解析前苏联核潜艇动力装置

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/29 17:55:25
2014年12月12日14:52
纵观上世纪60年代,前苏联设计制造了第二代核潜艇:667、670及671型。这一代核潜艇属于前苏联最大系列的一代,其建造工作一直持续到了1990年。第二代核潜艇动力装置是在第一代基础上改进缺点后建造而成的,虽可以避免发生特别重大的事故,但仍然存在核泄漏的重大设计缺陷。 面对苏联咄咄逼人的核潜艇发展计划,美国海军以牙还牙,加大了反潜力量的投入,1958年5月26日,美国开始建造第一种专职反潜作战的核潜艇“白鲑鱼”号核潜艇。该艇采用辅助电机,进行战术机动时可以采用电机驱动,克服了减速齿轮噪音大的缺点,所以在后来各国核潜艇大都采用类似的推进系统。“白鲑鱼”号潜艇的设计代表了西方当时最高攻击核潜艇水平,在美国海军,它被昵称为“杀手”!

为了挽回优势,苏联政府于1958年8月28日正式批准了第二代核潜艇研发计划。

核潜艇动力装置走向成熟

1958年12月,苏联政府制定了有关设计、建造核潜艇的7年计划(1959年至1965年),并根据计划于1959年11月3日正式批准建造孔雀石设计局的设计方案,即671型核潜艇。当时苏联政府对该级潜艇的基本战术要求为:可以在任何海况和全天候条件下遂行作战任务,当然首先考虑的是要适应北冰洋海域的作战;更低的噪音、更灵敏的声呐、相对适中的鱼雷武器。

新艇的工程代号671,北约则称之为“维克托”I级,简称VI级。当时“孔雀石”设计局任命年仅39岁的G?N?车尼什耶夫为“671”工程的总工程师,而列宁格勒的船厂负责具体建造。“671”工程另外一名功臣是苏联海军的总监造人V?I?诺维科夫,正是他的大力支持,水滴形艇型和单桨这些违反苏联潜艇传统的新设计才能被通过。

至于非常重要的动力系统方面,潜艇的水下最高航速不少于30节。后来经过反复论证与实验,决定并排安装2座BM-4P型反应堆,输出功率比BM-A型反应堆高7%,且燃料棒寿命延长至8年。此外,动力系统与循环系统的管理配置也有了很大的改进,这使得潜艇的可靠性有了很大提高。

紧随其后的维克托II级核潜艇,使用了当时苏联最先进的造船技术与建造方法,大大缩短了建造时间与费用,比如用单元型模块化建造方法代替传统的建造方法。新技术的引入大大减少了在船台上的建造期,至少减少了4~6个月,整个潜艇建造期也大大缩短了。


由于使用了成熟的技术与设计经验,因此维克托级配备的BM-4P型反应堆和其他机械设备在长时间服役期中基本没有发生过故障,年平均战备期长达8至10个月,战略出勤率保持在非常高的水平上。

由于反应堆成熟可靠,并且功率强大,各项指标都让苏联海军非常满意,所以后续的维克托级也继续配备2座BM-4P型反应堆。

和第一代苏联海军核潜艇使用的反应堆相比,BM-4系列反应堆属于第二代反应堆,它的一回路主要部件布置紧凑,改进了第一代的缺陷。除了V系列(维克托I、II、III)型外,苏联海军C级飞航导弹核潜艇、Y级和D级战略导弹核潜艇在内的全部第二代核潜艇,都装备了BM-4系列反应堆,总装备的数量超过200座
另类的液体金属冷却反应堆

上世纪50至60年代,美国全力发展弹道导弹核潜艇,一口气建造了几十艘“北极星”弹道导弹核潜艇。为此苏联开始寻求应对办法,能在美国弹道导弹核潜艇发射弹道导弹之前使用核潜艇将其击沉。

苏联海军要求新一级攻击核潜艇应像空军战斗机那样部署与使用,即平时交给专门部门维护保养,使用时立即派出,海上执勤时,机舱设备无需维护。整个潜艇的排水量、主尺度相应减小。

在演习中不止一次表明,低航速核潜艇无法占据有利的攻击阵位对高航速核潜艇发起攻击。这也使得苏联海军深刻认识到,航速是极重要的性能指标。只有保持苏联攻击核潜艇在速度上对美国核潜艇的优势,才能取得胜利。因此苏联海军对新型攻击核潜艇的速度要求也是空前的高:不低于40节!

