19世纪末，随着工业革命带来的科学技术的发展，现代潜艇开始登上历史舞台。德国造潜艇领域发展相比其他军事强国起步比较晚，直到1906年德国历史上第一艘潜艇才下水服役，在时间轴上已经落后于时代发展。历史永远都充满着未知，正是德国这个起步较晚的国家在技术和作战使用理念上实现双向反超。德国人率先研发出了适用于潜艇的柴油发动机，并进而推出了性能优异的柴油机-电动机潜艇，这就是著名的U型潜艇。U型系列潜艇在战争中展现出了出色的作战效能，被认为是现代潜艇发展的第二个里程碑。上世纪50年代德国开始着手研制潜艇AIP技术，到了80年代再次率先取得技术突破，推出了大名鼎鼎的212型AIP动力常规潜艇，其外销型214型经过相关技术升级改造远销到希腊、葡萄牙以及韩国等国，成为当今国际公认的性能最好的AIP动力常规潜艇之一。本文追寻德国潜艇发展历史，领略德国潜艇逆转实现后来居上和AIP技术反超的风采。
德国潜艇的研发总体上起步略晚于其他军事强国，但在后续实现历史性的逆转，率先突破了柴油机-电动机潜艇技术，打造出了性能优异的U型系列潜艇，在一战、二战中取得了重大战果，尤其是在二战中卡尔·邓尼茨的潜艇狼群战术取得空前的成功之后，纳粹德国已经不满足性能本略领先国际的U-Ⅶ（7型）型，希特勒命令军工部门加速推进新一代U-XXI型潜艇的研制工作。
德国的U型潜艇在实战中展现出非凡的作战能力，某些特定的程度上推动了德国潜艇的发展
担任新一代U-XXI型潜艇设计总师的是德国杰出的推进器设计师赫尔穆特·瓦尔特，其研发的火箭引擎曾成为Me-163型战斗机的动力来源。鉴于当时最好的U-Ⅶ型潜艇只能在水下潜伏一天的水下续航能力不够问题，瓦尔特突发奇想的提出摒弃原有柴油机动力，改为使用过氧化氢为燃料的闭式循环发动机的设想，进而达到提升潜艇的水下续航能力和航速的最终目的。
潜艇设计师斯彻尔和布鲁克因提出的电艇概念已经很接近现代潜艇的布局
这一设想乍眼一看很超前，技术优势不言而喻。但是在实际实施中却面临着严峻的挑战，因为过氧化氢属于一种高度易燃的燃料，作为潜艇动力源之后消耗量也是相当惊人的，因此若想使用过氧化氢作为燃料，那么就一定要保证在潜艇上设计出一个充裕空间用来装载燃料，这在当时潜艇的艇体设计中几乎是不可能实现的，并且要兼顾考虑燃料舱的安全性，一旦燃料爆炸将直接危及到潜艇自身的安全。
因此，U-XXI型潜艇研制工作实质上处于一个搁置状态。转机出现在1943年，随着雷达技术在军舰上大规模应用以及大西洋胜利天平倾向于盟军，德国再次启动U-XXI型潜艇的研制工作。瓦尔特此时提出艇身截面呈8字型的双艇身方案，按照瓦尔特的设想，艇身的下部全部为燃料箱，上部容纳人员、鱼雷与发动机，解决了艇身如何容纳大型燃料箱的问题。
瓦尔特二次提出来的8字形艇体布局设计，虽然设计先进但实际建造难度太大
遗憾的是，该设计的具体方案虽然设计先进，但是以当时的工业条件，尚没办法实现立刻投入部队使用的军方要求。随后潜艇设计师斯彻尔和布鲁克因提出了一个折中的方案挽救了U-XXI型潜艇的命运，新的潜艇设计的具体方案是将潜艇的蓄电池全部安装到艇身的下部，再结合以创新的直通发动机的导气管装置，将电池的容量相较原来型号增加了3倍，由此诞生了电艇的概念。
新方案潜艇搭载两台柴油发动机，可以在5个小时内为蓄电池充满电。值得一提的是，该方案中增加了一根特制的导气管直通柴油发动机，可保证有充足的氧气进入到柴油发动机里面，而且设计有特殊的阀门能够尽可能的防止海水侵入艇内；如此设计即可保证潜艇在不上浮的情况下进行充电，显著的降低了潜艇因上浮充电被发现的概率。
1943年7月U-XXI型潜艇郑重进入到量产阶段，按照估算建造一艘U-XXI型潜艇至少需要18个月，德国在战场上失利继续新型潜艇扭转战局，在军方等不起的背景下，监造潜艇建造的默克尔首次提出了潜艇分段建造的理念。但在后续随着战局的恶化，盟军地毯式轰炸德国军工产业，U-XXI型潜艇的建造工作也受一定的影响，到二战结束只有119艘彻底完成建造，其中也只有U-2511号潜艇参加了作战巡逻任务，其他艇最后的结局或和U型潜艇一样被拆解，或自行下沉，或成为展品。
