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大気たいき依存いぞん推進すいしん

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア(Wikipedia)』
燃料ねんりょう電池でんち概念がいねん

大気たいき依存いぞん推進すいしん(ひたいきいぞんすいしん、えい: Air-Independent Propulsion, AIP)は、内燃ないねん機関きかんディーゼル機関きかん)の作動さどう必要ひつよう大気たいきなか酸素さんそむために浮上ふじょうもしくはシュノーケルこうはしをせずに潜水せんすいかん潜航せんこうさせることを可能かのうにする技術ぎじゅつ総称そうしょう。ただし、通常つうじょう原子力げんしりょく潜水せんすいかん利用りようされるかく動力どうりょくふくまず、非核ひかく動力どうりょくかんディーゼル・エレクトリック機関きかん補助ほじょ補完ほかんする技術ぎじゅつす。

概要がいよう

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AIPは通常つうじょう補助ほじょ動力どうりょくとしてもちいられる。おおくのAIPシステムは、電動でんどう推進すいしん駆動くどうしたり、潜水せんすいかん蓄電池ちくでんち充電じゅうでんするための発電はつでんおこなう。潜水せんすいかん電気でんきけいはいわゆる「ホテル・サーヴィス」(hotel services、すなわち換気かんき空気くうき浄化じょうか照明しょうめい空調くうちょうなど艦内かんない居住きょじゅう環境かんきょう維持いじ)のためにももちいられるが、推進すいしんもちいられるものにくらべればわずかなりょうである。

AIP機関きかんは、既存きそん潜水せんすいかんであっても充分じゅうぶんなサイズさえあれば、ふねから追加ついか区画くかく挿入そうにゅうすることによって、能力のうりょく向上こうじょうさくとして導入どうにゅうすることができる。AIPは通常つうじょう大気たいき依存いぞんがた推進すいしん代替だいたいするほどの航続力こうぞくりょく出力しゅつりょくをもたない。しかし、在来ざいらいがた潜水せんすいかんよりも長期ちょうきにわたる連続れんぞく潜航せんこう可能かのうにする。とはいえ、典型てんけいてき在来ざいらいがた動力どうりょく機関きかんは、最大さいだいで3MW出力しゅつりょくち、かく動力どうりょくであれば20MWをえるものすらあるが、AIPではよくてもその10ぶんの1程度ていど通常つうじょうすうひゃくkW程度ていど出力しゅつりょくにとどまる。

歴史れきし

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ふるくは1867ねんにスペインのナルシス・ムントリオル亜鉛あえん二酸化にさんかマンガン塩素えんそさんカリウム化合かごうねつレシプロしき蒸気じょうき機関きかんうごかし、潜水せんすいていイクティネオIIをテスト航行こうこうさせることに成功せいこうしている。また、帝政ていせいロシアでは先進せんしんてきなAIPしき潜水せんすいかん研究けんきゅうおこなわれていたが、だいいち大戦たいせん革命かくめい混乱こんらんなか研究けんきゅう途絶とぜつしてしまった。

だい世界せかい大戦たいせんなかドイツヘルムート・ヴァルター博士はかせ指導しどうで、潜航せんこうちゅう潜水せんすいかん酸素さんそげんとして過酸化水素かさんかすいそもちいる研究けんきゅうおこなっていた。ここからてんじて、過酸化水素かさんかすいそからられる酸素さんそによって内燃ないねん機関きかん作動さどうさせ、潜水せんすいかん水中すいちゅう動力どうりょくとするアイディアが案出あんしゅつされた。これはのち開発かいはつしゃにちなんでヴァルター機関きかんばれるようになる、AIPのはしりというべきものであった。ヴァルター機関きかんは、過酸化水素かさんかすいそマンガンさんカリウム触媒しょくばい分解ぶんかいしてられた酸素さんそふく水蒸気すいじょうきによってディーゼル燃料ねんりょう燃焼ねんしょうさせて加熱かねつした蒸気じょうきもちいる閉サイクル蒸気じょうきタービン機関きかんである。

ヴァルター機関きかんもちいた潜水せんすいかんすうせきながら建造けんぞうされた。そのなかの1せきXVIIBがたU1407は、戦後せんごになってからサルベージされ、イギリス海軍かいぐんHMS メテオライトとしてさい就役しゅうえきした。イギリス海軍かいぐんは、潜水せんすいかん水中すいちゅうでの動力どうりょくげんとして、かく動力どうりょく機関きかんではなくヴァルター機関きかん開発かいはつ注力ちゅうりょくし、1950年代ねんだい後半こうはんに2せきエクスプローラーきゅう潜水せんすいかん新規しんき建造けんぞうした。おなじくXVIIBがた接収せっしゅうしたアメリカ海軍かいぐんも、ヴァルター機関きかん搭載とうさいした実験じっけんてき潜水せんすいていX-1英語えいごばん建造けんぞうした[ちゅう 1]