在下潜深度方面,也达到了空前的600米常规下潜深度,极限下潜深度要求达到800米以上,因为更大的下潜深度可以躲避西方声呐武器的搜索,并进一步避免受到攻击。

而要达到上述两个要求,就要求潜艇尽量小,这样高速度与大潜深就可以比较容易实现。“孔雀石”设计局经过反复研究,最后决定对潜艇装备小型但却是高速大功率的反应堆,采用水下阻力小的艇型。经过复杂的挑选,最后设计师选择了液体金属冷却反应堆。

1961年5月25日,苏联部长会议批准了“高度自动化高速攻击型核潜艇试验艇(705型核潜艇)”计划。1961年12月11日,705型核潜艇的技术方案获得批准,“孔雀石”设计局的卢萨诺夫被任命为该项目的主任设计师。另外,苏联国防部长乌斯季诺夫将705型核潜艇项目明确规定为“国家目标”,计划建造多达30艘!

原计划705型核潜艇的排水量为1500吨,水下排水量2000吨,航速40节,艇体结构为单壳体,采用钛合金制造,装备一台液体金属冷却反应堆。由于苏联海军已醉心于双壳体结构,结果“孔雀石”设计局将单壳体改成双壳体,但还是将排水量成功控制在了3000吨左右,实现了轻型化的目标。

该级首艇从开始建造到1983年结束,共建造了两批7艘。仅从纸面上的数据就可以看出705型的性能有多么先进,液态金属冷却反应堆确保了705型有着40节以上的超高航速;全自动指挥控制系统使得仅需要40名艇员就可以操纵潜艇。当美国洛杉矶级企图跟踪705型时,705型凭借着40节以上的高航速和钛合金壳体所具有的高强度、低磁性的特点,轻而易举地就将洛杉矶级远远地抛在了后面,并在片刻之间消失得无影无踪。

当时是没有一型反潜武器能对攻击到深潜900米的705/705K型核攻击潜艇,更没有一型核潜艇能达到同样潜深。这为该级隐蔽无声攻击提供了前提条件。在跟踪西方航母编队和战略核潜艇时,705/705K型核攻击潜艇曾遭受无数次西方海军反潜兵力的围追堵截,通常该级仅仅是一潜了之,西方只能从声呐上眼睁睁地看着对手一点点潜入海底深处,自己却无计可施。

除了大下潜深度外,705/705K型核潜艇水下的高航速让西方震惊不已。该级核潜艇从静止到加速40节只需要短短的1分钟,从6节增至42节只需要3分钟。在最高航速状态下,进行180度的大转弯后再回转过来,仅仅使用了42秒钟。如此灵活的机动性可使该级核潜艇非常轻松地避开迎面而来的鱼雷,并驶入对手的死角,迅速转为反击。

当发现西方当时最好的洛杉矶级核潜艇时,705/705K型核潜艇经常是故意加大航速,引起洛杉矶级的注意和跟踪。当引诱成功后立即改为静音潜航,洛杉矶级为了追踪只能选择加速,结果很容易被探测到,双方的关系马上发生换位,洛杉矶级则成为被跟踪者。这时洛杉矶级无论是加速还是下潜或是机动都无法摆脱705/705K型核潜艇。

705/705K型核潜艇引起了国际社会的广泛关注,被称为是“超越时代的核潜艇”。其能达到上述超时代的性能与其采用的大量新技术是分不开的,而最为核心的是,它采用了超时代的液态金属载热剂反应堆。液态金属载热剂反应堆的采用使得该级核潜艇水面航速达20节,而水下航速高达36节,最高达到了石破天惊的49节。


但事物总有两面性,705/705K型核潜艇在大洋上狠狠羞辱了西方海军,但背后则是一大堆根本无法解决的技术问题,主要原因是它那超时代的液态金属冷却反应堆!其缺点是核燃料的初装量相对较多,金属钠吸收中子后仍有辐射,所以一回路的设备和管道都要屏蔽。为防止金属钠在管道和设备内凝结,反应堆停堆后还需保温和加热。此外,金属钠具有强烈的腐蚀性,与水会发生剧烈反应,可能会引起爆炸和火灾。

