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AIP是“不依赖空气推进装置”(Air-Independent Propulsion)的英文缩写，它的出现为常规潜艇带来了一次“动力革命”。与传统的柴—电动力装置相比，AlP由于自身就可提供氧气，因此潜艇不需要经常浮出水面“呼吸”空气，可长时间在水下航行，从而大大提高了生存能力和持续作战能力。此外，它还具有体积小、重量轻、噪声小、运行费用低等优点，于是成为了常规潜艇梦寐以求的动力装置。
早在第二次世界大战期间，德国和苏联就开始研究AlP。此后数十年，海军强国一直没有停止追逐AlP的脚步。到20世纪80年代初，AlP研究取得突破性进展，并在90年代中期开始装艇使用。目前，瑞典、德国、法国、俄罗斯等国均已制造出采用AIP的潜艇，包括我国在内的许多国家也在加紧研制各自的AlP。总体来看，各国开发的AlP多种多样，在工作原理、组成、性能等方面可谓各有千秋，其中技术上较为成熟的主要有四种，即斯特林发动机AlP(SEAIP)、闭式循环柴油机AlP(CCDAIP)、闭式循环汽轮机AlP(CCSTAIP)、燃料电池AlP(FCAIP)。
斯特林发动机AIP
瑞典人开创了AlP应用的先河。60年代初，瑞典海军联合瑞典国防物资局、考库姆公司等单位，开始对斯特林发动机AIP(SEAIP)发起技术攻关。经过长达20余年的不懈努力，考库姆公司终于在80年代初研制出SEAIP，并于1985年在潜艇试验台上进行了首次试验。1988年，瑞典海军开始用SEAIP改造一艘“水怪”级潜艇。他们将潜艇从中间割开，加装上8米长的舱段，安装SEAIP的各部件。这艘改造后的“水怪”级潜艇后来成功进行了一系列海试。于是瑞典海军在90年代初决定：为3艘新型“哥特兰”级潜艇安装AlP。1995年2月，“哥特兰”号下水，1996年7月正式服役，由此拉开了世界常规潜艇AlP时代的序幕。
“哥特兰”号在柴—电动力装置的基础上，加装了一套MKⅡ型SEAIP作为辅助动力装置，能以大约6节左右的航速连续潜航15天，航程达到数千海里。MKⅡ型采用两台V4-275R型斯特林发动机，每台输出功率65千瓦。在130千瓦的输出电能中，45～55千瓦用于推进潜艇，75～85千瓦用于正常照明、电子设备及生活设施。2000年底，瑞典海军又开始为2艘“西哥特兰”级潜艇加装MKⅢ型SEAIP。它以MKⅡ为基础，但体积更小，输出功率更大，可靠性也得到进一步提高，据称平均无故障时间可达3000小时。
随着SEAIP技术逐渐成熟和完善，瑞典海军制定了所有潜艇AlP化的目标，同时这种AlP技术开始在世界范围内扩散。1988年安装和试验SEAIP的那艘“水怪”级潜艇，在2001年被丹麦海军购得。到2003年6月止，其AlP已累计工作30000小时左右。日本海上自卫队的一艘“亲潮”级潜艇也安装了SEAIP。韩国和澳大利亚等国据说也从瑞典引进了这种AlP技术。
SEAIP是一种将热能转换为机械能，再将机械能转换为电能的动力装置。整个装置包括斯特林发动机、低温液氧罐、燃油舱、制冷系统、工质系统及控制系统等。其中斯特林发动机是关键，主要由加热器、加压燃烧室、环型回热器、气缸等组成。工作时，氧气和燃油分别喷入加压燃烧室，经点火塞点火燃烧，加热气缸内的循环工质(通常为氦气)。实用的斯特林发动机通常包括4个独立的气缸，在每一个气缸内，循环工质被加热时膨胀，被制冷时收缩，推动活塞作功，进而带动飞轮旋转。输出的机械能通过同步交流发电机，转换为交流电，最终在发电机控制舱内被整流为直流电，然后输送给潜艇的主电动机和蓄电池，为潜艇提供持续动力。
