中国应该发展核电混动潜艇

晨枫

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/ X0 S; I3 Z! Z1 a, w1 o3 s潜艇的终极动力是核动力，速度快，具有无限潜航能力，但核动力潜艇的造价也很高，做到静音尤其不容易。另一方面，常规潜艇的造价低得多，电池动力状态下，噪音堪比“海洋黑洞”，但潜航时间短，上浮充电不仅容易暴露目标，也容易遗失战机。各种AIP都有缺点，无法与核动力相比。
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另一方面，由于航速与功率成立方关系，降低巡航速度要求，可以选用大大降低功率的核动力。新型一体化反应堆的体积小，运作简单，可以取代柴油机，用于巡航速度的电力推进，并对电池组充电。在需要高速冲刺时，电池与小堆一起驱动，可以提供短时间的爆发性高航速，用作战术机动。这样的核电混动可以在常规柴电潜艇的基础上发展，具有中低速无限航程和高速安静冲刺速度，可能是高端核动力潜艇的有利补充。
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" s& X. o9 h" O" e不过小堆需要自然循环，不仅降低噪声，也简化循环系统，不需要循环泵。问题是自然循环反应堆需要足够的高度，而吨位较小的常规潜艇发展过来的核电混动潜艇不可能有太大的艇体直径，否则就失去了造价优势了。


典型的常规柴电潜艇，上为英国“支持者”级（在加拿大称为“维多利亚”级），下为“基洛”级
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常规动力弹道导弹潜艇“高尔夫”级
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法国“梭鱼”级的艇体直径（和吨位）基本上是由反应堆尺寸决定的


+ X% {- o2 m5 Y* U典型小堆是瘦高的

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4 W* N8 Z* V9 M0 w4 E6 s% s, h$ u一体化反应堆也是这样
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( x: `1 A+ W! }  @+ X, a如果从常规的柴电潜艇开始，加长加大指挥塔，利用塔内空间安装小堆，就有可能在相对较小的艇体里安装较高的自然循环小堆，必要的话，在艇底突出一点也是可以的，如“高尔夫”级潜艇所示。
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加长加大的指挥塔肯定增加阻力，也加高重心，损害稳定性，但只要设计得到，这些问题是可以控制的。重要的是，具有小堆的核电混动潜艇可以达到相当于核动力的无限潜航能力、至少不亚于柴电的冲刺能力和依然较低的造价。

以“基洛”级为参照，水面排水量2300吨，水下排水量3950吨，6800轴马力（5100千瓦）推进动力，潜航速度20节。插入反应堆舱后，吨位有所增加。以“苍龙”级为参照，水面排水量2900吨，水下排水量4200吨，推进动力8000轴马力（6000千瓦），潜航速度依然为20节。假定功率与速度成三次方关系，巡航速度降低到16节的话，只需要约4100轴马力，降低到12节更是只需要约1730轴马力。但要增加到25节的话，则需要约16000轴马力（12000千瓦）。电功率6000千瓦的小堆（假定20%的效率，需要30000千瓦热功率）加6000千瓦的电池组就可以提供25节的冲刺航速。当然，电池组的容量是以千瓦-小时计算的，实际容量就看需要维持多长时间的冲刺航速了。

) A7 C' Q$ g! J9 T. N假定按照常规柴电潜艇惯例的2小时冲刺航速设计，“基洛”级需要10200千瓦-小时的铅酸电池组，而核电混动就需要12000千瓦-小时，采用锂电池的话，能量密度至少两倍于铅酸电池，加上取消柴油机和燃油舱，这个容量是不难在“基洛”级的艇体内做到的，实际上应该还有富裕的空间。在16节巡航时，小堆功率一半用于巡航，另有一半功率可用于充电，在理论上3小时内可以再次充满电池组。假定充电效率80%，也只需要不到4小时，这是很可以接受的。如果要节约使用核燃料，还可以降低航速，并进一步延长充电时间，这样可能对电池寿命管理也更加有利。