イギリスと同様どうようきゅうソ連それん海軍かいぐんもAIPに関心かんしんいだき、液体えきたい酸素さんそによる閉サイクル・ディーゼル方式ほうしきもちいた沿岸えんがん哨戒しょうかいよう小型こがた潜水せんすいかん615がた(Project 615、NATOコードネームケベックきゅう)を就役しゅうえきさせた。その、ドイツから接収せっしゅうしたXXVI計画けいかく資料しりょうもとヴァルター機関きかん搭載とうさいしたS-99(617ごう計画けいかく)を建造けんぞう就役しゅうえきさせたが酸化さんかざいである過酸化水素かさんかすいそ起因きいんする事故じここした。

しかしながら、いずれの海軍かいぐんにおいても、この時期じきのAIP開発かいはつはそれ以上いじょう発展はってん採用さいようることはなかった。ヴァルター機関きかん燃料ねんりょうである過酸化水素かさんかすいそ腐食ふしょくせいがあることにくわえ、爆発ばくはつせい物質ぶっしつであるために、しばしば事故じこなやまされた。また、液体えきたい酸素さんそ採用さいようしたソ連それん海軍かいぐんでもやはり爆発ばくはつ火災かさいなどの事故じこにたびたび見舞みまわれた。アメリカ海軍かいぐん潜水せんすいかんへの搭載とうさい可能かのう小型こがた原子げんし実用じつよう成功せいこうすると、イギリス、ソ連それんいずれの海軍かいぐんおなどう選択せんたくし、AIP機関きかん開発かいはつ断念だんねんした[ちゅう 2]

しかし、原子力げんしりょく潜水せんすいかん実現じつげんするための諸々もろもろ障壁しょうへきひくいものではなく、政治せいじ軍事ぐんじ地理ちり等々とうとう制約せいやくから原子力げんしりょく潜水せんすいかん不適ふてき国々くにぐに存在そんざいする[ちゅう 3]。そうした国々くにぐにでは、通常つうじょうがた潜水せんすいかんさらなる能力のうりょく向上こうじょうさくとして一定いってい要求ようきゅうがあったことから、いくつかの国々くにぐにでは研究けんきゅうつづけられ、1980年代ねんだい前半ぜんはんごろから徐々じょじょ実用じつようせいのある方式ほうしき実現じつげんされるようになってきた。ぎゃく原子力げんしりょく潜水せんすいかん登場とうじょうによりちょう大国たいこくではおおむね通常つうじょう動力どうりょくかん新規しんき導入どうにゅうくなったため、建造けんぞうはもとよりAIPの研究けんきゅうもそれらのくにでは停滞ていたいしている。

AIPのしょ類型るいけい

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以下いかに、上述じょうじゅつのヴァルター機関きかん以外いがいのAIP方式ほうしきで、技術ぎじゅつてき可能かのうせい検討けんとうされた、もしくは実用じつよう段階だんかいたっしたAIPの類型るいけいしめす。どの方式ほうしきであれ、一長一短いっちょういったんがあり、運用うんようこく運用うんよう構想こうそう要求ようきゅうによって適否てきひそんするため、一義いちぎ優劣ゆうれつさだめることはできない。

閉サイクル・ディーゼル

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閉サイクル・ディーゼル (CCDE: Closed Cycle Diesel Engines)(すべてを音訳おんやくしクローズド・サイクル・ディーゼルとばれる場合ばあいもある)は、水上みずかみわたるはしときには在来ざいらい方式ほうしき同様どうよう大気たいきちゅう酸素さんそ吸入きゅうにゅうし、潜航せんこうには酸化さんかざい通常つうじょう液体えきたい酸素さんそもちいる)から供給きょうきゅうされる酸素さんそでディーゼル・エンジンを駆動くどうさせる方式ほうしきである。純粋じゅんすい酸素さんそによる燃焼ねんしょうでエンジンが焼灼しょうしゃくされることによる過度かど消耗しょうもうふせぐため、吸気きゅうき酸素さんそぶんあつ意図いとてき低減ていげんさせる工夫くふう必要ひつようであり、吸気きゅうきなんらかの活性かっせいガス混入こんにゅうさせて自然しぜん大気たいき同等どうとうぶんあつとする必要ひつようがある。また、内燃ないねん機関きかんであるため、作動さどう振動しんどう騒音そうおんにより、ソナーにより捕捉ほそくされやすいという短所たんしょもある。

この方式ほうしき場合ばあい排気はいきガスはそのほとんどが活性かっせいガス、二酸化炭素にさんかたんそ水蒸気すいじょうきから構成こうせいされる高温こうおん気体きたいである。これを冷却れいきゃくして水蒸気すいじょうき凝縮ぎょうしゅくさせたのち二酸化炭素にさんかたんそ海水かいすいなどかんがいかられたみずかしむことにより、排気はいきガスのうちかんがい排出はいしゅつしなければならない成分せいぶんのほぼ全量ぜんりょう液体えきたいすることができる。なお、活性かっせいガスは回収かいしゅうしてさい利用りようまわされる。大量たいりょう排気はいきガスを気体きたいとして海中かいちゅう排出はいしゅつする必要ひつようがないので、気泡きほう発生はっせいにより存在そんざい探知たんちされる心配しんぱいがなく、かん気密きみつ水密すいみつ確保かくほ容易よういとなる。