为了能在无空气条件下连续运行，SEAIP需要配备较大容量的液氧罐，以便连续不断地供应氧气。液氧的贮存温度一般在零下180℃以下，不过在注入加压燃烧室时，液氧将转为气态。液氧罐需要采用先进的隔离措施，以便能连续数周安全贮存。
另外，SEAIP产生的废气主要为二氧化碳和水蒸气。它们将先后通过废气冷凝器和混合室，其中废气冷凝器可冷凝水蒸气，二氧化碳则在混合室内被冷海水所溶解，然后排出艇外。如果有未燃烧的氧气或来不及溶解的二氧化碳冒至海面，就会产生气泡航迹，影响潜艇的隐蔽性。
SEAIP的主要特点是：系统运行时振动小，较为安静，如果废气处理措施得当，其航行特征信号也较小；由于必要的基础设施基本上是现成的，所以研制和运行费用较低；它既适合于现役潜艇的现代化改装，也适用于新设计的潜艇。
闭式循环柴油机AIP
发展闭式循环柴油机AlP(CCDAIP)的国家主要有德国、荷兰和意大利。
CCDAIP被认为是最简单和效费比最高的一种AlP，因为它“就地取材”，以普通的潜艇用柴油机作为发电机原动机。为使柴油机在没有空气供给状态下工作，必须提供模拟空气成份的进气气体。为此，潜艇首先利用吸收器吸收废气中的二氧化碳，使之溶解在海水中排到艇外，然后在未被吸收的废气中加入适量的氧气和氩气，组成人造大气进入系统，从而实现再循环。之所以加入氩气，是因为这种人造大气中二氧化碳含量比新鲜空气中的多，比热值低于正常空气，加入适量氩气能使比热值接近，保证普通柴油机在闭式循环状态下正常工作。
一套完整的CCDAIP通常由柴油发电机组、吸收器、水管理系统、控制系统、液氧罐、氩气瓶等组成。柴油机可以采用标准的涡轮增压柴油机，冷却水回路与水管理系统的淡水／海水热交换器连接。吸收装置主要由内部旋转网筛组成。柴油机排出的废气从顶部进入吸收装置，从旋转网筛外部流向中部，同时新鲜的低压海水从吸收装置底部流入网筛中部。由于离心力作用，流人的海水从网筛中部向外流动，使海水与废气充分混合。最终，溶有二氧化碳的海水从吸收装置底部流出，通过水管理系统排到艇外。水管理系统的主要作用是在保证AIP工作不受潜艇下潜深度影。向的前提下，为吸收器提供大量低压海水。控制系统用于控制供水、供氧、燃烧等过程。为保证氧气供应，闭式循环柴油机AlP通常配有一个较大容量的液氧罐。氩气消耗量很小，只需要几个较小容积的氩气瓶就足够了。
80年代初，德国蒂森公司开始研究CCDAIP。1986年和1989年，该公司先后建造了两个陆上潜艇试验台，对输出功率为150千瓦的CCDAIP进行了模拟操作试验。1993年，该公司以加装舱段的方式，将输出功率更大的CCDAIP安装在德国海军一艘U1潜艇(该艇曾进行过FCAIP海上试验)上进行海试。
根据此次海试结果，蒂森公司研究 认为：CCDAIP能产生足够的功率，使潜艇的航速达到7～8节，并能提供艇上日常用电；如果在209级潜艇上加装6．5米长的舱段，或在TRl700型潜艇上加装8米长的舱段，可使潜艇在巡航航速下的续航力提高4倍；如果要进一步提高潜艇的水下续航力，可通过加长舱段的方法来实现。
TRl700是德国出口到阿根廷的一种常规潜艇，蒂森公司曾建议在该艇中部插入一个安装300千瓦的CCDAIP舱段，但一直没有结果。
1986年，荷兰鹿特丹船厂对150千瓦的CCDAIP进行了地面试验，之后又利用荷兰海军退役的“海豹”号潜艇。对400千瓦的CCDAIP进行了海试。90年代初。该船厂提出用CCDAIP改造荷兰海军的“海鳝”级1800型潜艇，即为其加装一个长约9米的舱段，用于容纳2台闭式循环柴油机、液氧罐、水管理系统等，使其水下持续航行时间增至17天左右。但这一提议没有付诸实施。
