國(guó)内首台！大缸径斯特林发动机顺利完成性能(néng)试验

编者按：斯特林发动机作為(wèi)一种闭式循环往复式动力机械，其理(lǐ)论效率与卡诺循环效率相等，為(wèi)所有(yǒu)热力循环所能(néng)达到的最高效率。同时，作為(wèi)一种外部供热的闭式循环动力机械，斯特林发动机可(kě)与常规能(néng)源、核能(néng)等任意热源相结合，结构形式灵活多(duō)变，在兆瓦功率等级范围内具有(yǒu)结构紧凑、系统简单、启动迅速、可(kě)模块化布置等显著优势。特别是与钠冷快堆等金属堆相结合，可(kě)从根本上杜绝传统钠冷快堆发電(diàn)系统中钠水反应的风险，具有(yǒu)本质上的高安全性。

近日，國(guó)内首台大缸径斯特林发动机基础样机在中國(guó)船舶集团七一一所顺利完成性能(néng)试验，基础样机额定功率达320千瓦，热功转换效率达40%，是目前國(guó)际上已知单机功率最大的斯特林发动机。

國(guó)内首台大缸径斯特林发动机

基础样机的研制成功标志(zhì)着我國(guó)在大缸径斯特林发动机关键技术及制造工艺上获得了重要突破，為(wèi)后续兆瓦级斯特林发动机的研制打下良好基础。通过系列化设计斯特林发动机， 可(kě)满足百千瓦至几兆瓦等级的供電(diàn)需求，特别适用(yòng)于可(kě)移动式微堆发電(diàn)场景，在极地、海岛、戈壁等特殊环境条件下具有(yǒu)较好的应用(yòng)前景。征途漫漫，这是新(xīn)的起点，是七一一所科(kē)研团队、几代人经过四十余年艰苦卓绝的创新(xīn)与攻关取得的成果。

1975年，老一辈科(kē)研人员在七一一所创立了斯特林发动机试验室。它效率更高，能(néng)源适用(yòng)性更广，拥有(yǒu)该技术对國(guó)家意义重大。当时世界上只有(yǒu)几个國(guó)家正在研制该类发动机，对外严密封锁技术。

没有(yǒu)资料、没有(yǒu)图纸、没有(yǒu)实物(wù)，没有(yǒu)试验室，更没有(yǒu)可(kě)借鉴的经验。历经十年，老一辈科(kē)研人员没有(yǒu)放弃，终于研制出一台小(xiǎo)型太阳能(néng)斯特林样机，迈出了坚实的第一步。

又(yòu)十年，七一一所科(kē)研团队靠着微薄的科(kē)研经费，实现了技术突破，研制出我國(guó)第一台功率达10马力的发动机，而达到同样的技术水平，发达國(guó)家用(yòng)了几十年，耗资巨大。

再十年，七一一所科(kē)研团队在不断的自我否定与自主创新(xīn)中，解决了密封、燃烧、热交换等十多(duō)项关键技术，打通了所有(yǒu)技术瓶颈，打破了國(guó)外技术封锁，成功研制出工程样机，并实现了产品试用(yòng)。

从无到有(yǒu)、从小(xiǎo)到大、从大到精、从精细到实用(yòng)、从实用(yòng)到产业化发展，七一一所科(kē)研团队始终在奋斗，继续潜心钻研“中國(guó)动力” 。

斯特林发动机有(yǒu)什么过人之处？

斯特林发动机是英國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)家罗巴特斯特林（Robert Stirling） 于1816年发明的，所以命名為(wèi)“斯特林发动机”（Stirlingengine）。斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀為(wèi)一个周期的循环来输出动力，因此又(yòu)被称為(wèi)热气机。

斯特林发动机AIP系统简称SE/AIP，主要是由斯特林发动机、发電(diàn)机、液氧系统、供油系统、冷却系统、工质系统和控制系统等组成。SE/AIP系统的工作过程是：在燃烧室内，氧气和燃油持续燃烧，燃烧的火焰将加热器加热，由加热器把热能(néng)不断地传递给流经其内部的工作介质，介质吸收热量膨胀做功，推动活塞运动，再通过曲柄、连杆机构变往复运动為(wèi)旋转运动，使曲轴旋转并输出功率。

但现在，斯特林发动机的使用(yòng)还仅限于一些特殊领域，如潜艇或用(yòng)于游艇的辅助发電(diàn)机，这些地方静音操作非常重要。

不依赖空气推进系统（AIP）的英文(wén)全称是“AirindependentPropulsion”，是指潜艇在水下不依赖外界的空气也能(néng)提供推进动力和其他(tā)动力的能(néng)源系统。AIP系统主要利用(yòng)自身携带的氧气，為(wèi)热机或電(diàn)化學(xué)发電(diàn)装置提供燃烧条件，完成能(néng)量转换，提供水下航行所需的推进动力。AIP技术的应用(yòng)，能(néng)够使常规潜艇的潜航时间由几天增加到几周，提高了它的隐蔽能(néng)力和水下续航能(néng)力。目前世界上比较成熟而且进入应用(yòng)阶段的AIP技术主要分(fēn)為(wèi)三大类，分(fēn)别是热机系统、電(diàn)化學(xué)系统和小(xiǎo)堆系统（核动力AIP系统）。其中热机系统包括斯特林发动机、闭式循环柴油机、闭式循环涡轮机等形式，電(diàn)化學(xué)系统主要是以燃料電(diàn)池為(wèi)主要形式，小(xiǎo)堆系统是基于低功率核动力装置的动力系统。

AIP动力在潜艇上的优势就在于，能(néng)显著的提升常规潜艇在水下的续航时间；过去常规潜艇如果不冒险升起通气管只靠電(diàn)池，那就只有(yǒu)两三天的水下低速航行能(néng)力；而换上了以斯特林机為(wèi)代表的AIP系统后，水下续航时间能(néng)提升到2周水平；都知道现代海上作战当中，潜艇只有(yǒu)在下潜时才有(yǒu)战斗力与生存能(néng)力，斯特林机对常规潜艇的战斗力水平的提升当然是显著的，能(néng)在水下呆的更久。同时，斯特林发动机上面能(néng)够产生声音的部件，只有(yǒu)活塞和转动的飞轮，只要轴承的性能(néng)好，声音理(lǐ)论上可(kě)以做到无限小(xiǎo)。

此外，斯特林发动机在航空航天领域内的应用(yòng)前景也非常可(kě)观。我们都知道， 航天器在太空中运行所面临的最大难题，就是電(diàn)力能(néng)源的补给问题。如今绝大多(duō)数航天器所使用(yòng)的電(diàn)力，都来自太阳能(néng)電(diàn)池板进行循环转变获取的，但是太阳能(néng)帆板仍旧面临着一大限制，那就是面积小(xiǎo)。这种限制像座大山(shān)一般摆在眼前无法跨越。导致它对太阳能(néng)进行转换后所产生的電(diàn)能(néng)极為(wèi)有(yǒu)限，只能(néng)勉强维持航天器的日常消耗。如果使用(yòng)通过结合小(xiǎo)堆反应装置的斯特林发动机，再配上小(xiǎo)型发電(diàn)机组合成一套动力达到兆瓦级的动力系统，就能(néng)够完全满足我國(guó)航天器以及空间站航天员的日常電(diàn)能(néng)消耗。

坚持自主创新(xīn)，把关键核心技术掌握在自己手里，相信随着我们不断创新(xīn)、不断突破，将会攻克多(duō)项“卡脖子”关键核心技术。

来源：金属加工

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