2006ねん現在げんざい、この方式ほうしき開発かいはつすすめているのはドイツのノルトゼーヴェルケしゃオランダロッテルダムドライドックオランダばんしゃである。このうち前者ぜんしゃは、イギリスのカートン深海しんかいシステムズしゃ (Carton deep sea systems) の特許とっきょもちいている。この方式ほうしきでは、潜航せんこうちゅうの閉サイクル動作どうさアルゴン混入こんにゅうして開始かいしさせ、作動さどう開始かいしには二酸化炭素にさんかたんそ除去じょきょした排気はいき吸気きゅうき混合こんごうすることで酸素さんそぶんあつ調整ちょうせいしている。いずれにせよ、除去じょきょした二酸化炭素にさんかたんそ海水かいすいちゅう溶解ようかいさせて排出はいしゅつしているため、厳密げんみつ意味いみでの閉サイクル動作どうさではない。

TNSWしゃ1987ねんから1989ねんにかけて出力しゅつりょく150kWのプラントによる陸上りくじょう試験しけん実施じっしし、さらに1993ねんには250kWのエンジンを205がた潜水せんすいかん U-1搭載とうさいして潜航せんこう試験しけん実施じっしバルト海ばるとかいにおいて速力そくりょく5ktで1,800うみさとやく9 km/hで3,334 km)の成果せいかている。

なお、上述じょうじゅつしたソ連それん海軍かいぐんの615がた潜水せんすいかんもちいていたのは本質ほんしつてきにはこの方式ほうしきである。615がた1953ねんから1962ねんまでのあいだに31せき就役しゅうえきしている。615がたには3のディーゼルエンジンが搭載とうさいされており、2在来ざいらいがた外気がいき吸入きゅうにゅうで、のこる1は閉サイクル動作どうさでそれぞれ作動さどうした。しかし、酸化さんかざいとして液体えきたい酸素さんそもちいる設計せっけいきわめて安全あんぜんせいとぼしく、M-256酸化さんかざい爆発ばくはつとそれにともな火災かさいによりうしなわれているほか、沈没ちんぼついたらないにせよおおくの事故じこ経験けいけんし、1970年代ねんだいはじめまでにぜんかん除籍じょせき解体かいたいされている。

日本にっぽんでも1950年代ねんだい中盤ちゅうばんより大気たいき依存いぞん推進すいしんシステムの開発かいはつ一環いっかんとして技術ぎじゅつ研究けんきゅう本部ほんぶ川崎重工かわさきじゅうこう液体えきたい酸素さんそもちいた閉サイクル・ディーゼルの研究けんきゅうおこなっていたが、当時とうじ技術ぎじゅつ水準すいじゅんでは現在げんざいのようなコンピュータを使用しようした電子でんし制御せいぎょ困難こんなん経費けいひ期間きかんようすることから研究けんきゅう中止ちゅうしされた。その自律じりつがた無人むじん潜水せんすい動力どうりょくとして1990年代ねんだい開発かいはつされ、R-one搭載とうさいされた[1][2]

閉サイクル蒸気じょうきタービン

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閉サイクル蒸気じょうきタービン (Closed cycle steam turbines) とは、液体えきたい酸素さんそ酸素さんそ供給きょうきゅうげんとして燃料ねんりょう燃焼ねんしょうさせたねつ利用りようする蒸気じょうきタービン機関きかんである。現存げんそんしょ方式ほうしきのうち、ヴァルター機関きかん原理げんりにもっともちかいのがこの方式ほうしきである。

フランスDCNSしゃ開発かいはつしたMESMA(水中すいちゅう自律じりつエネルギー・モジュールポーランドばん、Module d'Energie Sous-Marine Autonome)がその実用じつようれいである。MESMAでは、液体えきたい酸素さんそ気化きかしてられた酸素さんそエタノール混合こんごう気体きたい燃焼ねんしょうさせてた700燃焼ねんしょうガスをもちいて、蒸気じょうき発生はっせい装置そうちで500℃の水蒸気すいじょうき発生はっせいさせ、この水蒸気すいじょうき蒸気じょうきタービンを駆動くどうして発電はつでんおこなう。

DCNSしゃ1988ねん出力しゅつりょく400kWの実験じっけんプラントを製作せいさくし、試験しけん実施じっしした。その結果けっかけて、1996ねんからはプロトタイプの開発かいはつ認可にんかされ、1998ねんには実用じつよう段階だんかい到達とうたつしたことが確認かくにんされている。

日本にっぽんでは海上かいじょう自衛隊じえいたい技術ぎじゅつ研究けんきゅう本部ほんぶにおいて、昭和しょうわ29ねんから31ねんにかけて、しん三菱重工みつびしじゅうこう共同きょうどう軽量けいりょう小型こがただかあつ燃焼ねんしょうボイラー・タービン(KRT)の開発かいはつおこなわれた。これは液体えきたい酸素さんそ燃料ねんりょう小型こがたのボイラーでこうあつ燃焼ねんしょうさせ、蒸気じょうきタービン駆動くどうする方式ほうしきであった。酸素さんそあつかいと起動きどう時間じかん問題もんだいにより研究けんきゅう中止ちゅうしされた。