1995年2月，该船厂得到一份价值6000万荷兰盾的合同，为荷兰海军设计“海鳝”1400型潜艇。借此机会，船厂设计了动力装置采用CCDAIP与柴电混合动力装置的候选方案。
在意大利，马里塔利亚公司从事CCDAIP研究工作有10多年的历史，并设计了一艘20GST48多用途常规潜艇，艇上装1台普通柴油机，2个294千瓦闭式循环柴油发电机组以及1台588千瓦推进电机。据称，该艇能以8节航速在水下持续航行3500海里，或以5节航速航行7000海里，下潜深度为400米。
CCDAIP具有技术成熟、成本低等优点，用于改造潜艇是一种投资少、见效快的可取方案。其主要缺点是柴油机产生的噪声较大。也许正因为如此，这种AIP在装艇应用方面一直进展缓慢。
闭式循环汽轮机AIP
近10多年来，法国在闭式循环汽轮机AlP(CCSTAIP)研究领域可以说一枝独秀，特别是伯廷公司研制的自主式潜艇动力装置(MESMA)，被公认为是技术最成熟的一种CCSTAIP，目前已应用在“阿戈斯塔”90B级和AM2000潜艇上。
1994年9月，巴基斯坦海军向法国舰艇建造局订购了3艘“阿戈斯塔"90B级潜艇，双方约定在第三艘“汉扎”号安装MESMA。2002年初，法国舰艇建造局正式交付一套完整的MESMA，巴基斯坦海军随后将其运回国内，安装在建造中的“汉扎”号上。据透露，该MESMA输出功率200千瓦，可使“汉扎”号在4节航速下的水下续航时间增加3～5倍。
AM2000是“触鱼”级潜艇的出口型，以加装舱段的方式安装了一套MESMA，将水下续航时间增加2倍。该MESMA有两种工作方式：功率按90千瓦、110千瓦和130千瓦可调，满足艇上日常用电和推进用电；功率设为额定的185千瓦，除供给日常用电和推进用电外，剩余电力给蓄电池充电，蓄电池充满后，MESMA停止运行，由蓄电池供电，然后MESMA再起动，以此循环。
另外，法国潜艇建造局正在设计排水量为2500吨的“绿松石”潜艇，有可能采用4台200千瓦MESMA。而伯廷公司正致力于将MESMA的输出功率提高至600甚至1300千瓦。
作为一种CCSTAIP,MESMA主要由液氧罐、燃料罐、主回路和次回路组成，基本工作原理与蒸汽涡轮机类似，都是产生蒸汽进而驱动汽轮发电机来产生动力，不同的是蒸汽产生方式，不是以锅炉或反应堆加热，而是在主回路的燃烧室中燃烧燃料与氧气，产生高温(700℃)、高压(6兆帕)气体送至热交换器，将次回路中的水加热成500℃和1．8兆帕以上的水蒸汽。使用过的主回路蒸汽在经过冷凝器后重新返回燃烧室，进行下一次循环。氧气在低温(零下185°)和低压(0．2～1兆帕)条件下以液体方式贮存，工作时由低温泵送到加热器，低温泵将液氧的压力增加到6兆帕，加热器将其气化为氧气。MESMA最初使用的燃料是甲醇，后来改为酒精，未来有可能使用柴油等其它燃料。
MESMA采用旋转式蒸汽轮机，不是往复式发动机，因此噪声低，特别是消除了低频噪声。它的单机功率可以达到较高值，更有利于提高潜艇水下性能，工作可靠性也较高。
燃料电池AIP
