茶壶反应堆—— 苏联WAU-6型常规潜艇辅助核电站
前面朝鲜核潜艇文章提到了苏联的辅助核动力装置,今天就来具体看一下。需要说明的是,上一篇用的是俄文字母,为了阅读方便,今天这篇改用英语字母。
大家熟悉的核潜艇使用反应堆和汽轮机系统构成完整的动力系统,虽然反应堆类型五花八门,但是整个动力系统的基础原理是差不多的。不过,科学家们的思路并没有固定在这一个方案上,而是想出了新的方案。方案原理也不难理解,常见的核潜艇和动力系统使用汽轮机通过减速齿轮箱直接带动轴系工作,而新方案中总系统只用来发电,潜艇依然使用电动机推进。这个方案的好处是总体结构与常规潜艇类似,只不过把柴油机换成了核电站。和常规方案相比,这种方案对于整个和动力系统的功率要求较低,结构和价格较低,但从另一个角度来说,这也是劣势,这种动力系统不能够实现高速长航,否则其技术复杂程度就要超过常规设计了。所以这一方案最好用在小型核潜艇或者当作AIP系统看待。
美国曾在1961年经研制了601B型核动力吊舱,并计划新设计装备该设备的2000吨级小型核潜艇,这个在公众号5月6号的文章《美国海军小型核动力吊舱计划》中已经介绍过了;而苏联则研制出了WAU系列辅助核电站。
苏联对这样的一个东西早有想法。早在1958-1959年,苏联第16中央设计局(TsKB-16,即原波浪设计局,现在的孔雀石设计局)就提出了629M型潜艇(G级)设计的具体方案,方案在艇体中间加入辅助核电站舱段。1965年,由苏联第18中央设计局(TsKB-18,即“红宝石”设计局)提出了651K方案(注意这个方案实际建造的651K并不一样),就是带有一个辅助核电站。随后,根据船舶工业部的指示,651K项目的所有技术文件都转移到第112中央设计局(TsKB-112,即“天青石”设计局,633型潜艇就出自该局之手)。整个项目的关键就是WAU-6型辅助核电站。
WAU-6型辅助核电站由位于列宁格勒州索斯诺维博尔亚历山德罗夫研究技术研究所研制,整个电站由1座沸水反应堆、1座交流电汽轮发电机组组成。1971年4月进行了地面测试,测试持续了数年。而后在地面试验的基础上,1977年“天青石”设计局研制了装备WAU-6型辅助核电站的651E型巡航导弹潜艇,以改装方式实现,仅改装一艘K-68号用于测试。艇上除了原来安装的2台4000马力1D43柴油机、2台5500马力PG-141主推进电机和2台200马力PG-14经航电机外,就是1座600千瓦WAU-6型辅助核电站。
笔者在俄文网站上也没找到这样的一个东西的结构,只有这张结构图显示了一点,注意红圈表明的位置就是WAU-6型辅助核电站
该电站安装在一个直径2.9米,长度6.5米,质量为70吨的单独耐压舱内,包括一座热功率5兆瓦的TVP-4反应堆和一座功率600千瓦的汽轮发电机组。整个辅助电站安装在潜艇尾部下方的非耐压壳内,并有舱口与潜艇相连接。改装工作于1979年9月25日至1985年1月30日实施,完工后进入北方舰队服役。经过测算,辅助电站能够保证艇在6节航速下潜航6000海里。这个数据已表明,潜艇续航能力已不再由燃料决定,而由潜艇本身自持力决定了。
不过在测试中苏联海军也发现一个问题,那就是和闭式循环柴油机以及燃料电池这样的“传统”AIP系统相比,辅助核电站带来的战斗力提升并没有质的差别,但是运行的成本却很高,说白了就是性价比比较低。另外,当时的苏联并不缺核潜艇,所以也没有必要是用这样的一个东西争取“核潜艇”的名头。所以K-68号服役到1993年就退出了现役,而这时候辅助核电站情况依然良好。直到2005年,潜艇反应堆芯才被取下处理。根据俄罗斯现在很多资料来看,他们不约而同地提到了这样的一个东西可能会引起巴基斯坦、巴西、朝鲜等国家的兴趣,并有出口的可能,所以我说,朝鲜的核潜艇可能最终研制出来的是装备辅助核电站的潜艇,而不是通常意义上的核潜艇。