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12月21日，《中國船舶報》發(fā)了一個消息稱。消息稱，近日國內(nèi)首臺大缸徑斯特林發(fā)動機基礎(chǔ)樣機在中國船舶集團有限公司旗下第711研究所順利完成性能試驗。該基礎(chǔ)樣機額定功率達320千瓦，熱功轉(zhuǎn)換效率達40%，是目前國際上已知斯特林發(fā)動機的最高水平。該基礎(chǔ)樣機的研制成功，標志著我國在大缸徑斯特林發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)及制造工藝上獲得了重要突破，將為后續(xù)兆瓦級斯特林發(fā)動機的研制打下良好的基礎(chǔ)。

聽起來很“高大上”。因為消息中說，這是“目前國際上已知斯特林發(fā)動機的最高水平”。那么這個斯特林發(fā)動機究竟是一個什么東西？它的應(yīng)用場景是什么樣？大缸徑斯特林發(fā)動機所帶來的想象空間有多大？

先說斯特林發(fā)動機。斯特林發(fā)動機是外燃機，和外燃機相對的就是內(nèi)燃機，像汽油機、柴油機這都是內(nèi)燃機。之所以叫它內(nèi)燃，是因為它的燃燒做功過程都是在氣缸內(nèi)完成的。而外燃，顧名思義就是燃燒在氣缸外完成。你像蒸汽機、蒸汽輪機，這都屬于外燃機。從應(yīng)用場景上來說，外燃機比內(nèi)燃機應(yīng)用的環(huán)境要求要更低。別的不說吧，內(nèi)燃機首先它是要“挑食”的，必須是液體或者氣體燃料才能用；而外燃機就不同了，只要能燒起火來，在外面燒爐子就行了。

所以我們看到各種各樣的發(fā)電廠，不管是燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、燃氣發(fā)電、核發(fā)電，全都是用的外燃機。但是斯特林發(fā)動機雖然也是外燃機，它卻有一個很大的技術(shù)限制，那就是功率很難做大。所以以前我們看到斯特林發(fā)動機的應(yīng)用場景很少，大家最熟悉的可能就是AIP潛艇使用的斯特林發(fā)動機。

其實潛用的斯特林發(fā)動機也是因為它的功率有限，只能作為輔助動力而無法作為主動力。所以我們會看到采用斯特林發(fā)動機的AIP潛艇，它的動力裝置有三種，一種是柴油機，用于提供水面或通氣管狀態(tài)的大功率的動力源，說白了用來發(fā)電的；一個是電池加電動機，這是用于水下推進的；再有就是我們說的斯特林發(fā)動機了。一艘潛艇搞三種動力，顯然太麻煩，又占地又浪費重量，但是沒辦法，誰讓斯特林發(fā)動機做不大呢。

如果斯特林發(fā)動機做大了，會怎么樣呢？假如就像報道當中所講到的，兆瓦級的斯特林發(fā)動機出來了。所謂兆瓦就是千千瓦，達到這樣的功率可以產(chǎn)生什么效果呢？潛艇可以不要柴油機了，裝上4~6臺斯特林發(fā)動機就行了。水面航行的時候，用空氣中的氧氣，水下航行的時候，用液氧，這樣一來，一艘潛艇上三種動力裝置的狀態(tài)就可以簡化為一種了。想想有多美吧。

如果再往深里想一想的話，外燃機只需要有熱源就可以了。至于熱源本身是什么樣的形式，對外燃機來說都不重要。所以斯特林發(fā)動機是可以和核供熱裝置相結(jié)合的。

以往我們看到的核動力都是使用“燒開水”的辦法，把熱能轉(zhuǎn)化為機械能，轉(zhuǎn)化為電能?！盁_水”的這一套東西，現(xiàn)在大量使用的是蒸汽輪機。這個東西體積和重量是很難壓縮下來的，因為兩個巨大的熱交換器都擺在那兒了，他們一個是鍋爐，一個是冷凝器。而燃氣輪主機雖然也不小，但是和這兩個交換器比起來，都是小兒科了。能不能把核動力裝置做小呢？核反應(yīng)堆是可以做小的，以現(xiàn)在可以看到的技術(shù)，把核反應(yīng)堆做成麻將桌大小是沒問題的。問題是核反應(yīng)堆做小了，后面的蒸汽輪機做不小，整個動力裝置還是小不了。但是大缸徑的斯特林發(fā)動機就提供了這種可能。既然蒸汽輪機做不小，我不用蒸汽輪機了，我用斯特林發(fā)動機。那一下子就可以它做小了，那么核動力裝置整體就變小了。這實際上就是很多軍迷心心念念的“小堆”核潛艇。

