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建造无人潜航器有多难(中)

2025-02-24 09:00 作者: 张 琦 李 博 黎明宇 来源: 解放军报 14184 次阅读

由于壳体内通常装备着各种设备,在完成水下任务后往往要对这些设备进行检修,所以壳体必须有一个可拆卸的封头。这种可拆卸的封头,通常采用“O”形圈密封。它是一个橡胶或其他弹性材料构成的圆环,低压时靠自然弹性,压力增加时“O”形圈会进一步变形,挤满可能泄漏的地方。选用质量上等的密封圈,并保持与壳体上的密封槽配合良好,才能保证密封性。

第三关:防腐蚀技术。海水的强腐蚀性,使得无人潜航器在设计和制造时必须考虑防腐蚀措施。美国国防高级研究计划局于2019年启动的“魔鬼鱼”项目,第一阶段就要通过无人潜航器防腐蚀等多个关键设计审评。防腐蚀设计一般有5种方式。一是采用耐腐蚀的金属、合金或非金属材料。二是将被保护的表面与侵蚀介质隔绝。三是采用有机涂层和无机涂层将被保护平面与侵蚀介质隔绝,有机涂层多为涂料涂层和塑料涂层,无机涂层多为金属涂层和非金属涂层。四是采用电化学保护。五是采用减轻腐蚀的结构设计,比如减轻缝隙腐蚀、减轻应力腐蚀、减轻接触腐蚀等。

电池能量密度要求高

相对陆地而言,海水中缺少空气,各种热机难以工作,无人潜航器大多数情况下需要依赖其他能源。无人潜航器的能源与动力系统必须可靠性高、控制性好、耐高压、耐高温、耐腐蚀。此外,由于无人潜航器体积较小,能源与动力系统还必须较高的单位重量和单位体积能量密度。

现有的无人潜航器主要依靠锂电池作为动力源。典型的有挪威的HUGIN1000潜航器。该潜航器搭载聚合物锂电池,采用串联方式将单体电池连接起来,每个单体电池容量约为40安时。这款潜航器的首要任务是探测水雷,航速一般为4至6节。

一些国家也在探索使用其他类型的电池,以提高水下航行器的性能。目前,使用较多的主要有铅酸电池、铝硫化铁蓄电池、锂蓄电池等。

铅酸电池成本低廉,技术成熟且维护相对简单。铅酸电池的电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液。美国的“曼塔”大排量无人潜航器使用的动力源就是铅酸电池。该无人潜航器重14吨,采用泵喷推进,最高航速10节,巡航速度5节,续航时间为4到5小时。“曼塔”大排量无人潜航器主要担负侦察、监视等任务,也可以作为母艇平台,搭载更小型无人潜航器

铝硫化铁蓄电池以锂铝合金为极板,使用硫化铁固体电解质全密封蓄电池。这种电池能量密度高,输出功率大,能量效率高。

锂蓄电池是美国马里兰州水面战中心正在研究的一种无需加热的新型锂电池。它用固体氧化钴作阳极,氟化砷为电解液,充放电时锂粒子来回穿梭,能量密度较高。该蓄电池充电速度快,而且在充电时不会产生气体,具有较好的安全性。

初审:孙世奇

复审:成自来

终审:陈光中

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