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日本戴着口罩 也要让锂电池潜艇服役 性能优秀却暗藏大问题
  • 发布时间:2020-03-25
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  • 日本也戴着面具,以使锂离子电池潜艇在服役中表现良好,但有大问题

    郝汉防务论坛

    今天,日本海上自卫队的新潜艇“黄龙”举行了服役仪式。由于适逢日本疫情,所有官兵在仪式上都戴着口罩。我不得不说,这也是一个特殊时期的特殊“形态”的产物。也许这也将是最特别的服务仪式。

    黄龙是日本海上自卫队“黑龙”的第11艘潜艇。让我们回顾一下二战以来在日本海建造的潜艇。二战以来日本海潜艇的发展基本上可以分为以下几个阶段:第一阶段是租赁和自主研究相结合,以恢复水下作战能力。这一阶段的代表是从美国租赁的“小鲨鱼”级常规潜艇。日本被称为“黑潮”。(日本给船只命名的做法非常有趣。感兴趣的朋友可以有详细的了解。黑潮在我国是指日本暖流,也是北太平洋最强的暖流。日本丰富的渔业资源也得益于此)。除了租用黑潮,日本还开发了第一代“亲潮”级。这些两级潜艇已经成为日本自我恢复水下动力和反潜能力的起点。第二阶段是日本的海上小跑。它不断发展出“早潮”、“夏潮”、“大潮”、“北潮”和“北潮”。这些模型是日本采用传统鲸鱼弓和逐步探索最先进的潜艇技术的开始。建造的潜艇种类不多。这正是我军“小跑”的节奏。第三阶段是日本大规模建筑快速升级的开始。日本海锁定了美国采用的“蓝白色大鱼”的细长水滴形状后,自60年代末以来,已经形成了一批“漩涡潮”、“晚潮”和“大潮”。在这个阶段,日本的自动推进潜艇在技术上远远领先于其他国家,尤其是在东亚。当时,中国仍在使用R级潜艇,只制造了少量的035型潜艇。就水下战争而言,可以看出当时我们的军队是多么低劣。你知道,当春潮快要结束时,我们的039第一艘船开始测试。第四阶段从支持潮流的阶层开始,一直持续到现在黑龙阶层的产生。在这一阶段,日本海已经逐渐开始转变为AIP潜艇。尽管它是亚洲第三个采用AIP技术的国家,但前两个不值得一提。自潮前阶段以来,日本已经放弃了细长水滴型,而采用了更时尚的雪茄型。除了船型的改变,沧龙级潜艇还采用了X型船尾舵,甚至在二战期间改名为航空母舰。这表明日本是多么重视这艘潜艇。

    黑龙级是第一艘来自日本海的AIP潜艇。所谓的AIP是指不依靠空气推进的意思。这个名字很难发音,但是长期以来一直没有正确的中文标准翻译,所以它被使用了很长时间。作者在此真诚呼吁是否可以出版一个标准的中文译本。远非如此,黑龙级常规潜艇是由AIP提供动力的,因此它们的水下能力比以前的喜潮和喜潮潜艇有了很大的提高。它可以在水下工作两周,这是世界上最好的AIP潜艇圈之一。这种水下能力取决于日本在电池制造技术方面高度独立的研发能力。然而,应该指出的是,由于AIP潜艇基本上是用传统的铅酸电池开发的,它已经使用了几十年,并且一直在使用。铅酸电池是什么样的?恐怕今天的年轻人不明白,当我们年轻的时候,我们经常会遇到电池长时间放在手电筒里的现象,导致“汤流”。这种电池是铅酸电池。它们的内部主要由铅及其氧化物组成,电解液主要由硫酸等组成。铅酸电池自从发明以来就被广泛使用。电动汽车和汽车最常见的电池是铅酸电池。铅酸蓄电池相对容易生产,原材料也很好生产,但也存在着主要问题,即它们容易污染环境,而且它们的电解液具有很高的腐蚀能力,不能在自然环境中降解。它的重量也很重,通常当我们坐电瓶车的时候,取下电池并把它搬到楼上是一项体力工作,这就是原因。最后,铅酸电池很容易“断电”,这通常是由于电池硫化或强电流(通常是启动电流)拉动电极板造成的。由于物理损坏,这种损坏往往无法修复,因此我们经常会出现电池不能越来越多地使用的现象。然而,这些铅酸蓄电池的固有缺点存在于任何类型的潜艇中,并不是因为采用了斯特林发动机,这些缺点才得以改善。因此,第11届黑龙级“凤凰龙”的服务只是给人们一个特殊的看待。

