台灣國際造船股份有限公司(台船)鑑於國人對於潛艦國造的高度關注,即日起推出「潛艦知識科普」系列內容。今(16)日首篇主題為「動力系統:水面船艦 VS 潛艦」與「柴油主機:水面船艦 VS 潛艦」,透過淺顯易懂的說明,讓社會大眾認識潛艦動力運作原理,並支持潛艦國造政策。
動力系統:水面船艦 VS 潛艦
水面船艦航行靠主機;潛艦航行主要靠電瓶,主機主要是替電瓶充電。
一、水面船艦

主機(大多用柴油)透過減速齒輪,帶動軸系與螺旋槳,推動船艦。
●主機故障時,船艦就失去動力!
二、潛艦

主要模式:以電瓶提供動力,航行時不啟動主機(大多用柴油),達到靜音、隱匿之需求。
步驟:
(1) 以主機或岸置充電系統對電瓶充電。
(2) 透過電力管理系統將電瓶之電力傳給主馬達,帶動軸系與螺旋槳,推動潛艦。
次要模式:不用電瓶電力,以主機直接聯結主馬達,帶動軸系與螺旋槳,推動潛艦。
執行時機:
(1) 電瓶電力不足。
(2) 電力管理系統故障。
(3) 在隱匿性需求低之安全水域浮航時,為節省電瓶電力。
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●主機的主要功能是對電瓶充電,且可以單部或多部主機充電。
●只要電瓶電力足夠,毋須主機也可以航行。
柴油主機:水面船艦 VS 潛艦
柴油引擎是內燃機的一種,因為具有中低轉速即可提供高扭力的特性,因此常用於陸地上的大型交通工具(如大客車、貨車等商用車,或軍用的坦克車)、重型機械(怪手、推土機、採礦機械、農業機械)、發電廠,以及海上的交通工具(船舶)。其用法除了直接帶動驅動裝置,例如車輪、螺旋槳之外,也會用於驅動發電用的發電機。

船用柴油主機
船用柴油主機與其他陸用的柴油引擎原理相同,構造相似,差別主要在於:
(一) 大型化:因為船舶阻力大,需要更大型、功率更高的引擎。
(二) 周邊管路:排煙管、冷卻水管等要適應海上環境,需做較多的局部特殊設計處理。
(三) 可靠度與耐受性:由於海上無法及時救援,對引擎的可靠度要求會較高,且過往又為降低燃油成本而需能耐受較劣質的重油。
船用柴油引擎除了帶動螺旋槳,也用於驅動發電用的柴油發電機,成為船舶全部電器設備的供電來源。
潛艦用柴油主機
二戰之後,潛艦用柴油主機一般用來替電池充電,而非直接帶動螺旋槳,因此比較像燃油發電廠,其振動也不會直接透過軸系傳到螺旋槳或外殼;而且現代潛艦設計多會使用浮筏式地板連接裝備的基座與船體,因此可有兩層的減振裝置抑制振動。
此外,自從二戰期間德國發明潛艦的呼吸管後,潛艦柴油主機可在淺水潛航狀態下運轉,透過呼吸管與大氣交換氣體。而受限於潛艇內的空間布置,燃燒廢氣通過的排煙管路較為曲折,且通常位於水面下的排氣出口至大氣之間有較大的壓力損失(稱為排煙背壓)需要克服,是較一般船用主機更為嚴苛的運轉條件。
原型艦的柴油主機
由於各種柴油機的原理與構造大致相似,一般製造商都能設計製造兩種以上用途的柴油機。因為船用柴油機的要求條件較為嚴格,能製造船用柴油機的廠商往往也能製造各種陸用的柴油機。
台船依據海軍需求規範律定規格尋找合適潛艦的主機廠商,經評選委員會綜合各種條件評比之後決定洽談優先順序,再依各廠商獲得該國輸出許可核准的狀態,以及可配合建造時程供貨等因素來選擇原型艦主機廠家。各廠家須提交技術文件證明該機型為潛艦使用主機,可在高背壓的潛航操作環境使用,亦經由原廠接收測試確認功能符合採購規範要求。
他國柴電動力潛艦一般考量備援需求,甚至機艙空間有限的布置,不會如水面船只採用一部大功率主機,多採用2~4部柴油主機的設計:3部的如以色列海豚級、義大利Sauro級,4部的如德國209級、巴西的Riachuelo級。我國IDS原型艦裝備的商源有限,主機受限於輸出許可,採用多部主機設計,仍可滿足海軍需求規範。
台船期望透過系列圖卡說明與社會各界對話,以認識潛艦、支持潛艦國造政策!