編者按：斯特林發(fā)動機作為一種閉式循環(huán)往復(fù)式動力機械，其理論效率與卡諾循環(huán)效率相等，為所有熱力循環(huán)所能達到的最高效率。同時，作為一種外部供熱的閉式循環(huán)動力機械，斯特林發(fā)動機可與常規(guī)能源、核能等任意熱源相結(jié)合，結(jié)構(gòu)形式靈活多變，在兆瓦功率等級范圍內(nèi)具有結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)簡單、啟動迅速、可模塊化布置等顯著優(yōu)勢。特別是與鈉冷快堆等金屬堆相結(jié)合，可從根本上杜絕傳統(tǒng)鈉冷快堆發(fā)電系統(tǒng)中鈉水反應(yīng)的風(fēng)險，具有本質(zhì)上的高安全性。

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七一一所順利完成性能試驗，基礎(chǔ)樣機額定功率達320千瓦，熱功轉(zhuǎn)換效率達40%，是目前國際上已知單機功率最大的斯特林發(fā)動機。

國內(nèi)首臺大缸徑斯特林發(fā)動機

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，為后續(xù)兆瓦級斯特林發(fā)動機的研制打下良好基礎(chǔ)。通過系列化設(shè)計斯特林發(fā)動機， 可滿足百千瓦至幾兆瓦等級的供電需求，特別適用于可移動式微堆發(fā)電場景，在極地、海島、戈壁等特殊環(huán)境條件下具有較好的應(yīng)用前景。征途漫漫，這是新的起點，是七一一所科研團隊、幾代人經(jīng)過四十余年艱苦卓絕的創(chuàng)新與攻關(guān)取得的成果。

1975年，老一輩科研人員在七一一所創(chuàng)立了斯特林發(fā)動機試驗室。它效率更高，能源適用性更廣，擁有該技術(shù)對國家意義重大。當(dāng)時世界上只有幾個國家正在研制該類發(fā)動機，對外嚴密封鎖技術(shù)。

沒有資料、沒有圖紙、沒有實物，沒有試驗室，更沒有可借鑒的經(jīng)驗。歷經(jīng)十年，老一輩科研人員沒有放棄，終于研制出一臺小型太陽能斯特林樣機，邁出了堅實的第一步。

又十年，七一一所科研團隊靠著微薄的科研經(jīng)費，實現(xiàn)了技術(shù)突破，研制出我國第一臺功率達10馬力的發(fā)動機，而達到同樣的技術(shù)水平，發(fā)達國家用了幾十年，耗資巨大。

再十年，七一一所科研團隊在不斷的自我否定與自主創(chuàng)新中，解決了密封、燃燒、熱交換等十多項關(guān)鍵技術(shù)，打通了所有技術(shù)瓶頸，打破了國外技術(shù)封鎖，成功研制出工程樣機，并實現(xiàn)了產(chǎn)品試用。

從無到有、從小到大、從大到精、從精細到實用、從實用到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，七一一所科研團隊始終在奮斗，繼續(xù)潛心鉆研“中國動力” 。

斯特林發(fā)動機有什么過人之處？

斯特林發(fā)動機是英國物理學(xué)家羅巴特斯特林（Robert Stirling） 于1816年發(fā)明的，所以命名為“斯特林發(fā)動機”（Stirlingengine）。斯特林發(fā)動機是通過氣缸內(nèi)工作介質(zhì)（氫氣或氦氣）經(jīng)過冷卻、壓縮、吸熱、膨脹為一個周期的循環(huán)來輸出動力，因此又被稱為熱氣機。

斯特林發(fā)動機AIP系統(tǒng)簡稱SE/AIP，主要是由斯特林發(fā)動機、發(fā)電機、液氧系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、工質(zhì)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。SE/AIP系統(tǒng)的工作過程是：在燃燒室內(nèi)，氧氣和燃油持續(xù)燃燒，燃燒的火焰將加熱器加熱，由加熱器把熱能不斷地傳遞給流經(jīng)其內(nèi)部的工作介質(zhì)，介質(zhì)吸收熱量膨脹做功，推動活塞運動，再通過曲柄、連桿機構(gòu)變往復(fù)運動為旋轉(zhuǎn)運動，使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出功率。

但現(xiàn)在，斯特林發(fā)動機的使用還僅限于一些特殊領(lǐng)域，如潛艇或用于游艇的輔助發(fā)電機，這些地方靜音操作非常重要。

不依賴空氣推進系統(tǒng)（AIP）的英文全稱是“AirindependentPropulsion”，是指潛艇在水下不依賴外界的空氣也能提供推進動力和其他動力的能源系統(tǒng)。AIP系統(tǒng)主要利用自身攜帶的氧氣，為熱機或電化學(xué)發(fā)電裝置提供燃燒條件，完成能量轉(zhuǎn)換，提供水下航行所需的推進動力。AIP技術(shù)的應(yīng)用，能夠使常規(guī)潛艇的潛航時間由幾天增加到幾周，提高了它的隱蔽能力和水下續(xù)航能力。目前世界上比較成熟而且進入應(yīng)用階段的AIP技術(shù)主要分為三大類，分別是熱機系統(tǒng)、電化學(xué)系統(tǒng)和小堆系統(tǒng)（核動力AIP系統(tǒng)）。其中熱機系統(tǒng)包括斯特林發(fā)動機、閉式循環(huán)柴油機、閉式循環(huán)渦輪機等形式，電化學(xué)系統(tǒng)主要是以燃料電池為主要形式，小堆系統(tǒng)是基于低功率核動力裝置的動力系統(tǒng)。

AIP動力在潛艇上的優(yōu)勢就在于，能顯著的提升常規(guī)潛艇在水下的續(xù)航時間；過去常規(guī)潛艇如果不冒險升起通氣管只靠電池，那就只有兩三天的水下低速航行能力；而換上了以斯特林機為代表的AIP系統(tǒng)后，水下續(xù)航時間能提升到2周水平；都知道現(xiàn)代海上作戰(zhàn)當(dāng)中，潛艇只有在下潛時才有戰(zhàn)斗力與生存能力，斯特林機對常規(guī)潛艇的戰(zhàn)斗力水平的提升當(dāng)然是顯著的，能在水下呆的更久。同時，斯特林發(fā)動機上面能夠產(chǎn)生聲音的部件，只有活塞和轉(zhuǎn)動的飛輪，只要軸承的性能好，聲音理論上可以做到無限小。

此外，斯特林發(fā)動機在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用前景也非常可觀。我們都知道， 航天器在太空中運行所面臨的最大難題，就是電力能源的補給問題。如今絕大多數(shù)航天器所使用的電力，都來自太陽能電池板進行循環(huán)轉(zhuǎn)變獲取的，但是太陽能帆板仍舊面臨著一大限制，那就是面積小。這種限制像座大山一般擺在眼前無法跨越。導(dǎo)致它對太陽能進行轉(zhuǎn)換后所產(chǎn)生的電能極為有限，只能勉強維持航天器的日常消耗。如果使用通過結(jié)合小堆反應(yīng)裝置的斯特林發(fā)動機，再配上小型發(fā)電機組合成一套動力達到兆瓦級的動力系統(tǒng)，就能夠完全滿足我國航天器以及空間站航天員的日常電能消耗。

堅持自主創(chuàng)新，把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手里，相信隨著我們不斷創(chuàng)新、不斷突破，將會攻克多項“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)。

來源：金屬加工

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