スターリング機関きかん

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スターリング機関きかん (Stirling cycle engines) とは、シリンダーうち気体きたい外部がいぶから加熱かねつ冷却れいきゃくし、仕事しごとそともえ機関きかんである。理論りろんねつ効率こうりつたかいが、現在げんざい実装じっそう技術ぎじゅつでは体積たいせきあたり出力しゅつりょくひくいため、だい出力しゅつりょくようとすると機関きかん大型おおがたする欠点けってんがある。

スウェーデン造船ぞうせん会社かいしゃコックムス1960年代ねんだい研究けんきゅう着手ちゃくしゅし、1983ねんからプロトタイプ試験しけん開始かいししたものがよくられている。同社どうしゃ方式ほうしきでは、液体えきたい酸素さんそ気化きかしてられた酸素さんそ燃料ねんりょうケロシン)の燃焼ねんしょうねつやく800℃)をシリンダーないヘリウムガスにつたえ、このガスの膨張ぼうちょう海水かいすい冷却れいきゃくによる圧縮あっしゅくかえしによってピストンうごかす。コックムスしゃ1988ねんから、スウェーデン海軍かいぐんネッケンきゅう潜水せんすいかん1ばんかんネッケンでぜん量産りょうさんがたの4V-275R Mk.Iモデルの実用じつよう試験しけん実施じっしし、5ktで14日間にちかん連続れんぞく潜航せんこう成功せいこうした。その成果せいかにもとづいて建造けんぞうされた実用じつようかんきゅう1992ねん量産りょうさんがたのMk.IIモデルを搭載とうさいして就役しゅうえきしたゴトランドきゅう潜水せんすいかんである。ゴトランドきゅう搭載とうさいされたMk.2 V4-275Rがた機関きかんは75kWの出力しゅつりょく発揮はっきする[3]

日本にっぽんでも技術ぎじゅつ研究けんきゅう本部ほんぶ同社どうしゃより技術ぎじゅつ導入どうにゅうして平成へいせい3ねんから9ねんにかけての技術ぎじゅつ研究けんきゅうおこなった。同級どうきゅう搭載とうさいおなじMk.IIモデルを輸入ゆにゅうし、独自どくじ試作しさく液体えきたい酸素さんそタンクなどとわせたうえで、「係留けいりゅう区画くかく」とばれる部分ぶぶんせんから模型もけい設置せっちし、地上ちじょう試験しけん運転うんてんおこなった。平成へいせい11ねんより、スターリング機関きかん発電はつでんシステム2くみ(それぞれに4V-275R Mk.II×2)および液体えきたい酸素さんそタンク2そなえた増設ぞうせつ区画くかく試作しさくして、平成へいせい12ねんから13ねんにかけて、練習れんしゅう潜水せんすいかんあさしお」を改装かいそう実用じつよう試験しけん実施じっしした。性能せいのう確認かくにん試験しけん平成へいせい13年度ねんどちゅう終了しゅうりょうし、よく平成へいせい14ねんから本格ほんかくてき実証じっしょう試験しけん実施じっしされた。その成果せいかまえ平成へいせい16ねん2004ねん計画けいかくにおいて海上かいじょう自衛隊じえいたいがスターリング機関きかん採用さいようした日本にっぽんはつ実用じつよう潜水せんすいかんそうりゅう建造けんぞうした[4][ちゅう 4][7]

燃料ねんりょう電池でんち

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燃料ねんりょう電池でんち (fuel cell) は、水素すいそ酸素さんそなどによる電気でんき化学かがく反応はんのうによって電力でんりょく装置そうちであり、カルノー効率こうりつ依存いぞんするねつ機関きかん介在かいざいがないためたか発電はつでん効率こうりつ期待きたいできる。燃料ねんりょう電池でんちは、原理げんりてきにほぼ振動しんどう排気はいきで、副産物ふくさんぶつみずのみといった長所ちょうしょがあるものの、ちいさい艦内かんない容積ようせきなか水素すいそ酸素さんそ安定あんていした状態じょうたい安全あんぜん搭載とうさいするという技術ぎじゅつてき難関なんかんなんらかのかたちで解決かいけつしなければならない。水素すいそ貯蔵ちょぞう方法ほうほうとしてはごく低温ていおん液体えきたい水素すいそとする方法ほうほう水素すいそ吸蔵合金ごうきん貯蔵ちょぞうする方法ほうほうメタノールひとし液体えきたい燃料ねんりょうからあらためただして方法ほうほうなどがあるが、液体えきたい水素すいそ場合ばあいごく低温ていおん維持いじ必要ひつようなうえにせま潜水せんすい艦内かんないまんいち漏洩ろうえいすれば致命ちめいてきであること、水素すいそ吸蔵合金ごうきん重量じゅうりょうかさわり貯蔵ちょぞうできる水素すいそすくないうえに水素すいその吸蔵・放出ほうしゅつともな体積たいせき変化へんかによりもろして吸蔵りつ低下ていかすること、液体えきたい燃料ねんりょうあらためしつでは発生はっせいする排気はいきガスへの対処たいしょ必要ひつようとなることなど、それぞれ課題かだい存在そんざいする。

