk3型斯特林发动机。日本将斯特林发动机运用在了“苍龙”级潜艇上，首艘“苍龙”号于2007年下水，2009年执役。“苍龙”级潜艇选用单轴柴电加AIP推动方法，搭载两台12V25S柴油机、两台沟通发电机、一台推动电动机和四台斯特林发动机。斯特林发动机体系的运用，使“苍龙”级成为全世界最先进的AIP惯例潜艇之一。
除了斯特林发动机体系外，其他类型的AIP体系也在不断向前展开。德国在燃料电池AIP体系方面进行了多年的研讨，早在1980年就研发了第一代潜艇燃料电池设备，选用质子交流膜燃料电池，后来又研发出了单块功率达34kw的质子交流膜燃料电池。尔后德国将燃料电池技能批量运用到了惯例动力潜艇上，制作了全世界第一艘装有燃料电池AIP体系的212A级潜艇。该级潜艇的首艘U-31号设备了9组PEM燃料电池模块，AIP功率超越300kw。在此基础上，德国又制作了214型潜艇，配备了两组BZM120型质子交流膜燃料电池体系模块，输出功率240kw。214型潜艇选用了第二代低速永磁电机，噪音更低，功率更高。214型潜艇的水下续航时刻可达三周，在通气管状况6节航速时的续航力高达12000海里，续航时刻长达12周，显现了燃料电池AIP体系的极大优势。
近年来，跟着潜艇用锂电子技能的不断进步，越来越多的国家开端进行这方面的研讨。早在1990年代德国就展开了潜艇用锂离子电池动力体系的研发，2010年后在“行星太阳”号上测验了大型锂离子电池动力体系。德国新一代AIP潜艇216型用锂离子电池替代了此前的铅酸电池，可在潜航状况下坚持约四周，超越了214型潜艇。此外法国研发了潜艇用VL45E型锂离子电池，日本也在最新的“苍龙”级潜艇上设备了锂离子电池模块，还有多个国家推出了潜艇用锂离子电池项目。比较此前的燃料电池，锂离子电池具有单电池电压高、电池容量大、自放电才能低、运用寿命长等长处。潜艇用锂离子电池模块的运用，能够增强AIP潜艇的续航力和机动性，减少了上浮充电频率，提高了荫蔽性。所以，以锂离子电池为代表的燃料电池体系是未来AIP潜艇的一个重要展开方向。
和燃料电池AIP体系等比较，斯特林发动机体系仍具有许多优势，有着杰出的展开前景。斯特林发动机气缸中没有燃爆进程，不需气体分配阀门组织，工质活动进程平稳，噪音很低，有利于潜艇的隐身。斯特林发动机的功率要高于大部分潜艇用动力设备，还能够运用多种燃料，除了柴油，瑞典还尝试用天然气作为斯特林发动机的燃料。和燃料电池体系比较，斯特林发动机的运用寿命也要更长一些。并且，选用斯特林发动机体系的AIP潜艇的潜航时刻也更长，能够到达30~45昼夜。因而归纳剖析的话，斯特林发动机体系仍是潜艇AIP设备的抢手挑选之一，在未来仍有长足的展开空间。