相比之下，水下排水量5300吨的法国“梭鱼”级需要26000轴马力（20000千瓦，反应堆热功率15万千瓦），潜航航速同样为25节航速。更大的吨位部分是由反应堆尺寸决定的，反应堆直径很难做得太小，要全部容纳在艇体内，艇体的基本直径就小不了。而核电混动的关键就是借用指挥塔的高度来解决较小的基本艇体直径的问题。
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- {, ~) w3 X: P# p- n2 B6 B9 e很大的电池容量也是核动力的备用动力，足够保证潜艇安全上浮、一定时间的航行和基本的系统运作了。真正的核动力潜艇反而需要单独的应急动力系统，以备核动力故障时的上浮、航行和系统运作。
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当然，上面的计算十分粗略，也没有考虑进加大的指挥塔的阻力，实际电池组的容量要求可能更大，以便补偿。但核潜艇的成本在很大程度上由反应堆决定，大大降低功率要求的小堆有望用比柴电潜艇增加不多的代价换得接近核动力潜艇的性能。这样的核电混动潜艇在战术上除了不能长时间以冲刺航速航行外，大体可与核动力潜艇一样使用，没有上浮换气、充电的需要。
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中国的柴电潜艇技术已经跨入世界前列，小堆也有深厚基础，加上X舵、五轴泵推技术，在大力发展下一代核动力潜艇的同时，这样的成本较低、性能较高的核电混动潜艇很值得考虑。中国海军建设正在步入历史上前所未有的黄金时代，但潜艇依然是短板，需要补上。考虑到地缘战略现实，全核动力化在战术上没有必要，在成本上过于高昂。但柴电的潜航时间太短，实际上只能在水下蠕动，相当于可机动的水雷。拦截敌国商船队没问题，但用于大国海军的对抗，还是力不从心了。核电混动是理想的补充。

hellotojinge

已经在开发吧

youyouyuyu

现在造这个东西有点炫耀技巧，而且我估计核潜艇我们有些地方还是很落后。不是有了小型堆就成熟了
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' ^1 }5 r- q# R% `需要造的东西还有很多，这玩意暂时不需要。
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  y, Q5 q" Q$ ]5 l& V5 d# o我们目前还是力保黄渤海，东南海，都浅
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dopplermaxgamil

youyouyuyu 发表于 2020-2-11 22:16
现在造这个东西有点炫耀技巧，而且我估计核潜艇我们有些地方还是很落后。不是有了小型堆就成熟了
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" y4 |- Z+ o( `& F需要造的 ...

2 W9 h1 |0 b# W, q: B% q, W小堆潜艇主要是便宜，比AIP贵一点。巡航速度和正规核潜艇差不多，就是飙高速只能持续两个小时左右。不过在浅海区可以碾压一切常规潜艇，对中国周边地区特别适用。
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& a. X* G2 P* v+ O+ B' f, \  Q不是不需要，而是快造好了。过去几年，除了出口订单，中国没有造新的AIP常规潜艇。而且中国研究建造这类小堆好多年了。别名叫核充电宝型AIP。

MacArthur

小堆做成瘦高瘦高的是不是因为一定要靠烧开水来发电？@马鹿  这个没法放躺下来估计是因为热水/蒸汽循环还得依靠重力。。。 核反应堆发电还得靠烧开水，本质上跟两百年前瓦特家那个咕嘟咕嘟的小水壶没什么太大区别。。。

* h1 D  m" {  Z0 q! x; k什么时候才能实现核裂变/聚变 =》直接发电呢？难道一定要靠工质吗？ 貌似目前只有氦-3 和氘的聚变反应才有希望。。。
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1 o$ H+ _2 ?" g! x0 M" Q) Dhttps://www.zhihu.com/question/65044388
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' l& R1 T( u# l6 a2 |/ L  |人类科技进步还真是任重道远啊。。。
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0 p5 h. _; Z1 L7 i1 ~

鳕鱼邪恶

模模糊糊记得核反应堆关掉再打开就费劲了。。小堆能直接on\off 吗？

鳕鱼邪恶

MacArthur 发表于 2020-2-11 23:15
/ h$ ^: I% g) `: }9 g6 X' _, W小堆做成瘦高瘦高的是不是因为一定要靠烧开水来发电？这个没法放躺下来估计是因为热水/蒸汽循环还得依靠重 ...