この方式ほうしきではドイツのHDWしゃ推進すいしんするものがよくられている。HDWしゃシーメンスしゃ開発かいはつしたPEM(Polymer Electrolyte Membrane、高分子こうぶんし電解でんかいしつまく)をもちいる燃料ねんりょう電池でんち使用しようする。このPEM燃料ねんりょう電池でんちでは、液体えきたい酸素さんそからられた酸素さんそ水素すいそ吸蔵合金ごうきん貯蔵ちょぞうされた水素すいそとの反応はんのう電力でんりょくる。

HDWしゃ1980ねんから1986ねんにかけて陸上りくじょう試験しけん実施じっしし、1988ねんから1989ねんにかけて205がた潜水せんすいかんU-1で実用じつよう試験しけんおこなった。その結果けっか充分じゅうぶん実用じつようせいそなえることが確認かくにんされたため、ドイツ海軍かいぐん在来ざいらいがたディーゼル・エレクトリック推進すいしんとのハイブリッド潜水せんすいかん建造けんぞう決定けっていした。これが212Aがた潜水せんすいかんである。212がたには、出力しゅつりょく34kWのモジュール9使用しようし、最大さいだいで300kWの出力しゅつりょくることができる。在来ざいらいがた電池でんちとの併用へいようにより、速力そくりょく8kt以下いかで14日間にちかん連続れんぞく潜航せんこう可能かのうであるとされている。

ヴィクトリアきゅう潜水せんすいかんHMCS ウインザー (SSK877)。

カナダ海軍かいぐんには、イギリス海軍かいぐんから購入こうにゅうしたアップホルダーきゅう潜水せんすいかんをAIPする計画けいかくがあり[ちゅう 5]バンクーバーバラード・パワー・システムズしゃ開発かいはつしたPEM電池でんち利用りようする。バラードしゃ方式ほうしきでは、酸素さんそ供給きょうきゅうげん大気たいきでも液体えきたい酸素さんそでも任意にんい選択せんたく可能かのうであるほか、水素すいそメタノールあらためしつあらためただしてるなど、シーメンスしゃ方式ほうしきとはややことなる。この方式ほうしきでは高価こうか水素すいそ吸蔵合金ごうきんもちいなくてもよいわりに、メタノールのあらためしつさい発生はっせいする排気はいきガスの処理しょり必要ひつようとなる。

ロシア海軍かいぐんでは「クリスタール27E」を開発かいはつしており、ラーダがた潜水せんすいかんおよ輸出ゆしゅつがたアムールがた潜水せんすいかん搭載とうさいできるとしていた。また、カリーナがた潜水せんすいかんけにシーメンスしゃとほぼおな方式ほうしきながら、水素すいそはディーゼルあらためしつもちいて発生はっせいさせる方式ほうしきのAIP機関きかん開発かいはつしている[8][9]

日本にっぽん

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技術ぎじゅつ研究けんきゅう本部ほんぶでは、昭和しょうわ37ねんより燃料ねんりょう電池でんち研究けんきゅう開始かいしした。当初とうしょはナトリウムアマルガム燃料ねんりょう電池でんち検討けんとうされていたが、水銀すいぎん質量しつりょう過大かだいであったため、昭和しょうわ42ねんより酸素さんそ-水素すいそがた転換てんかんした。昭和しょうわ49ねんまでに試作しさく試験しけんおこない、多孔たこうせいニッケル・カーボン重層じゅうそう電極でんきょく、8セル構成こうせい出力しゅつりょく9キロワット、電圧でんあつ6ボルト、容量ようりょう1,500アンペアの燃料ねんりょう電池でんち開発かいはつした[7]。これらの成果せいかまえて、昭和しょうわ51年度ねんど計画けいかく潜水せんすいかん(51SS)への燃料ねんりょう電池でんち搭載とうさい検討けんとうされたが、液体えきたい酸素さんそあつかいにかんする用兵ようへいがわ不安ふあん払拭ふっしょくできなかったこともあり、断念だんねんされた[10]防衛ぼうえいしょうは、スターリング機関きかん後継こうけいの2020年代ねんだい次世代じせだい潜水せんすいかんようAIPシステムとして、2006年度ねんどから2010年度ねんどまで「次世代じせだい潜水せんすいかんAIPシステムの研究けんきゅう」の名目めいもく燃料ねんりょう電池でんちシステムを研究けんきゅうしたが、予測よそくより水素すいそ吸蔵合金ごうきん技術ぎじゅつてき進展しんてん遅滞ちたい調達ちょうたつコストが高価こうかになる見込みこみとなったため、事後じご政策せいさく評価ひょうかにおいて、開発かいはつ移行いこうについては技術ぎじゅつ進展しんてんまえつつ十分じゅうぶん検討けんとう必要ひつようであると結論けつろんけられ[6]実質じっしつてき実用じつよう見送みおくられた状態じょうたいである。

