第五卷海军军舰 沃尔特涡轮机——现代aip的鼻祖


    更新时间:2006-8-8 21:14:00 本章字数:2493


    沃尔特涡轮机（walter-turbine）可以使潜艇在水下不依赖空气高速航行并可作为潜艇唯一动力使用，由德国海尔马特·沃尔特教授发明和研发。基本原理是以过氧化氢分解产生的氧气为助燃剂，燃烧生成蒸汽、燃气混合气体驱动涡轮机。


    沃尔特机的开端


    沃尔特是盖尔马尼亚船厂的工程师，30年代初期，他开始构思以过氧化氢作为氧气源的潜艇动力装置，并向德国海军当局提交了在柴油机送气中混入氧气的水下高速潜艇方案。


    当时，化学工业已经能够制造浓度达80%的过氧化氢溶液（为保密匿称为阿弗罗尔），同时使其分解为水蒸气和氧气的触媒的开发也已成功。1千克的阿弗罗尔分解生成0.1千克的氧气，产生552千卡/千克的热量，燃烧后产生2倍于分解热的热量。


    之后沃尔特考虑了使用分解热的简单构造的涡轮机草案，1934年制成样机，并向海军当局申请进行实艇试验，以不间断地进行基础研究。


    沃尔特机的组成和特点


    主船体下方设置过氧化氢舱，过氧化氢在分解器中通过触媒分解为氧气和450c的水蒸气，送入燃烧室，氧气和燃料（柴油）燃烧后温度约为2100c，喷水降温后形成550c，36个大气压的蒸汽、燃气混合气体，驱动涡轮带动减速齿轮箱，进而驱动推进轴。燃气在水喷射式复水器中分解为清水和二氧化碳，清水冷却循环到燃烧室用于喷射降温，二氧化碳则排出舷外溶解于海水。


    直接推进方式的主机具有构造简单，容积小而功率大的优点。但通过喷射清水降温使得热效率降低，低速时的效率恶化，几乎不存在经济航速，严重影响了水下航速和续航力以及下潜深度（受排气压力影响）。而且为了防止主机舱内高温一氧化碳泄漏造成伤害，在艇尾要设置无人气密结构。


    沃尔特潜艇的建造


    1936年初，盖尔马尼亚船厂成功进行了4000马力的直接推进方式涡轮机的台架试验，这年夏天，沃尔特从船厂辞职开办了沃尔特研究所，继续推进水下高速潜艇的开发。当时对于沃尔特向海军当局提交的方案持怀疑态度者居多，但潜艇部队司令邓尼茨给予了支持。


    1939年初决定建造73吨（水上排水量，下同）的试验艇v80，翌年在盖尔马尼亚船厂建成。该艇安装了一台2000马力涡轮机，是使用燃烧室产生蒸汽、氧气混合气体驱动的，试验中水下航速达到28.1节，证明了沃尔特机作为水下高速潜艇动力的可能性。1942年在盖尔马尼亚船厂开始了610吨的试验艇v300（u-791）的建造，动力方式不变，为2台2180马力的涡轮机，单轴，预测水下航速可以达到21节，但在决定建造后述x7a型的过程中中止了v300的建造。


    由于海军对开发的消极态度和认为v300的速度不够，沃尔特于1942年初向邓尼茨申诉。邓尼茨一直坚持水下高速潜艇的必要性，因此向海军总司令提出推进沃尔特潜艇实用化的申请，其结果是由布隆福斯造船厂建造2艘27吨（疑为270吨——译者注）的实用试验艇wa201型（u-792，u-793），由盖尔马尼亚船厂建造2艘236吨的wk202型（u-794，u-795）。u-792和u-794都採用2台2500马力涡轮机驱动单轴，水下航速达24-25节，另外两艘则改为1台，水下航速为22节。这四艘艇性能优异，尤其是wa201型。


    1942年秋，应邓尼茨的要求，决定建造用于北海和英伦周边海域作战的x7b型和g型各12艘，这型艇改进自wa201和wk202型。安装了2500马力涡轮机1台，水下航速达到21.5节。b型中1943年开工的u-1405~1407等3艘艇建成，而u-1048~1410则直到二战结束还未建成。


    沃尔特还开发了7500马力的大型潜艇高速化用的涡轮机，装备1台这种涡轮机的远洋作战中型潜艇xxvi型于1944年量产，水面排水量842吨，但u-4501~4504最终未建成，改型xxvia/b型也只停留在计划阶段。另外还有3型艇的计划也没有实现，分别是：邓尼茨寄予厚望的用于大西洋作战的大型潜艇x8和xx4型，都安装2台涡轮机和2轴推进；沿岸作战用的小型艇xⅫ型，採用1850马力涡轮机1台。由于过氧化氢的产量不足，採用1台7500马力涡轮机的xxxv和xxxvi型在计划的初期阶段就夭折了。


    沃尔特研究所继续进行提高低速时续航力的研究，1943年开始开发间接推进方式。这种方式中，利用燃烧室生成的高温蒸汽、燃气混合气体，加热管道中的水，形成400c，25个大气压的蒸汽，驱动涡轮。间接推进方式机械构造复杂，但热效率高，低速时的效率优势显着，也有利于增加下潜深度。原本计划开发装有1台250马力间接方式涡轮机的xx8型艇，但由于时间等原因而终止。


    直接推进方式的过氧化氢消耗量极大，xx6型艇装载了97吨过氧化氢，以22节航速只能航行7小时，以15节航速可以航行13小时，为了使各型艇的续航力达到实用指标，不得不安装了柴油机、蓄电池、电动机和微速用电动机，结果使沃尔特机作为潜艇唯一动力的初衷化为泡影。


    战后的沃尔特涡轮机


    战后，英、苏、美等国都取得了德国技术，开发制造了沃尔特涡轮机。


    英国得到了xx6型的主机和x7b型的u-1407（更名为meteorite）并进行了试验，1946~49年阿姆斯特朗公司进行了沃尔特机研发的努力，并于1956~58年完成2艘装备改进型直接推动方式沃尔特机的试验艇兼反潜训练目标艇explorer级。当核动力潜艇开发成功后，沃尔特机的研发就中止了。