第二代AIP装置——闭式循环柴油机
早在20世纪30年代，德国和苏联就开始了一种叫做单一发动机动力装置的研究工作。所谓单一发动机，就是把柴油机当作潜艇水上和水下航行的唯一动力，而不使用电机。柴油机工作离不开空气中的氧气，而工作后排出的废气主要是二氧化碳和氮气。要使到柴油机在水下航行状态下工作，就必须解决向柴油机供应空气和排出废气的问题。
解决的方法是，预先把氧气液化储存起来，在水下航行时使其汽化，以供应柴油机工作；柴油机的废气经过压缩，贮存在一个特别的容器中，到一定的时间再排放到舷外，部分废气则在和氧气混合后再次供应给柴油机工作，这就使早期单一发动机的原理。
Fig 1. 四冲程柴油机工作原理图
闭式循环柴油机（CCD/AIP）除了进、排气系统与普通柴油机不同外，其工作原理与目前常规动力潜艇所使用的普通柴油机是一样的。其工作原理是：用潜艇自带的氧气代替空气中的氧，将废气中的二氧化碳经过冷却和吸收后排到艇外，部分二氧化碳作为工质参加循环工作；同时用氢气取代空气中的氮气，改善循环气体的燃烧质量。其具体工作
流程
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是：将氧气和氢气按一定比例混合成相当于空气成分的气体输入到柴油机的气缸中，然后柴油与氧气发生燃烧反应，产生的热能推动活塞运动进而带动曲轴运转，产生机械能。燃烧后的废气从柴油机排出，温度大约在350-400℃ 之间，主要成分是二氧化碳、水蒸气、氩气和部分氧气。这些废气经过喷淋冷却器被冷却到100℃左右，其中的水蒸气被冷却成水，剩余废气进入一个吸收器。二氧化碳与吸收器喷淋的海水混合并被吸收，由海水管理系统排出艇外。这套系统与柴油机的工作深度、潜艇下潜深度均无关系。部分经过处理的废气补充氧气和氢气后，再进入柴油机参加循环工作，整个过程均使柴油机在闭式循环的工况下工作，可由一台中央计算机控制并管理。
背着“炸药包”的Q级潜艇
苏联人对早期的闭式循环柴油机进行了一定程度的改进，这种单一发动机的废气不使直接排放到舷外，而使用一种固体石灰质的吸收剂吸收废气中的二氧化碳。废气中剩下的氮气就用来与氧气混合后送入柴油机。安装了闭式循环柴油机的M-401小型潜艇，于1941年7月1日下水，在里海试验中达到了12.5节的水下航速。
Q级潜艇在苏联的代号使615型和A615型，615型和在其基础上改进的A615型都是近岸
小型鱼雷攻击潜艇。在设计过程中就考虑了铁路运输的问题。A615型的主要战术技术要素是：长56.6米，宽4.46米，吃水3.59米，排水量405.8吨，最大下潜深度120米，水下最大航速15节，续航力3150海里/10节（水上）、56海里/10节（水下），4具533毫米鱼雷管，2门25毫米火炮，艇员33人。
苏联于1953年7月，批准了A615型的战术技术要素，A615型一共成批生产了29艘，加上615一艘，一共建成有30艘，规模相当可观。当时Q级潜艇在波罗的海和里海服役。
作为Q级的最显著特点，闭式循环柴油机的关键部分——液氧储存器布置在第四舱，用的是二个黄铜制成的圆柱形容器。容器中的氧的工作压力是13千克/厘米2，容器外包覆有绝缘层以减少液氧的挥发。
闭式循环柴油机的最大问题是防爆防水安全性差，Q级潜艇在试验和使用中多次在机舱围壁（氮/氧气体与燃料混合处）和废气过滤器中发生小爆炸。1956年，在一艘艇的爆炸事故中就有4名艇员丧生。1957年的一次水下航行中，在柴油机机舱中发射的火灾，几乎使所有艇员死亡。
1961年和1962年，有2艘Q级在使用闭式循环柴油机进行的水下航程达到360海里（3.5节），水下持续航行时间100小时。但是，Q级潜艇在苏联海军中还是得到了一个“打火机”的外号，苏联海军军官把在潜艇上装上液氧形容为背上“炸药包”，不知道什么时候会爆炸。在苏联第一艘核潜艇“十一月”号研制成功后，到70年代前半期，所有的Q级潜艇都退出了现役。
闭式循环柴油机技术实现的难点和重点
其一，是将废气中的水蒸气和二氧化碳排出是实现闭式循环的关键所在。其中水蒸气可以通过冷却成水加以解决，但是二氧化碳的吸收排除却是难中之难，主要方法是碱溶液吸收法、再生吸收剂吸收法和海水溶解法，其中最好的应是海水溶解法，原料取之不竭，用之方便，实现难度较小。其二，是使柴油机在使用循环气体的情况下能保证足够的燃烧质量，产生足够大的功率。虽然循环气体中的二氧化碳经过吸收排除，但是整个循环气体中二氧化碳的浓度依然很高，势必影响柴油机的效率，因此通过加入少量氩气来克服。
主要的技术优点和存在的缺点和不足
柴油机技术成熟，性能比较可靠，寿命长，目前此AIP系统所用柴油机可以是
标准
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的潜艇用柴油机，制造和装配技术非常成熟，工作寿命要比其他AIP系统的主机时间长；燃料可以通用，此 AIP 系统所用柴油与普通常规潜艇所用的一样，可广泛采购，不存在后勤供应问题；随时可以在闭式循环和开式循环两种工况下进行自由转换，因为该系统所用柴油机与普通柴油机一样，所以可以进行自由转换，增加潜艇使用的灵活性；由于可以使用大量成熟技术，且水上、水下均可使用，耗油率较低，维修费用相对较低，因此是AIP系统中最经济的一种形式；工作不受潜艇下潜深度影响。
工作效率低、氧气消耗量大、排出的热量多，按13000海里的续航能力计算，一艘209型潜艇采用燃料电池仅需携带15吨左右的液氧，而采用闭式循环柴油机、则需30吨左右的液氧；产生的噪声大，闭式循环柴油机采用的是普通柴油机，系统的运动部件较多，工作过程中机械运动产生的噪声较大，虽然可以采取降噪技术将噪声降低到安静航行时的水平，但是总体上比采用燃料电池噪声要大；系统输出功率受到限制，因为受到潜艇的噪声控制指标的限制，一般要求每台普通柴油机的输出功率≤500千瓦，因此闭式循环柴油机的输出功率很难再增加。
本章节原作者参考
书
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目及
资料
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来源：
http://baike.baidu.com/view/25076.htm
舰船知识, Naval & Merchant Ship, 2006年增刊
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