小型こがたかく動力どうりょくプラント

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上述じょうじゅつしょ方式ほうしきとは異質いしつながら、AIPとして技術ぎじゅつてき検討けんとうがなされているのが、小型こがたかく動力どうりょくプラントである。これは本質ほんしつてきにはモジュールされた小型こがた原子げんしである。ただし原子げんしとしては小型こがたでも、動力どうりょくプラント、それもあくまでも補助ほじょ動力どうりょくとしてみるとかなり大型おおがたである。

小型こがたかく動力どうりょくプラントは、原子力げんしりょく推進すいしん通常つうじょう動力どうりょくの2本立ほんだてで潜水せんすいかん建造けんぞうしていたソ連それんにおいて、通常つうじょう動力どうりょく潜水せんすいかん能力のうりょく向上こうじょうさくとして考案こうあんされ、1960年代ねんだい開発かいはつがスタートし、1971ねん沸騰水ふっとうすいがた原子げんし発電はつでん構成こうせいされるVAU-6プラントが完成かんせいした。1985ねん、651がた巡航じゅんこうミサイル潜水せんすいかんB-68を改造かいぞうしてVAUえーゆー-6が搭載とうさいされ、よく1986ねんから1990ねんまで海上かいじょうテストがおこなわれた。

西側にしがわでは、フランスにおいて冷却れいきゃくけい自然しぜん循環じゅんかん方式ほうしきもちいる小型こがた原子げんし提案ていあんされており、航行こうこうちゅうのメンテナンスはほぼ不要ふようで、1~3MWの出力しゅつりょくられるものが検討けんとうされている。だが、提案ていあんのみで実際じっさいには製造せいぞうされておらず、上述じょうじゅつソ連それん潜水せんすいかんB-68が、唯一ゆいいつ小型こがたかく動力どうりょくプラント方式ほうしきAIP搭載とうさい潜水せんすいかんである。

展望てんぼう限界げんかい

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AIPは機関きかん体積たいせきして機関きかん出力しゅつりょくきわめてひくく、原子力げんしりょく機関きかんのように(人的じんてき制約せいやくべつとして)実質じっしつてき制限せいげん水中すいちゅう航続力こうぞくりょく実現じつげんすることは依然いぜんとして不可能ふかのうである。現在げんざいのAIP技術ぎじゅつでは、機関きかん出力しゅつりょく上限じょうげんは300[kW] - 400[kW]前後ぜんこうとなっており、2 - 8 kt(やく4 - 15 km/h)の低速ていそく航行こうこう限界げんかいで、在来ざいらいがた蓄電池ちくでんち推進すいしんにもおよばない。したがって補助ほじょ動力どうりょく機関きかんとして利用りようされている。

また、燃料ねんりょうのほかに酸素さんそ搭載とうさいしなければならないが、液体えきたい酸素さんそ沸点ふってんひくい(マイナス183℃)ためにあつかいがむずかしい。燃料ねんりょう電池でんち方式ほうしきでは、さらに水素すいそをも貯蔵ちょぞうしなければならないが、ジーメンスしゃ水素すいそ吸蔵合金ごうきん高価こうかかつ重量じゅうりょうがかさむてんで、バラードしゃのメタノールあらためしつ方式ほうしきは250から300℃の高温こうおん必要ひつようとするとてんで、それぞれコストの上昇じょうしょうけられない。酸素さんそ水素すいそのいずれであれ、気体きたい液化えきか貯蔵ちょぞうにはごく低温ていおん必要ひつようであり、腐食ふしょくせい可燃かねんせいといった危険きけんせいともなう。いずれも艦内かんない火災かさいきわめて脆弱ぜいじゃく潜水せんすいかんにおいては、おおきな難点なんてんとなる。

ジーメンス方式ほうしき燃料ねんりょう電池でんち以外いがいのAIP技術ぎじゅつでは、いずれも発生はっせいした廃棄はいきぶつふねがい排出はいしゅつしなければならない。高温こうおんのガスであるこれらの廃棄はいきぶつは、赤外線せきがいせんげんとなって、潜水せんすいかん最大さいだい武器ぶきであるステルスせいそこねる。おおくの場合ばあい高温こうおん排気はいきガスはかんがい排出はいしゅつには冷却れいきゃく液体えきたいほどこされるが、それでもその排出はいしゅつ温度おんどかんがい水温すいおん比較ひかくして高温こうおんとなり、大幅おおはば低減ていげんされるもののステルスせい障害しょうがいであることわらない。また、排気はいきガスに、海水かいすいあつこうるだけの充分じゅうぶん圧力あつりょくがない場合ばあいには、加圧かあつ必要ひつようとなるため、潜入せんにゅう深度しんど加圧かあつ排気はいきポンプによる騒音そうおん発生はっせいとのあいだでのトレードオフがしょうじる。