8 J( U6 z; y! a# t. H+ X核堆咋都会生热，就需要冷却。。冷却水咋办呢？

MacArthur

鳕鱼邪恶 发表于 2020-2-11 11:01
3 M' a1 R$ I/ a3 @核堆咋都会生热，就需要冷却。。冷却水咋办呢？

) Z, n+ a4 N6 S0 r2 h这倒是，能量释放的最基本形式就是热能。。。 “热能再利用”问题是避不开的。
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或许可以用来烫脚？

8 s- Y/ M0 I) {0 z/ l
有请专家来回答 @马鹿

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马鹿

MacArthur 发表于 2020-2-11 10:15
( T' Y9 y# F% A# W6 p8 \* q小堆做成瘦高瘦高的是不是因为一定要靠烧开水来发电？@马鹿  这个没法放躺下来估计是因为热水/蒸汽循环还得 ...

只要驱动的是蒸汽轮机, 那就必须烧开水

马鹿

MacArthur 发表于 2020-2-11 12:36
这倒是，能量释放的最基本形式就是热能。。。 “热能再利用”问题是避不开的。
' J" J, E1 d4 F" b- F
或许可以用来烫脚？

( g; X  P5 e4 D( u
* b- Z/ t: d. w( e. W现在核能有用于供暖

dopplermaxgamil

MacArthur 发表于 2020-2-12 01:36
这倒是，能量释放的最基本形式就是热能。。。 “热能再利用”问题是避不开的。

或许可以用来烫脚？

  @1 ]& [1 L  q谁敢用一回路的热水洗脚，才是真正的猛士。（也可能是死了的士）。

东湖珞珈

马鹿 发表于 2020-2-12 01:53
现在核能有用于供暖

; C( b$ k& J* g$ b* k那这种潜艇的红外特征会不会比较大？

晨枫

鳕鱼邪恶 发表于 2020-2-11 09:26
模模糊糊记得核反应堆关掉再打开就费劲了。。小堆能直接on\off 吗？

! K4 ?6 m0 U* M- X# T不能，只能idle

晨枫

MacArthur 发表于 2020-2-11 09:15
小堆做成瘦高瘦高的是不是因为一定要靠烧开水来发电？@马鹿  这个没法放躺下来估计是因为热水/蒸汽循环还得 ...

正是。用自然循环换热，否则用循环泵，复杂性和成本就上去了。

沉宝

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东湖珞珈 发表于 2020-2-12 02:17
; T4 ~! I. M0 u. z那这种潜艇的红外特征会不会比较大？

( P4 \5 t- k" Z' e% C, i0 u
水的热容大。而且，海水自己在流动，红外特征肯定远不如空气中好使。

鳕鱼邪恶

dopplermaxgamil 发表于 2020-2-12 02:12
; x/ m* E1 H0 G# ^% {5 k7 I0 u谁敢用一回路的热水洗脚，才是真正的猛士。（也可能是死了的士）。

% x0 i) v5 r4 k2 Y' }1 u现在一回路还用水的出门没脸见人了吧？

鳕鱼邪恶

以后建几个海底核能充电桩，给潜艇充电。。双方都来，冲完电再打～

MacArthur

鳕鱼邪恶 发表于 2020-2-11 13:43
/ S( W3 W  u& M+ R* S以后建几个海底核能充电桩，给潜艇充电。。双方都来，冲完电再打～

这个脑洞开得大，有点意思。。。
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鳕鱼邪恶

MacArthur 发表于 2020-2-12 03:27
! M4 E; J' Y6 u0 E; G) i& B这个脑洞开得大，有点意思。。。

4 H# U  O) b3 ]( {- a: Z哈哈那么继续脑洞。。固定电桩易被敌方抹掉。。搞几个游动的好了。。比如旧潜艇改装的充电潜艇，不需要高速，配备基本的自卫能力。。。在几个海域游动，还可以当情报收集站。

MacArthur

马鹿 发表于 2020-2-11 12:52
只要驱动的是蒸汽轮机, 那就必须烧开水

在裂变或者聚变过程中，释放出来的原子能，有多大比例是以辐射形式出来的？多大比例是热能？