講到這兒，應(yīng)用前場景翻來覆去地講的都是潛艇。能不能換一個其他的應(yīng)用場景呢？當然能，更高大上的就是在航天領(lǐng)域。航天器在太空中運行，什么東西最要命呢？能源、電力最要命?，F(xiàn)在絕大多數(shù)用的都是太陽能電池帆板，靠著那點太陽光和面積有限的太陽能帆板產(chǎn)生的電能能有多大？就這一點能量你能干多少事？核能就不一樣了。

但是要把核能轉(zhuǎn)化為電能，用地面上使用的“燒開水”的那一套辦法顯然不行，因為航天發(fā)射對重量、體積太敏感了。但換成斯特林發(fā)動機就有了這種可能性了。想想看吧。一艘飛船上有一個微型核反應(yīng)堆，配上斯特林發(fā)動機，再加上發(fā)電機，這一套動力源達到兆瓦的級別，那就能干不少事了。再配上等離子體火箭發(fā)動機，想想都不要太美。如果換個角度往接地氣的方面來講。目前我們用的汽車絕大多數(shù)都是內(nèi)燃機，將來換成斯特林發(fā)動機，不爽嗎？當然爽了，什么酒精，甲醇、天然氣、氫隨便燒。如果不是為了實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”，你直接燒煤都可以。

講到這兒有人可能會問，你為什么開始就講了那么多的潛艇的應(yīng)用場景呢？你注意看一看，這個東西的研發(fā)方711所，還有一個通俗的名字，叫上海船用柴油機研究所。

關(guān)于斯特林發(fā)動機的原理，如果說用文字來表述確實很難。我在文章當中配了一個圖，可能還是看不太清楚。其實我在頭條上看到有一位公號叫做“水牛愛科技”的朋友在4個月前發(fā)了一個東西。東西的名字叫“用針筒現(xiàn)場還原斯特林發(fā)動機，點火就能動，太直觀了，真是天才”。

里面有一段小視頻，就是他用斯特林發(fā)動機原理做的這一套小裝置，也就是說，他說的那個點火就能動的東西做得太巧妙了，簡單直觀，一看就能懂。尤其很絕的，他把那一套復(fù)雜的曲柄連桿加飛輪的結(jié)構(gòu)，用一個簡單的小鋼珠就給替代了。真是“高手在民間”，推薦給大家看一看，斯特林發(fā)動機的原理也就懂了。

至于為什么我說如果斯特林發(fā)動機做到兆瓦級別就可以完全取代常規(guī)潛艇上的柴油機，甚至連蓄電池組都可以不要，或者只要一點點就夠了呢？給大家算筆賬吧。一兆瓦就是1000千瓦，我說用4~6臺這樣的斯特林發(fā)動機，那就是4000千瓦到6000千瓦的總功率。這個功率能夠做到什么水平呢？可以把一艘1500~2000噸的常規(guī)潛艇推到差不多20節(jié)的速度。這樣一來，柴油機就完全可以省掉了。與此同時，常規(guī)潛艇的電池組也可以不要了，因為單憑斯特林發(fā)動機就足以跑到20節(jié)了。

而斯特林發(fā)動機在通氣管狀態(tài)，可以用空氣中的氧氣來燃燒。水下的話，只要用液氧就好了。省出來幾百噸電池的排水量，用來裝液氧綽綽有余。而燃料呢？就用之前柴油機使用的柴油可以了。這樣一來，整個動力裝置大幅度簡化。而且水下最大航速，跑到18~20節(jié)是沒有問題的。這個18~20節(jié)和現(xiàn)在常規(guī)潛艇的18~20節(jié)完全是兩碼事。因為現(xiàn)有的潛艇20節(jié)是靠電池跑出來的，跑這個速度撐死了一個半小時到頭了。而現(xiàn)有的AIP潛艇說是可以水下跑上一個禮拜，但是那個速度基本上是龜速。而現(xiàn)在這樣的大功率斯特林的話，這個水下最大航速可以長時間持續(xù)的。想想這有多美。

有人會問斯特林發(fā)動機噪音，是不是要比水下用電池加電動機的大呢？可能會大一點，但是絕不會大很多。因為斯特林發(fā)動機它的原理和內(nèi)燃機是不一樣的。內(nèi)燃機的燃燒是有一個爆轟的過程，但我們看到斯特林發(fā)動機的原理就可以看到，它的這個燃燒和做攻的過程要“溫柔”得多。所以工藝上控制得好的話，噪音可以做到相當相當?shù)牡?。而且其他的減震措施可以用上去，像減震浮閥等等。因為去掉了柴油機，去掉了電池組，你省出來的重量是大把的。

當然了講了這么多美好，前提是要真地拿出兆瓦級的可靠的斯特林發(fā)動機。現(xiàn)在的300多千瓦還只能做到AIP潛艇的水平，只不過是一個大號的能力更強的AIP潛艇。當然再進一步說，如果把熱源我不是用燒柴油，而是改成一個緊湊的小型核反應(yīng)堆的話，那就是一個小堆核潛艇了。