AIP技術ぎじゅつ期待きたいされているのはより限定げんていてき課題かだい、すなわち、長期間ちょうきかん(3~4週間しゅうかん)にわたる連続れんぞく潜航せんこう哨戒しょうかい可能かのうにすることである。哨戒しょうかい海域かいいきとの往還おうかんにはシュノーケル吸排気はいき在来ざいらいがたディーゼルをもちい、作戦さくせんちゅう低速ていそく哨戒しょうかいにはAIPを、戦闘せんとう高速こうそく発揮はっきには蓄電池ちくでんちをと使つかけて利用りようされる技術ぎじゅつであり、ディーゼル機関きかん補完ほかんする位置いちづけにある。限界げんかいはあるにせよ、現在げんざいのように数日すうじつ程度ていどぎない通常つうじょう動力どうりょく潜水せんすいかん連続れんぞく潜航せんこう時間じかん大幅おおはば延長えんちょうできるAIPにはおおきな魅力みりょくがあり、安全あんぜんせい出力しゅつりょく、エネルギー効率こうりつ向上こうじょうそそがれている。

また、近年きんねんではなまり蓄電池ちくでんちわりにこう出力しゅつりょくだい容量ようりょうしたリチウムイオン電池でんち採用さいようすることで、AIPにたよらずとも連続れんぞく潜航せんこう時間じかん大幅おおはば延長えんちょうできること期待きたいされており、そうりゅうがた潜水せんすいかんの11ばんかんおうりゅう以降いこうではスターリングエンジンをはいして、そのぶんもカバーできるようリチウムイオン電池でんち搭載とうさいする手法しゅほう検討けんとうされている。こうコストではあるが、スターリングエンジンよりもリチウムイオン電池でんちのほうが出力しゅつりょくおおきいことから、AIPのように低速ていそく長時間ちょうじかん潜航せんこうおこなえるのと同時どうじに、在来ざいらいせん・AIPせんでは想像そうぞうもできなかったような高速こうそくでの水中すいちゅう連続れんぞく航行こうこうをも可能かのうとすると期待きたいされている[11]。その水中すいちゅう持続じぞくりょくとう向上こうじょうのため、スターリングエンジンとなまり蓄電池ちくでんちはいしたうえでリチウムイオン電池でんち搭載とうさいする方式ほうしき決定けっていされた[12]

AIP潜水せんすいかん建造けんぞうこく型式けいしき

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HDWしゃキール造船ぞうせんしょ船台せんだいじょう建造けんぞうちゅうの212Aがた潜水せんすいかん

2024ねん時点じてんでの非核ひかくAIP潜水せんすいかん新規しんき建造けんぞう実績じっせき建造けんぞう決定けっていふくむ)は以下いかのとおり。建造けんぞうこくおよびAIP方式ほうしきしめす。

受注じゅちゅう建造けんぞう実績じっせきともなわない(提案ていあん開発かいはつちゅうふくむ)ものは以下いかとおり。

脚注きゃくちゅう

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注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ この潜水せんすいてい1955ねん進水しんすいしたものの、おおやけためしちゅう1957ねん爆発ばくはつ事故じここし、ただちにヴァルター機関きかん撤去てっきょされた。
  2. ^ 過酸化水素かさんかすいそ酸化さんかざいとする水中すいちゅう動力どうりょく唯一ゆいいつ実用じつようにまでいたったのは魚雷ぎょらい動力どうりょくげんとしてであり、イギリスおよびソ連それんにおいてそのたね魚雷ぎょらい運用うんようされた。しかし、腐食ふしょくせい爆発ばくはつせいのある物質ぶっしつ閉鎖へいさ空間くうかん保管ほかんする問題もんだいがあり、哨戒しょうかい潜水せんすいかんシドン英語えいごばん喪失そうしつ事故じこにイギリス海軍かいぐんは、ただちに過酸化水素かさんかすいそ燃料ねんりょう運用うんよう中止ちゅうしした。また、その運用うんようつづけたソ連それんおよびロシアの海軍かいぐんにおいても、爆発ばくはつ事故じこによって潜水艦せんすいかん喪失そうしつ事故じこ2000ねん)をこしている。
  3. ^ 政治せいじてき配慮はいりょ原子力げんしりょく潜水せんすいかん装備そうびしていないくにれいとして日本にっぽんやオーストラリアがある。
  4. ^ 海上かいじょう自衛隊じえいたいでは当初とうしょ燃料ねんりょう電池でんち方式ほうしきのAIP機関きかん有望ゆうぼうして開発かいはつおこなっており[5]安全あんぜん水素すいそ貯蔵ちょぞう技術ぎじゅつ開発かいはつ難航なんこうしていたことから燃料ねんりょう電池でんち方式ほうしきAIP技術ぎじゅつ自主じしゅ開発かいはつまでのいわばつなぎとしてスターリング機関きかん導入どうにゅう決定けっていされた。その燃料ねんりょう電池でんち方式ほうしきAIP技術ぎじゅつは「開発かいはつ移行いこうについては技術ぎじゅつ進展しんてんまえつつ十分じゅうぶん検討けんとう必要ひつよう[6]として実用じつよう見送みおくられ、蓄電池ちくでんちとしてリチウムイオン電池でんち採用さいようすることで水中すいちゅう速力そくりょく向上こうじょう高速こうそく航行こうこう可能かのう時間じかん延長えんちょうはか方針ほうしん転換てんかんした。当初とうしょは5ばんかんからリチウムイオン電池でんち搭載とうさいする予定よていであったが、予算よさんめん都合つごうから価格かかく低廉ていれんするのをつことになり、11ばんかんおうりゅうでようやくスターリング機関きかんはいしてリチウムイオン電池でんちえられた。
  5. ^ ただし、これらの計画けいかくはカナダ海軍かいぐんへのかんたい引渡ひきわたしの遅延ちえんふねから不具合ふぐあい回航かいこうちゅう火災かさい事故じこなどによる配備はいびおくれのために、2012ねん以降いこうへの延期えんきつたえられるなど、先行さきゆきが不透明ふとうめいである。