另外,705/705K型核潜艇的可维护性也不好,可靠性不高,导致该级艇问题不断。先是该级首艇 K-377 号1972年就发生了严重反应堆事故,被苏联海军从序列中除名。另有2艘分别在1986和1988年因机械故障而引发的事故中遭到重创,而先后退役。其余各艘尽管成功地完成了值勤战斗任务,但由于技术复杂,维修和保障困难,使得海军在该艇寿命未到就作出了将其全部退役的决定。至1996年7月31日,最后一艘705K型潜艇退出现役,传奇般的705/705K型核潜艇完成了其短暂且神秘的一生。

虽然705型给人以“红颜薄命”的感觉,但不可否认,该型艇在自动化研究、高航速、大下潜深度等众多方面取得的成果仍是极具意义的。其中许多成果被成功地用于下一代潜艇的制造当中,也对西方核潜艇和海军反潜武器的发展起到了巨大的推动作用。美国全力开发的海狼级潜艇就是最为明显的一个例子
安全问题并未彻底解决

第二代核动力装置是在第一代核动力装置的基础上并充分考虑其缺点之后建造而成的。第二代核动力装置通过加强核动力装置的管路、设备及其他元件的质量,基本上可以避免发生特别重大的事故。但核安全及放射安全问题并没有彻底解决,所以事故还是时有发生。从1967年到1996年,苏联海军带水-水核反应堆的核潜艇共发生了三起重大事故:1968年K-140艇,1970年K-320艇,1983年K-134艇。

从核安全以及放射安全角度而言,第二代核潜艇的主要缺点在于活性带、蒸汽发电机、自动化系统等主要设备不可靠。因此,艇上所发生的故障及事故基本上都与密封性缺失、一回路水通过蒸汽发电机进入二回路的漏水等现象有关,或者是与自动化系统失灵、其工况设定方面出错有关。比如,K-140核潜艇上的事故,就是因为自动化系统失误导致核反应堆未经批准的起动而引起。

带液态金属载热介质的核动力装置

至于带有液态金属载热介质的核动力装置应当属于核动力装置中一个比较特别的类别。

掌握液态金属冷却核反应堆是非常困难的一件事情。而最难的地方就在于合金存在固化的危险,有可能导致核动力事故。但较之水-水反应堆,这种反应堆装置还是被认为是较为安全的一种装置。

其安全性主要体现在下列特性方面:

在一回路低压情况下载热介质的沸点比较高——1679 ℃,这可以防止一回路过压、核反应堆的热爆炸以及活性质外溢;

在密封失去的时候,合金能迅速固化(合金熔解的温度约为125 ℃),借此可以避免发生载势介质损失这种大型事故;

没有钋的出路,但与此同时却存在中性的放射性钋辐射(半衰期为138昼夜);

液态金属载热介质还可以在外壳受损及失去密封性的时候控制放射性碘的大部分活性,这对于艇员免受放射危险有极大的益处;

在发生事故的情况下,核反应堆能够自行减小功率;


动力装置回路间的压力梯度是从二回路指向一回路,这样可以防止放射性的载热介质溢出回路的范围。

所有这些证据都说明这一方向还是很有前景的。现在,核动力装置的设计师们已经解决了装置上合金的“冻凝”及“解冻”问题,但反应堆带有液态金属载热介质的核潜艇却已经不再建造了,而且到了上世纪90年代中期,最后驻泊在西里察的K-123艇也退出现役。(施征 稿件来源:《当代海军》杂志)
http://military.people.com.cn/n/2014/1212/c1011-26197878-3.html2014年12月12日14:52
纵观上世纪60年代,前苏联设计制造了第二代核潜艇:667、670及671型。这一代核潜艇属于前苏联最大系列的一代,其建造工作一直持续到了1990年。第二代核潜艇动力装置是在第一代基础上改进缺点后建造而成的,虽可以避免发生特别重大的事故,但仍然存在核泄漏的重大设计缺陷。 面对苏联咄咄逼人的核潜艇发展计划,美国海军以牙还牙,加大了反潜力量的投入,1958年5月26日,美国开始建造第一种专职反潜作战的核潜艇“白鲑鱼”号核潜艇。该艇采用辅助电机,进行战术机动时可以采用电机驱动,克服了减速齿轮噪音大的缺点,所以在后来各国核潜艇大都采用类似的推进系统。“白鲑鱼”号潜艇的设计代表了西方当时最高攻击核潜艇水平,在美国海军,它被昵称为“杀手”!