当瑞典海军主攻SEAIP时，联邦德国海军组织HDW、西门子等公司，集中研究性能更加诱人、技术难度也更大的燃料电池AlP(FCAIP)。其实在冷战时期，美国、苏联、法国、瑞典等均曾涉足FCAIP研究，最终是德国人捷足先登，其标志就是西门子公司在80年代初研制出产品化的FCAIP。之后，联邦德国海军用它改造了一艘205级潜艇——U1潜艇，并于1987年成功进行了海试。不过限于当时的技术条件，这种FCAIP采用的是碱性燃料电池，在尺寸、功率密度、可靠性等方面并不令人满意。幸运的是，就在U1潜艇试验期间，西门子公司成功开发出先进的质子交换膜燃料电池。这促使德国军事技术与采购管理局于1995年和HDW公司签订合同，建造4艘采用FCAIP的新一代212级潜艇。
2002年3月，首艘212级潜艇U31在德国基尔港下水，并于2004年春正式服役，它被誉为当今“世界范围内最先进的常规动力潜艇”。该艇采用了由FCAIP和柴—电动力系统组成的混合动力装置。FCAIP有9个质子交换膜燃料电池模块，每个模块的输出功率30～40千瓦。柴—电动力系统由柴油发电机组、推进电机、蓄电池组和配电设备等组成。这两套动力系统既可单独工作，也可以同时工作。试验证明，借助于FCAIP，U31潜艇可在水下持续航行3周以上。
除了为德国海军建造4艘212级潜艇外,HDW公司还通过技术转让允许意大利海军建造2艘212级，为希腊和韩国海军建造7艘采用FCAIP的214级，并打算为希腊海军改造3艘209级。这些国家之所以对HDW公司青眼有加，很大程度上是看在FCAIP的份儿上。214级潜艇将采用西门子公司最新开发的第二代质子交换膜燃料电池AlP。其燃料电池模块重约900千克，体积为176厘米x53厘米x50厘米，输出功率达到120千瓦，输出电流560安培，电压215伏，工作温度为80℃，全负荷时的能量转换率为58％。就209级潜艇改造而言，如果采用加装舱段的方式，可装6个质子交换膜燃料电池模块，14吨液氧和1．7吨液氢，潜艇航速可达6．5节，在4．5节航速下可持续航行1 250海里，潜艇总的水下续航力将比改造前提高4．4倍。
除德国外，俄罗斯在这方面的研究和应用上也有不俗表现。1988年10月，苏联海军在“卡特兰”号潜艇上进行了安装和操作FCAIP的试验。1991年，俄罗斯 海军在“食人鱼”级潜艇上成功试验了新型FCAIP，并在几年后将其用于“阿穆尔”级潜艇。它也采用由燃料电池AlP和柴—电动力系统组成的混合动力装置，据说使用AlP时可在水下连续航行16天。
FCAIP的关键在于燃料电池，它能直接将物质发生化学反应时释放的能量转换为电能。仅从这一点看，燃料电池和锰干电池或铅蓄电池等其它化学电池没有两样，但燃料电池工作时需要连续供给起反应的物质——燃料和氧化剂。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质组成(如质子交换膜燃料电池采用了以质子交换方式工作的聚合膜作为电解质)。工作时需要向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(氧气)。在负极上，氢分解成氢离子和电子，氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。在正极上，氧同电解液中的氢离子以及抵达正极的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。利用这个原理，燃料电池便可在工作时不断地向外部输出电能。
