雖然從一開始,英國皇家海軍的攻擊型核潛艇計劃,就接受了來自美國方面的技術援助,並且這種技術援助的影響直至今日仍然清晰可見,但作為一個最老牌的海軍國家,皇家海軍對技術的把控又有著自己的理解,這決定了英國的攻擊型核潛艇發展路線有著自己的鮮明特色,絕非是美國技術的簡單複製品。皇家海軍攻擊型核潛艇的潛用反應堆技術就說明了這一點。
由於力量的差距,美英兩國不可能處於平等地位,這意味著英國將是一個“小夥伴“。不過,既便是接受了這種小夥伴地位(這種地位對英國來說很難從心理上接受,但英國人畢竟能對影響全域性的形勢有一個較現實的認識),英國人也很清楚的意識到,只有在他們發揮主動精神,向美國證明英國是可信賴的也值得支援的夥伴的情況下,美國人才會甘願承擔起在中歐遏制蘇聯擴張的重擔,否則美國人不願毫無代價、毫無成功把握地把西歐各國的經濟軍事負擔全部承擔起來。
換句話說,英國人通過這種方式,要向美國人證明,英國是處在美國的小夥伴地位,但是英國決不是被動地依附於美國,也不是毫無作用的配角。在這種情況下,雖然冷戰中,英國總的國家政策處於一種戰略收縮的態勢,但對於潛用反應堆這類前沿技術的投入上卻不敢怠慢。也正因為如此,英國在潛用反應堆的發展上,走出了一條“少而精“的道路,是對引進美國潛用反應堆技術的吸收與再創造。
以應用於前四代英國攻擊型核潛艇的PWR-1系列壓水堆舉例。早期版本的PWR-1壓水堆裝置的研製目標是使S5W反應堆設計英國化,但並不是複製,在效能上也有所改進,如增長堆芯壽命和降低噪聲。PWR-1壓水堆的設計考驗和堆芯效能試驗在唐瑞潛艇模式堆(DSMP)上進行。DSMP模式堆從1960年開始建造,1961年建成,首先試驗了A型堆芯,裝備了1966年7月開始服役的“勇士”級攻擊型核潛艇,以及1967年10月開始服役的“剛毅”級彈道導彈核潛艇。
後來,又試驗了B型堆芯,經兩年考驗後,裝備了1973年4月開始服役的“快速”級攻擊型核潛艇,並在前兩級核潛艇換料時改裝B型堆芯。1973-1974年對DSMP模式堆進行了改裝,重新起堆後試驗了Z型堆芯,裝備了1983年3月開始服役的“特拉法加”級攻擊型核潛艇,並在“敏捷”級核潛艇換料時改裝Z型堆芯。
需要注意的是,PWR-1壓水堆只是一個成功的啟點,英國人並沒有因此躺在功勞簿上睡大覺。限於當時的技術水平,PWR-1反應堆的效能有侷限性,如冷卻劑雙流程流經堆芯,一回路自然迴圈能力低,裝置冗餘度大等等。於是,從1970年代中後期開始,英國又對新一代大功率、低噪聲潛用壓水堆展開了預研。其研製目標是:增大單堆功率,由PWR-1反應堆的100MW提高至140MW;增長堆芯壽命,提高水下續航力;進一步降低噪聲。
1976年,新一代潛用壓水堆專案正式立項。主要是研究新的堆芯,裝備新型燃料元件和新設計的芯部結構,以及壓力容器等。其成果便是現在裝於“先鋒”級彈道導彈核潛艇和“機敏”級攻擊型核潛艇的PWR-2壓水堆裝置。
PWR-2壓水堆裝置採用了西方標準的潛艇壓水堆裝置熱線圖,包括一臺反應堆,一、二回路系統,兩臺蒸汽輪機,單軸,泵噴射推進。一回路系統包括一臺反應堆、2臺蒸汽發生器、4臺主迴圈泵和一臺穩壓器。反應堆熱功率140MW,可提供軸功率25.73MW(35000hp)。堆的尺寸和PWR-1型反應堆大致相同,由此推算,堆芯功率密度約為80MW/m3。
堆芯採用板狀燃料元件,鈾鋯合金燃料,鈾235富集度約為70%。C型堆芯工作壽期為10年,正在研究的H型堆芯工作壽期為25年,在艇的服役期內可不用更換核燃料。反應堆壓力容器採用高疲勞特性和高強度材料鍛造。新反應堆改進了事故狀態下補給水噴淋的方法。一回路冷卻劑進入反應堆的溫度為265℃,離開反應堆的溫度為280℃。蒸汽發生器為立式自然迴圈型,冷卻劑流經管內,二回路工質流經管外,產生2.4MPa,250℃的飽和蒸汽,經汽水分離器分離後,蒸汽溼度不超過0.25%,其他裝置基本採用PWR-1型壓水堆裝置一回路裝置。
PWR-2壓水堆裝置的二回路系統包括兩臺蒸汽輪機、主凝汽器、冷凝泵、給水泵、迴圈泵及汽輪發電機組。對蒸汽輪機進行了改進,並在STF-2模式堆上進行了兩年的試驗才裝艇實用。主凝汽器及其冷凝迴圈系統也進行了改進。主凝汽器採用U型管式單管板結構,鈦合金管材,採用鎳鋁銅合金製造迴圈系統構件。主冷凝迴圈泵的軸密封問題得到解決,而且減小了振動。簡化了凝汽器附屬裝置,提高了抗腐蝕性,減小了尺寸和重量。二回路裝置置於整體浮筏機座上,進一步減小了輻射噪聲。它由PWR-1壓水堆裝置採用的半浮筏結構改進為全浮筏結構,即在高速工況下不必將浮筏鎖定。
PWR-2壓水堆功率比PWR-1增大40%,裝置效率為18%,輸出軸功率在25.73MW(35000hF)以上。其C型堆芯壽命比第一代潛艇堆堆芯壽命增長了50%,而H型則可達到與艇同壽命,提高燃料利用率,改善經濟性。值得注意的是,該型裝置採用了英國多年對潛艇核動力減振降噪的研究成果,包括主要裝置選型、選材、加工精度、配置方式、以及裝置的支撐、吊掛與管路連線等都考慮了降噪效果。二回路採用全浮筏減振機座,高頻硬化減速齒輪,採用泵噴射推進等,使輻射噪聲很低。
另外,該型裝置較PWR-1型壓水堆裝置簡化系統和裝置,主要是二回路系統,如主冷凝系統的裝置及其附屬系統等,縮短了主凝汽器的長度,採用鈦合金管材等改進措施。最後還需要指出的是,PWR-2型裝置改進了反應堆的結構,提高了對失水事故的處理能力。更換了一回路管道材料,可以避免PWR-1裝置發生裂紋的可能性,改善了堆艙裝置的維修環境……