为了挽回优势,苏联政府于1958年8月28日正式批准了第二代核潜艇研发计划。

核潜艇动力装置走向成熟

1958年12月,苏联政府制定了有关设计、建造核潜艇的7年计划(1959年至1965年),并根据计划于1959年11月3日正式批准建造孔雀石设计局的设计方案,即671型核潜艇。当时苏联政府对该级潜艇的基本战术要求为:可以在任何海况和全天候条件下遂行作战任务,当然首先考虑的是要适应北冰洋海域的作战;更低的噪音、更灵敏的声呐、相对适中的鱼雷武器。

新艇的工程代号671,北约则称之为“维克托”I级,简称VI级。当时“孔雀石”设计局任命年仅39岁的G?N?车尼什耶夫为“671”工程的总工程师,而列宁格勒的船厂负责具体建造。“671”工程另外一名功臣是苏联海军的总监造人V?I?诺维科夫,正是他的大力支持,水滴形艇型和单桨这些违反苏联潜艇传统的新设计才能被通过。

至于非常重要的动力系统方面,潜艇的水下最高航速不少于30节。后来经过反复论证与实验,决定并排安装2座BM-4P型反应堆,输出功率比BM-A型反应堆高7%,且燃料棒寿命延长至8年。此外,动力系统与循环系统的管理配置也有了很大的改进,这使得潜艇的可靠性有了很大提高。

紧随其后的维克托II级核潜艇,使用了当时苏联最先进的造船技术与建造方法,大大缩短了建造时间与费用,比如用单元型模块化建造方法代替传统的建造方法。新技术的引入大大减少了在船台上的建造期,至少减少了4~6个月,整个潜艇建造期也大大缩短了。


由于使用了成熟的技术与设计经验,因此维克托级配备的BM-4P型反应堆和其他机械设备在长时间服役期中基本没有发生过故障,年平均战备期长达8至10个月,战略出勤率保持在非常高的水平上。

由于反应堆成熟可靠,并且功率强大,各项指标都让苏联海军非常满意,所以后续的维克托级也继续配备2座BM-4P型反应堆。

和第一代苏联海军核潜艇使用的反应堆相比,BM-4系列反应堆属于第二代反应堆,它的一回路主要部件布置紧凑,改进了第一代的缺陷。除了V系列(维克托I、II、III)型外,苏联海军C级飞航导弹核潜艇、Y级和D级战略导弹核潜艇在内的全部第二代核潜艇,都装备了BM-4系列反应堆,总装备的数量超过200座
另类的液体金属冷却反应堆

上世纪50至60年代,美国全力发展弹道导弹核潜艇,一口气建造了几十艘“北极星”弹道导弹核潜艇。为此苏联开始寻求应对办法,能在美国弹道导弹核潜艇发射弹道导弹之前使用核潜艇将其击沉。

苏联海军要求新一级攻击核潜艇应像空军战斗机那样部署与使用,即平时交给专门部门维护保养,使用时立即派出,海上执勤时,机舱设备无需维护。整个潜艇的排水量、主尺度相应减小。

在演习中不止一次表明,低航速核潜艇无法占据有利的攻击阵位对高航速核潜艇发起攻击。这也使得苏联海军深刻认识到,航速是极重要的性能指标。只有保持苏联攻击核潜艇在速度上对美国核潜艇的优势,才能取得胜利。因此苏联海军对新型攻击核潜艇的速度要求也是空前的高:不低于40节!

在下潜深度方面,也达到了空前的600米常规下潜深度,极限下潜深度要求达到800米以上,因为更大的下潜深度可以躲避西方声呐武器的搜索,并进一步避免受到攻击。

而要达到上述两个要求,就要求潜艇尽量小,这样高速度与大潜深就可以比较容易实现。“孔雀石”设计局经过反复研究,最后决定对潜艇装备小型但却是高速大功率的反应堆,采用水下阻力小的艇型。经过复杂的挑选,最后设计师选择了液体金属冷却反应堆。

1961年5月25日,苏联部长会议批准了“高度自动化高速攻击型核潜艇试验艇(705型核潜艇)”计划。1961年12月11日,705型核潜艇的技术方案获得批准,“孔雀石”设计局的卢萨诺夫被任命为该项目的主任设计师。另外,苏联国防部长乌斯季诺夫将705型核潜艇项目明确规定为“国家目标”,计划建造多达30艘!