    这是为什么?与以前的潜艇不同,凤凰号使用了我们手机中常用的锂电池技术。1970年,埃克森公司的m s whitingham用硫化钛作为阳极材料,锂金属作为阴极材料,制造了第一个锂电池。此后,锂电池技术方兴未艾。其技术路线分为锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池不可充电,但在1996年第五代锂金属电池成功开发后,锂金属电池也可以充电。这为大规模工业生产奠定了基础。当前的锂电池技术可以说已经成为新工业革命中各国竞争的焦点。我们通常使用的手机和充电设备都是用锂电池技术制造的。与传统的铅酸蓄电池相比,锂电池大大增加了充电次数和充放电效率。例如,着名的特斯拉汽车使用7000多个电压为400伏的电池,半小时内可以充电80%。这是铅酸电池根本达不到的标准。当这种技术应用于军事事务时,许多人肯定知道这意味着什么。

    凤凰号的高性能特别突出,因为锂电池被用作主要电源。第一种是储存等量的电能。因为锂电池体积小、重量轻,它们能储存更多的电能,这就是凤凰号能在水下停留一个月的原因。其次,锂电池是主要的能源,其噪音较低,这使得凤凰号的安静性能接近核潜艇。然而,高性能的成本自然很高。据说,在日本海新投入使用的3300吨黄龙潜艇的成本已经达到5.8亿美元。5.8亿美元的概念是什么?首先,让我们谈谈水面舰艇。056轻型护卫舰在我国的造价仅为7亿元人民币,约合1亿美元。在我国,054A导弹护卫舰的建造成本大约是056的两倍,即大约2亿美元。我国055大型驱逐舰的建设成本约为70亿元人民币,约合10亿美元,而美国伯克级驱逐舰的建设成本高达40亿美元。这是水面舰艇的费用。让我们来看看潜艇的成本。从中国出口到泰国的S26T常规潜艇的单价约为3.5亿美元。出口价格包括全套人员培训、后期潜艇维护、储存弹药和制造商利润。法国志留斯级潜艇的单价约为6亿美元,德国214型潜艇的单价约为4亿美元。这些都是出口价格,生产国自用肯定不会这么贵。因此,如果凤凰号潜艇的成本是世界第二的话,那就真的没有其他潜艇敢问津了。

    这样的价格是有原因的。主要部分是锂电池的成本。与昂贵的锂电池相比,铅酸蓄电池具有明显更好的性价比。它们使用起来也更稳定,成本更低,并且在适当维护时具有更长的使用寿命。此外,三分之一的电池成本可以通过出售废弃产品来回收,这是锂电池所不具备的优势。另一个问题是我们都知道锂电池容易膨胀。这是因为锂电池需要配有保护电路。部件的增加导致故障率的增加和稳定性的降低。简而言之,一旦被击中,它们很容易引起短路和火灾。在此之前,一家航空公司的波音787因为锂电池的碰撞而起火,而制造商就是向凤凰城提供锂电池的制造商。正是因为这种缺陷,所以这也是其他国家拥有锂电池生产技术,但没有在潜艇这样危险的地方使用锂电池的一个重要原因。日本敢于第一个吃螃蟹的事实可能也与电动汽车和混合动力汽车在这方面的技术更好,并且渴望提高它们的水下能力有关。与第一批10艘沧龙级潜艇相比,凤凰号的其他变化并不大。他们都使用四个V4-275R MKII斯特林发动机和两个12V25/25SB柴油发动机。潜艇船头装有6个533毫米鱼雷发射管,可发射89型鱼雷、捕鲸叉式潜艇发射导弹和日本研制的水雷。声纳系统继续使用自潮汐保护阶段以来装备的ZQQ-6改进型声纳。它由潜艇船头的圆柱形声纳、船头上部的侦察声纳、船体侧面的舷侧测距声纳阵列和尾部的拖曳式声纳阵列组成。海上搜索雷达仍然是ZPS-6系列,光学潜望镜和光电桅杆也是以前成熟的设备。

    当然,凤凰号是日本海本身的“跨代”潜艇,也是我们军队的另一个可怕敌人。虽然我军已经装备了许多核潜艇,常规潜艇的数量和质量也在迎头赶上,但如何有效地攻击敌人的“无声”潜艇,如何从各种平台如反潜巡逻机、反潜直升机、水面驱逐舰、核潜艇和常规潜艇上有效地搜索和实施反潜战,可能是我们应该研究好的课题。

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