出典しゅってん

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  1. ^ CCDE
  2. ^ CCDEの水中すいちゅう稼働かどう試験しけん
  3. ^ 多田ただ智彦ともひこ各国かっこく開発かいはつすすむAIP潜水せんすいかん (特集とくしゅう次世代じせだい潜水せんすいかん) - (次世代じせだい潜水せんすいかんをめぐる8つの話題わだい)」『世界せかい艦船かんせんだい618ごう海人あましゃ、2003ねん11月、102-105ぺーじNAID 80016160017 
  4. ^ 幸島こうしま博美ひろみ機関きかん/ウエポン・システム (特集とくしゅう 新型しんがたSS「そうりゅう」のすべて) -- (新型しんがた潜水せんすいかん「そうりゅう」の技術ぎじゅつてき特徴とくちょう)」『世界せかい艦船かんせんだい713ごう海人あましゃ、2009ねん11月、92-99ぺーじNAID 40016812492 
  5. ^ 平成へいせい17年度ねんど 事前じぜん事業じぎょう評価ひょうか
  6. ^ a b 平成へいせい23年度ねんど 事後じご事業じぎょう評価ひょうか 評価ひょうかしょ一覧いちらん 次世代じせだい潜水せんすいかんようAIPシステムの研究けんきゅう
  7. ^ a b 阿部あべ安雄やすお機関きかん (海上かいじょう自衛隊じえいたい潜水せんすいかん技術ぎじゅつてき特徴とくちょう)」『世界せかい艦船かんせんだい665ごう海人あましゃ、2006ねん10がつ、124-129ぺーじNAID 40007466930 
  8. ^ ЦКБ "Рубин": образец анаэробной установки для подлодок уже работает
  9. ^ Россия завершает стендовые испытания нового двигателя для подлодок
  10. ^ 中名生なかのみょうただしおのれ海上かいじょう自衛隊じえいたい潜水せんすいかん整備せいびあゆみ」『世界せかい艦船かんせんだい665ごう海人あましゃ、2006ねん10がつ、111-115ぺーじNAID 40007466930 
  11. ^ 小林こばやし正男まさお潜水せんすいかん (特集とくしゅう しん防衛ぼうえい大綱たいこうと26中期ちゅうきぼう) - (しん中期ちゅうきぼうしん造艦ぞうかん)」『世界せかい艦船かんせんだい795ごう海人あましゃ、2014ねん4がつ、88-91ぺーじNAID 40019988898 
  12. ^ 平成へいせい26年度ねんどライフサイクルコスト管理かんり年次ねんじ報告ほうこくしょ (PDF)

参考さんこう文献ぶんけん

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  • 多田ただ 智彦ともひこ、2003、「各国かっこく開発かいはつすすむAIP潜水せんすいかん」、『世界せかい艦船かんせん』618ごう(2003ねん11月)、pp. 102-105.
  • 野木のぎ 恵一けいいち、2004、「世界せかい潜水せんすいかん:その現状げんじょう将来しょうらい」、『世界せかい潜水せんすいかんハンドブック』だい2はん(『世界せかい艦船かんせん別冊べっさつ)、海人あましゃ、pp.18-25.
  • Pavlov, A.S., translation by Gregory Toker, Editorial by Norman Friedman, 1997, Warships of the USSR and Russia 1945-1995, Naval intsitute press: Annapolis, Maryland. ISBN 1-55750-671-X
  • Edward C. Whitman, 2001, 'AIR-INDEPENDENT PROPULSION: AIP technology creates a new undersea threat', Underseas Warfare, 2001 Winter, Submarine warfare division, U.S.Naval OCNO.

関連かんれん項目こうもく

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歴史れきしてきなAIP潜水せんすいかん

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その主要しゅようなAIP潜水せんすいかんについては記事きじ本文ほんぶん参照さんしょう

関連かんれんする技術ぎじゅつ

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外部がいぶリンク

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