原计划705型核潜艇的排水量为1500吨,水下排水量2000吨,航速40节,艇体结构为单壳体,采用钛合金制造,装备一台液体金属冷却反应堆。由于苏联海军已醉心于双壳体结构,结果“孔雀石”设计局将单壳体改成双壳体,但还是将排水量成功控制在了3000吨左右,实现了轻型化的目标。

该级首艇从开始建造到1983年结束,共建造了两批7艘。仅从纸面上的数据就可以看出705型的性能有多么先进,液态金属冷却反应堆确保了705型有着40节以上的超高航速;全自动指挥控制系统使得仅需要40名艇员就可以操纵潜艇。当美国洛杉矶级企图跟踪705型时,705型凭借着40节以上的高航速和钛合金壳体所具有的高强度、低磁性的特点,轻而易举地就将洛杉矶级远远地抛在了后面,并在片刻之间消失得无影无踪。

当时是没有一型反潜武器能对攻击到深潜900米的705/705K型核攻击潜艇,更没有一型核潜艇能达到同样潜深。这为该级隐蔽无声攻击提供了前提条件。在跟踪西方航母编队和战略核潜艇时,705/705K型核攻击潜艇曾遭受无数次西方海军反潜兵力的围追堵截,通常该级仅仅是一潜了之,西方只能从声呐上眼睁睁地看着对手一点点潜入海底深处,自己却无计可施。

除了大下潜深度外,705/705K型核潜艇水下的高航速让西方震惊不已。该级核潜艇从静止到加速40节只需要短短的1分钟,从6节增至42节只需要3分钟。在最高航速状态下,进行180度的大转弯后再回转过来,仅仅使用了42秒钟。如此灵活的机动性可使该级核潜艇非常轻松地避开迎面而来的鱼雷,并驶入对手的死角,迅速转为反击。

当发现西方当时最好的洛杉矶级核潜艇时,705/705K型核潜艇经常是故意加大航速,引起洛杉矶级的注意和跟踪。当引诱成功后立即改为静音潜航,洛杉矶级为了追踪只能选择加速,结果很容易被探测到,双方的关系马上发生换位,洛杉矶级则成为被跟踪者。这时洛杉矶级无论是加速还是下潜或是机动都无法摆脱705/705K型核潜艇。

705/705K型核潜艇引起了国际社会的广泛关注,被称为是“超越时代的核潜艇”。其能达到上述超时代的性能与其采用的大量新技术是分不开的,而最为核心的是,它采用了超时代的液态金属载热剂反应堆。液态金属载热剂反应堆的采用使得该级核潜艇水面航速达20节,而水下航速高达36节,最高达到了石破天惊的49节。


但事物总有两面性,705/705K型核潜艇在大洋上狠狠羞辱了西方海军,但背后则是一大堆根本无法解决的技术问题,主要原因是它那超时代的液态金属冷却反应堆!其缺点是核燃料的初装量相对较多,金属钠吸收中子后仍有辐射,所以一回路的设备和管道都要屏蔽。为防止金属钠在管道和设备内凝结,反应堆停堆后还需保温和加热。此外,金属钠具有强烈的腐蚀性,与水会发生剧烈反应,可能会引起爆炸和火灾。

另外,705/705K型核潜艇的可维护性也不好,可靠性不高,导致该级艇问题不断。先是该级首艇 K-377 号1972年就发生了严重反应堆事故,被苏联海军从序列中除名。另有2艘分别在1986和1988年因机械故障而引发的事故中遭到重创,而先后退役。其余各艘尽管成功地完成了值勤战斗任务,但由于技术复杂,维修和保障困难,使得海军在该艇寿命未到就作出了将其全部退役的决定。至1996年7月31日,最后一艘705K型潜艇退出现役,传奇般的705/705K型核潜艇完成了其短暂且神秘的一生。