总的来讲，是世界上第一种完全水下作战设计的潜艇，集众多先进的技术于一身，实现潜艇以水上航行为主向水下航行为主的转变，被认为是现代潜艇发展过程中的第三个里程碑，其动力系统、导气管设计为日后核潜艇和AIP动力潜艇的研制提供了非常宝贵的借鉴经验，为战后德国在AIP动力常规潜艇领域取得技术领先奠定了基础。
潜艇AIP技术探讨研究德国是开拓者，上文我们提到了在推进U-XXI潜艇研制工作的时候瓦尔特开创性的提出了使用过氧化氢来代替柴油机的设想。但是二战中以德国失败画上句号，和一战结束后的《凡尔赛条约》一样，德国潜艇发展之路受到制约。即便如此，德国还是在上世纪50年代就开始潜艇AIP技术探讨研究，推出208型潜艇的设计的具体方案，将探索如何延长潜艇的水下续航力作为研究的重点，在动力系统的选择上，先后研究了沃尔特闭式循环汽轮机技术、斯特林发动机技术、闭式循环柴油机技术和燃料电池技术，在研究了一大圈子之后，最终德国将发展重点集中到燃料电池技术上。
德国最终选择燃料电池系统特别大程度上和西门子公司有一定的关系，在西门子技术的支持下，德国在上世纪八十年代率先实现了第一代实用化的燃料电池。在燃料电池技术的突破，为后续德国在AIP动力潜艇领域占得一席之地。由于在动力系统上始终没合适的动力系统直接引发了208型潜艇项目在1982年下马，上世纪90年代德国开始基于209型1200吨级潜艇加装AIP系统推出了一代名艇212型潜艇。2002年世界上第一种采用燃料电池、柴电动力系统的212型潜艇成功下水，开启德国在AIP动力常规潜艇领域的巅峰之路。
212型潜艇水面排水量1450吨，水下排水量1830吨，水下最高航速为20节，水面航速12节，水面航速8节时，续航距离为8000海里，利用燃料推进系统和艇上的蓄电池使得潜艇持续水下航行距离超过1638海里，在不使用通气管装置的情况下，水下持续航行时间能长达3个星期。该型艇的下潜深度在250米以上，海上自持力50天，人员编制27人。
该型潜艇的核心技术就是燃料电池系统，该系统由9个模块单元组成的质子交换膜燃料电池组、液氧存储罐以及在金属氧化物中存储的氢组成，每个模块输出功率为34千瓦，总输出功率为300千瓦。利用燃料电池以8节航速可在水下持续航行7天，以4.5节航速续航距离可达2250公里。另外该型潜艇还有一套常规动力系统，由柴油发电机组、推进电机、蓄电池组和配电设备等组成，与燃料电池AIP系统既可单独工作，也可同时工作，同时工作状态下，该型艇的水下持续最大航程可达3000多公里，是原来209型的4倍之多。
212型潜艇AIP系统在布局设计上也有一定的特色，该型艇艇体主要部分采用的是单壳体设计，但为了能够更好的保证燃料电池系统的安全，同时最大限度降低潜艇的机械噪音，艇体的后半部分采用的是双壳体设计，将所有能产生噪音的所有设备都布设在双壳体内。在动力布局上，燃料电池和柴油发电机全部安置在艇体后部，将动力系统中所需的两个14吨装载液态氧的氧气柜和氢气储存分布安装在耐压艇壳外部，采取氧气柜居上，氢气储存在下的布局。这种设计最大好处在哪儿呢？就在安全性上，将易燃易爆的液态氧和氢气布置在耐压艇壳外部，最大限度的防止爆炸起火后危及到本艇的安全。
该型潜艇艇体在布局设计上兼顾了安全性和静音水平，其艇体采用的奥氏体钢具有无磁、高强度、高弹力等性能，结合艇上的高性能消磁系统，保证艇体从始至终维持在一个地磁状态下。同时为降低雷达波和声波的反射强度，该级潜艇的外表面以及升降装置表面都涂上了可吸附声波和雷达波的特种材料。此外，212型潜艇装备的AIP系统对海水的热辐射强度也被严控，尾流特征极其微弱。
212型AIP动力常规潜艇各项性能达到了国际领先水平，但多少有些生不逢时，最初德国计划采购12艘，最后赶上欧洲大幅缩减国防开支，212型艇的建造工作多少也受到了影响，首艇直至2002年才下水，德国海军采购数量也削减至6艘，分两个批次建造。其他的还有一个小插曲，1996年意大利也加入到212型潜艇的共通设计中，修改后的型号最终定型为212A型。
