核潛艇到底是如何推動(dòng)自己前進(jìn)的?


核潛艇和核動(dòng)力航母的動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)際上是大同小異的。不過兩者的熱功率區(qū)別較大,而且設(shè)備的緊湊性也不一樣。核潛艇由于受到體積限制,因此設(shè)備普遍比核動(dòng)力航母小的多。
到目前艦船核動(dòng)力并不是核能直接做功。目前只有小型同位素電池可算是直接把衰變熱能轉(zhuǎn)換成電能。但是這種裝置總功率非常小,只能應(yīng)用到深空探測的航天器上,比如已經(jīng)飛到太陽系邊緣的幾個(gè)探測器都帶有同位素電池,可以在太陽光都沒有的情況下還為探測器的設(shè)備提供基本的電能并和地球進(jìn)行無線電聯(lián)絡(luò)。一般來說這種同位素電池的有效期可以達(dá)到60年,等這些電池最終失效,這些已經(jīng)飛到太陽系邊緣甚至已經(jīng)飛出太陽系的探測器將徹底和人類結(jié)束聯(lián)系。
核電池也考慮過在潛艇上的應(yīng)用,但是目標(biāo)仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到功率強(qiáng)大到推動(dòng)大型潛艇的地步?,F(xiàn)在一直傳言在研發(fā)小型反應(yīng)堆裝備較小的潛艇,但是目前都是計(jì)劃而沒有變成現(xiàn)實(shí)。

目前現(xiàn)役的核潛艇仍然都是常規(guī)的壓水堆。所謂的壓水,就是有壓力的高壓水。通過高壓水作為第二回路,來置換出核潛艇反應(yīng)堆一回路的巨大熱能,再把這些熱能轉(zhuǎn)換成動(dòng)力能來推動(dòng)核潛艇前進(jìn)。其實(shí)核動(dòng)力航母同樣大體也是這樣,目前都實(shí)現(xiàn)不了用核能直接轉(zhuǎn)換成電能的方式。而使用蒸汽動(dòng)力的常規(guī)動(dòng)力航母和核動(dòng)力航母兩者的區(qū)別,只是燒出熱水和蒸汽的是燃油鍋爐和核反應(yīng)堆的區(qū)別。兩者下面的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)都是蒸汽輪機(jī)、減速齒輪、大軸,螺旋槳,以及蒸汽冷凝器,當(dāng)然還有蒸汽動(dòng)力發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
二回路壓水就是純凈水,水本身的比熱很大,是能量傳遞的優(yōu)良載體,而且核潛艇和航母都常年運(yùn)行在海里,外界并不缺水,可以直接通過管道從外界引進(jìn)海水進(jìn)行凈化使用,而且可以用外界較冷的海水來冷卻動(dòng)力系統(tǒng)。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,純水加熱到100攝氏度就沸騰,但是高壓下水的沸點(diǎn)會(huì)提高。核動(dòng)力包的水被加壓到數(shù)十個(gè)大氣壓甚至更高,這樣的水超過300攝氏度都不會(huì)沸騰,而且載有巨大的能量,一旦稍微減壓就會(huì)變成高壓蒸汽,可以推動(dòng)汽輪機(jī)來做功。核動(dòng)力航母和核潛艇雖然都是壓水堆,但是還是有稍微的區(qū)別,航母上采用的是過熱蒸汽,而核潛艇一般采用過飽和蒸汽。后者的設(shè)備更加緊湊。
減壓蒸汽在系統(tǒng)中推動(dòng)汽輪機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn),這種旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出,經(jīng)過減速齒輪系統(tǒng),再帶動(dòng)核潛艇的大軸旋轉(zhuǎn),而螺旋槳在軸的尾部旋轉(zhuǎn),這樣核潛艇就可以前進(jìn)了。而經(jīng)過做功的蒸汽再流動(dòng)到冷凝器中,重新冷凝成液態(tài)水,再被高壓泵加壓后打回反應(yīng)堆二回路,這樣就可以循環(huán)輸出動(dòng)力。

核潛艇直接通過蒸汽輪機(jī)、減速齒輪、大軸對外輸出動(dòng)力,這種方式功率比較大,一般在核潛艇高速行駛時(shí)使用,但是缺點(diǎn)是噪音也比較大。因此潛艇上一般有兩套系統(tǒng)。潛伏和靜音低速行駛時(shí),蒸汽輪機(jī)的動(dòng)力輸出切換到核潛艇發(fā)電機(jī)上,發(fā)出的電儲(chǔ)存在電池組,然后通過電池組帶動(dòng)電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)再帶動(dòng)大軸和螺旋槳緩慢做功前進(jìn)。這樣噪音小。
而最新一代的核潛艇已經(jīng)普遍取消了變速齒輪,蒸汽輪機(jī)發(fā)出的電直接都帶動(dòng)發(fā)電機(jī),這就是全電化的和核潛艇,這樣在高速時(shí)噪音也比較小。甚至今后會(huì)把大軸也取消,變成全電軸流泵推進(jìn)。