虽然705型给人以“红颜薄命”的感觉,但不可否认,该型艇在自动化研究、高航速、大下潜深度等众多方面取得的成果仍是极具意义的。其中许多成果被成功地用于下一代潜艇的制造当中,也对西方核潜艇和海军反潜武器的发展起到了巨大的推动作用。美国全力开发的海狼级潜艇就是最为明显的一个例子
安全问题并未彻底解决

第二代核动力装置是在第一代核动力装置的基础上并充分考虑其缺点之后建造而成的。第二代核动力装置通过加强核动力装置的管路、设备及其他元件的质量,基本上可以避免发生特别重大的事故。但核安全及放射安全问题并没有彻底解决,所以事故还是时有发生。从1967年到1996年,苏联海军带水-水核反应堆的核潜艇共发生了三起重大事故:1968年K-140艇,1970年K-320艇,1983年K-134艇。

从核安全以及放射安全角度而言,第二代核潜艇的主要缺点在于活性带、蒸汽发电机、自动化系统等主要设备不可靠。因此,艇上所发生的故障及事故基本上都与密封性缺失、一回路水通过蒸汽发电机进入二回路的漏水等现象有关,或者是与自动化系统失灵、其工况设定方面出错有关。比如,K-140核潜艇上的事故,就是因为自动化系统失误导致核反应堆未经批准的起动而引起。

带液态金属载热介质的核动力装置

至于带有液态金属载热介质的核动力装置应当属于核动力装置中一个比较特别的类别。

掌握液态金属冷却核反应堆是非常困难的一件事情。而最难的地方就在于合金存在固化的危险,有可能导致核动力事故。但较之水-水反应堆,这种反应堆装置还是被认为是较为安全的一种装置。

其安全性主要体现在下列特性方面:

在一回路低压情况下载热介质的沸点比较高——1679 ℃,这可以防止一回路过压、核反应堆的热爆炸以及活性质外溢;

在密封失去的时候,合金能迅速固化(合金熔解的温度约为125 ℃),借此可以避免发生载势介质损失这种大型事故;

没有钋的出路,但与此同时却存在中性的放射性钋辐射(半衰期为138昼夜);

液态金属载热介质还可以在外壳受损及失去密封性的时候控制放射性碘的大部分活性,这对于艇员免受放射危险有极大的益处;

在发生事故的情况下,核反应堆能够自行减小功率;


动力装置回路间的压力梯度是从二回路指向一回路,这样可以防止放射性的载热介质溢出回路的范围。

所有这些证据都说明这一方向还是很有前景的。现在,核动力装置的设计师们已经解决了装置上合金的“冻凝”及“解冻”问题,但反应堆带有液态金属载热介质的核潜艇却已经不再建造了,而且到了上世纪90年代中期,最后驻泊在西里察的K-123艇也退出现役。(施征 稿件来源:《当代海军》杂志)
http://military.people.com.cn/n/2014/1212/c1011-26197878-3.html
我兔能否弄来相关的液态金属反应堆和钛合金潜艇外壳的相关技术资料来改进自己的核潜艇
这方面都是国家机密。
有没有大神能详细介绍一下我国有关液态金属反应堆的前景?
总感觉有股地摊文的意思
男人爱D也爱C 发表于 2014-12-14 13:28
有没有大神能详细介绍一下我国有关液态金属反应堆的前景?
这是垃圾技术。压水堆才是正途!
男人爱D也爱C 发表于 2014-12-14 13:28
有没有大神能详细介绍一下我国有关液态金属反应堆的前景?
钠冷快堆(中国实验快堆)是未来中国四代核电的主力堆型,将来钠冷快堆有可能出现在我们的核潜艇上,431厂和哈工程联合对钠冷堆的某系统的建模和仿真研究已经开始。
我兔能否弄来相关的液态金属反应堆和钛合金潜艇外壳的相关技术资料来改进自己的核潜艇
钛合金对于核潜艇来讲没有必要,价格太高,只是冷战时期苏联为了追求在潜深方面的极致要求采取的极端手段,现在五大流氓建造的新核潜艇还有哪个用钛合金?至于钠冷快堆么,作为土鳖未来发展的四代核电的主力堆型之一,我们自己的研究也正在进行,将来有相当大可能用在核潜艇上,耐心等待吧。