德国人在国际军贸市场上开辟了一番天地，其潜艇也不例外。基于上世纪60年代的技术开发的209型常规潜艇在国际军火市场上极为成功，先后出口和许可建造了70多艘；随着科学技术的快速的提升，尤其是AIP技术实用化之后，德国需要开发一款全新的潜艇来保持其在潜艇军贸市场上的地位，这就是当前德国人主打的214型AIP动力常规潜艇，大多数都用在外贸，德国自己并没有装备。
214型AIP动力常规潜艇是基于209型潜艇和安装AIP系统的212型潜艇研发的一款外贸型常规潜艇，采用模块化建造，其标准的紧凑型工业20几个模块组成，按照每个用户的要求能够直接进行有明确的目的性的改进，先后推出了20多个改进方案以供选择。同时在设计中通过高性能的数据总线，将潜艇的声呐、光电桅杆、通信系统和导航系统等所获得的数据来进行整合，最终汇总到指挥和武器控制管理系统中最大限度的实现自动化。
214型潜艇相较212型排水量有所放大，水上排水量1700吨，水下排水量1980吨，排水量的增加使得其可以搭载续航能力更强的动力系统。其AIP系统使用的是两组西门子新型PEM质子交换膜燃料电池系统模块，输出总功率达到240千瓦，相较212型早期的质子交换膜燃料电池单个模块输出34千瓦的功率，新型质子交换膜燃料电池单个模块的输出功率提升了3.5倍，达到了120千瓦。这就使得214型潜艇以2-6节的航速在水下航行，其燃料电池续航时间达到了3个星期；和212型一样214型也采用两套动力系统，在通气管状态以6节速度航行时，同时工作使用通气管可使其续航力达到12000海里以及海上续航时间达到12个星期。这一数据，将其称为准核潜艇也不为过，这也成为德国AIP潜艇最具竞争力的优势所在。
214型潜艇在隐形处理上充分借鉴了大量212型成熟技术，艇体外型经过优选来确定在流体动力学、隐形特性和低噪音三方面结合的情况下，使其获得最佳声学信号。换装了第二代西门子PERMASYN励磁电机，整体具有低渗漏、高抗振性和较低的维护保养费用的特点，比传统的直流电机小很多，能够使用低转速推进器，达到理想的水动力噪声指标。另外214型艇的耐压艇体使用的是HY80和HY-100型低磁钢，强度和弹性都不错，使得该型艇的下潜深度得到提升，下潜深度超过400米，这也是214型艇的另一大技术亮点。
总的来讲，214型AIP动力常规潜艇是基于畅销全球的209型潜艇设计出来的新一代潜艇，将212型远洋潜艇的设计融入到设计中，强化潜艇的动力系统，提升潜艇的水下续航时间，作为209型潜艇的接替型号出现，已实现出口韩国、意大利以及土耳其等国，使得韩国和意大利成为继德国之后国际上第一批拥有燃料电池推进系统的国家，其先进的设计理念正被世界各国所接受，代表着常规潜艇技术的发展水平。
德国在潜艇设计建造以及作战使用方面具有不得的认知和理解，早在二战期间德国人就意识到水下续航力对潜艇实战效能的及其重要的作用。虽然德国在潜艇发展历史跨度上，起步相对较晚，但是在后续的发展中技术竞争中总能占得先机，从最早开发出潜艇使用的柴油发动机，推出大名鼎鼎的U型系列潜艇，到采用过氧化氢燃料替代柴油发动机的U-XXI型超前技术方案探索，再到先后研究沃尔特闭式循环汽轮机技术、斯特林发动机技术、闭式循环柴油机技术和燃料电池技术，最终确立了以质子交换膜燃料电池为核心的AIP动力系统发展主线。在各个技术发展的节点上都能取得时间上的领先，其研制的209型和最新的214型在国际市场上取得显著的战果，自己使用的212型长期以来一直被世界认为是最成功、性能最先进的AIP动力常规潜艇，某些特定的程度上可以认为，德国的潜艇AIP技术代表着国际上常规潜艇的发展水平，引领着常规潜艇技术发展。除了在潜艇AIP系统上取得的成果之外，德国的潜艇还在艇体隐身以及有关技术、材料领域有着很深的造诣，德国的潜艇之所以畅销，除了拥有不错的续航能力同时，其静音水平也是很重要的一大特色。