由于必须源源不断地为燃料电池供应氢和氧，因此燃料电池AIP不仅要有较大容量的液氧罐(其贮存温度在零下180℃以下)，还要有一个较大容量的贮氢罐。另外在燃料电池不工作时必须向系统供应氮气，使它处于不起化学反应的状态。德国212级和214级潜艇以高压气体方式贮存氮气，并采用低磁钢制成的液氧罐。以金属氢化物方式将氢气贮存在由特制钢制成的罐内。该金属氢化物是一种特殊合金，其晶格中有自由空间，可以容纳氢原子，对其加热既可放出氢气。这种方法能在低压和常温下长期贮存大量氢气，被认为是迄今最安全的氢气贮存方法。这两级潜艇都将贮氢罐放置在耐压艇体外部，其好处是可以防止氢气泄露时对艇员构成生命危险。不同的是，212级潜艇将液氧罐放置在耐压艇体内部，214级则采取了更先进的外部放置方式。这样一来，就可以简化设计和降低制造成本。
FCAIP具有一系列优点，如特征信号小，不会产生噪声和废气，仅有少量废水排入海水中，因此非常有利于潜艇的隐蔽。它可获得高输出功率，能量转换效率高，目前可达70％，且不影响潜艇下潜深度。整个系统采用模块化设计，操作简单，维修方便。
这种AIP的不足之处主要来自于安全方面。以先进的质子交换膜燃料电池AIP为例，由于贮存了大量的氧气、氢气、氮气等气体，一旦发生泄露就可能带来严重后果，特别是氢气，发生泄露时极可能引起火灾，这对于在水下航行的潜艇无疑是致命的。
关于我国发展AIP的思考
我国发展AlP可以说既有必要性，也有可行性。
必要性 当前，世界各国海军共有800艘左右的潜艇，其中700余艘为常规潜艇。为了提高常规潜艇水下连续航行时间，对于许多国家和地区来说，安装AlP是一种自然而然的选择。
事实上，AIP近年正在越来越多国家的潜艇上“安家落户”。如上所述，瑞典、德国、法国、意大利、荷兰、俄罗斯等一些传统海军强国已发展了成熟的AlP技术并装艇应用，丹麦、葡萄牙、希腊、澳大利亚、日本、韩国、巴基斯坦等国已经或正在通过整艇采购、技术引进等手段加入AIP国家行列，甚至台湾也对AlP潜艇有所觊觎。
美国作为当今世界第一海军强国，似乎一直对AlP无动于衷。实际上，美国海军很早就开始研究AlP技术，但由于其潜艇已经全部实现了核动力化，因此没有建造AIP潜艇。不过，美国海军近年对AIP技术发展非常关注。据瑞典国防部官员2004年9月26日透露，美国欲从瑞典租借一艘“哥特兰”级潜艇参加在波罗的海举行的海上演习，扮演“敌人”的角色。因为美国海军认为，AIP潜艇能在水下连续航行数周，且航行噪声很低，如果配备良好的作战系统，很可能对美国潜艇部队构成严重威胁。这其实从另一个方面说明了AlP的重要性。
根据国际及周边国家的情况，为常规潜艇装备AlP已是必然趋势，我国当然不能漠然置之，必须充分认识到发展这种先进技术的必要性。
可行性 对于我国来说，发展AIP不外乎自行研制和技术引进两条途径。自行研制的风险在于前景的不确定性。虽然我国在相关技术领域已具备一定基础，但弄不好也会延缓装艇应用的步伐，进一步加大我们同国外的技术差距。技术引进虽然省时省力，但AlP属于尖端技术，在引进方面必然会遇到种种阻力，而且完全依赖引进，很可能受制于人。因此笔者认为，应该遵循我们“自行研制为主，技术引进为辅”的一贯思路，在加大投入和加紧研究的基础上，借鉴和利用国外的先进技术和经验。
至于重点发展哪种AlP技术，笔者推荐燃料电池AlP。虽然前述4种AIP各有优缺点，但总体来看，燃料电池AlP最为引人注目(如表所示)。发展燃料电池AlP的难点在于技术难度大、工业基础要求高、研究投入大，但我国在这一研究领域已经取得重大进展。据报道,2004年9月，在国家“863”项目的资助下，大连化学物理研究所研制的质子交换膜燃料电池发动机通过了专家鉴定，其额定净输出功率为100千瓦，最大净输出功率为120千瓦。
综上所述，目前AlP技术正处于蓬勃发展之中，其应用前景被一致看好。我国要加大投入和加紧研究，争取早日拥有自己的AlP,为我们的常规潜艇提供源源不断的“动力”。