金旭东, 吕 田, 兰 健

新型闭式铝粉燃烧斯特林机水下动力系统构型分析

金旭东, 吕 田, 兰 健

(中国船舶重工集团公司 第711研究所, 上海, 201203)

针对现有的动力电池、柴油-液氧型斯特林机等常规水下动力系统的能量密度多在300 W∙h/kg以内的问题, 提出了一种以铝粉燃烧为基础的新型高能量密度斯特林水下动力系统方案。通过数值仿真方法, 分别构建了铝水燃烧联合燃氢斯特林机水下动力系统以及铝水燃烧+氢氧燃烧联合液钠斯特林机水下动力系统, 并与传统柴油-液氧斯特林机动力系统进行了能量密度以及燃料成本的比较。结果发现, 铝水燃烧联合燃氢斯特林机水下动力系统的能量密度高达648 Wh/L, 为传统柴油-液氧斯特林机动力系统的2倍, 燃料成本为传统柴油-液氧斯特林机动力系统的2倍; 铝水燃烧+氢氧燃烧联合液钠斯特林机水下动力系统的能量密度为传统柴油-液氧斯特林机动力系统的1.7倍。可见, 新型闭式铝粉燃烧斯特林水下动力系统有着良好的发展潜力, 可为未来水下动力系统的设计提供理论参考。

水下动力系统; 斯特林机; 铝粉燃烧; 数值仿真

0 引言

无人水下航行器(unmanned undersea vehicle, UUV)等水下航行器的未来主要发展方向之一就是提升续航力[1-3], 长航程必然对应高能量密度的动力系统, 目前动力电池、柴油-液氧型斯特林机等可用于水下航行器的常规动力系统, 能量密度多在300 Wh/kg 以内, 不太可能满足水下航行器未来发展的长远要求。因此, 研发具有长运行寿命、高比功率、高能量密度、高能量效率且无污染的动力系统是水下航行器未来发展的关键问题之一。……