简易斯特林发动机制作原理史特灵引擎属於外燃引擎，只要高温热源温度够高，无论是使用太阳能、废热、核原料、牛粪、丙烷、天然气、沼气（甲烷）、丁烷与石油在内的任何燃料，皆可使之运转，不同於必须使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等内燃引擎。

A.基础篇A1气体的特性如图1把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。

A2移气器如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。

这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。

其原理如下：当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。

相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由於容器上端为冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。

如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。

由此，可知移气器的功用主要在於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。

国立成功大学航太系郑金祥教授把Displacer命名为”移气器”，实在更为贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以为它的作用跟输出功率的动力活塞一样。

A3曲柄机构要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6)。

当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。

将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。

A4动力活塞橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换为动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。

我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运动转换为曲轴的旋转运动。

连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。

橡皮的膨胀及缩收所產生的曲轴的旋转运动提供了移气器上下移动的力量，多餘的力量则可以输出。

必须注意的是，移气器本身不会动，而是被曲轴带动，动力来源是动力活塞。

为何相位角是90度?如图9当移气器移到最顶点的位置时，底部加热空间最大，此时所產生的压力也最大，当移气器移到最底点的位置时，顶部冷却空间最大，此时所產生的压力也最小，如把动力活塞的曲柄连接到曲轴水平位置最远的地方时可產生最大的扭力，此时可看到连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位呈90度的角度差，该角度称为相位角。

曲柄连接到曲轴水平的位置也决定了引擎旋转方向。

上述的条件为静态环境的结果，当随著引擎的转速、负载、温度及使用气体的不同则会有不同的最佳相位角，一般以90度作为通用的相位角。

A5飞轮如果只有上述的零件，引擎还是不能运转。

因为利用橡皮的膨胀或收缩(图8,9)，并无法让曲轴旋转一整圈。

因此，必须加上一个有旋转惯性的设备，即“飞轮”，才能达成连续的运转。

一般採用的飞轮，最常见的是圆形飞轮，如图10所示。

如果除了惯性需求外，还要考虑平衡问题，则在曲轴旋转面的另一端加一配重物充当飞轮，便可解决平衡问题(图11)。

B.进阶篇史特灵引擎是一种高效率的能量转换装置，係採用封闭气体循环（Closedgascycle）及再生器（Regenerator）设计。

理论上，理想史特灵引擎的热效率(Thermalefficiency)与卡诺引擎(Carnotengine)相当，二者皆属可逆热机（Reversiblecycle），具最高热力循环转换效率。

史特灵引擎的使用的工作气体可为高压之空气、氮气、氦气、或氢气。

一般而言，大致分为两种可能的配置：第一种配置利用一个动力活塞（Piston）压缩或膨胀气体，另利用一个移气器（Displacer）使工作气体在气缸内来回流动；第二种配置则不用移气器，完全利用两个活塞来达到压缩膨胀气体与来回驱赶气体的目的。

当气缸内部气体被驱赶至加热部而受热时，即因膨胀推动动力活塞而对外作功。

以气缸数与动力活塞及移气器的排列构型来区分，史特灵引擎又可以分为下列三种形式：(1)α型—又称双气缸型（twin-cylinderStirlingengine），此型无移气器，然具有二个动力活塞，分别在二个独立的气缸内作动。

(2)β型—又称为同轴活塞型（coaxialpiston-displacerStirlingengine），具有一动力活塞与一移气器，二者位於同一气缸，且沿相同轴移动。

自由活塞式史特灵引擎即属此类。

(3)γ型—具有二个独立气缸，其中一气缸内设置动力活塞，另一气缸则设置一移气器，本模型则属於γ型。

史特灵引擎在不同的额定功率下皆能表现出高效率，且因其乃属常压燃烧供热之外燃机，燃烧较为完全，故排气洁净。

最重要的是，它可以适用不同的热来源，包括汽油、天然气、太阳能、生质能、废热利用等。

近年来，能源工程技术相关的研究者对史特灵引擎的研究兴趣正逐渐加温，极可能成为另一个未来可供选择的动力来源之一。

配合上图，理想史特灵引擎的热力循环概念介绍如下：(1)a→b过程中，工作流体等体积吸热升温；(2)b→c过程中，工作流体等温吸热膨胀；(3)c→d过程中，工作流体等体积冷却降温；(4)d→a过程中，工作流体等温冷却收缩。

史特灵引擎与卡诺引擎比较，前者由两个等温过程和两个等体积过程所构成，而后者係由两个等温过程和两个绝热过程所构成。

换言之，史特灵引擎循环以两个等体积的吸热与排热过程，取代卡诺循环的两个绝热过程。

因此，若史特灵引擎循环欲达成卡诺引擎相同的热效率，必须将c→d过程中，工作流体等体积排热过程所排出的的热量，必须用来提供在a→b过程中，工作流体等体积吸热升温所需的热量，这个步骤，叫作再生(Regeneration)，所使用的装置，称为再生器(Regenerator)。

值得注意的是，实际上史特灵引擎内部工作流体的温度和压力，在循环变化过程中并非是完全均匀的。

因此，体积和压力的变化也非如上图所示那样清楚分明。

AIP发动机原理图潜水艇对动力系统的要求,非常苛刻.即要有强大的动力.更要能非常的安安静静.尽量是无声.AIP发动机就是这样的发动机.再加上燃料电池驱动.更是完美的搭配.因为到目前为止.除了声纳探测可发现水下潜艇.还未有真正的探测技术,能发现潜艇AIP发动机原理图斯特林发动机系统斯特林发动机（SE/AIP）系统与闭式循环柴油机系统大致相同，最主要的不同就是发动机。

SE/AIP系统使用的是热气机，而CCD/AIP系统使用的是闭式循环柴油机。

热气机的构想是英国科学家罗伯特•斯特林于1816年率先提出来的，它是一种由外部热源加热，并将热能转换为机械能的热机，其循环是一种闭式、采用定容下回热的气体循环，简称斯特林循环，其具体工作原理是：斯特林发动机的活塞上室为热室，它与另一活塞的下室相连，四个缸相互连接在一起，具体的是1号缸上部的热室与2号缸下部的冷室相连，2号缸上部的热室与3号缸下部的冷室相连，3号缸上部的热室与4号缸下部的冷室相连，4号缸上部的热室与1号缸下部的冷室相连，互相差90°角。

它们使工作气体在热室和冷室之间来回移动，使活塞运动并带动曲柄转动。

斯特林发动机主要是在水下续航状态下工作，与蓄电池并联，向推进电机、全艇辅机及其他用电设备供电。

技术实现的难点和重点主要在于斯特林发动机的水下燃烧系统，因为该系统所使用的氧化剂是纯氧，燃烧方式为燃气再循环，并且是在高于周围海水压力的高压情况下进行燃烧。

主要技术优点机械噪声与振动较小。

因为斯特林发动机是一种从外部对内部气体工质连续加热使之做功的活塞式往复发动机，燃烧过程中没有柴油机的爆燃现象，燃烧过程平稳，因此发动机的噪声与振动较小，但是有些斯特林发动机的部件依然采用往复式运动机械，所以在装备潜艇时仍要加装双层隔振系统以减小水下噪声。

废气排放方便，当热气机的燃烧压力为22公斤／厘米2时，废气水下排放不需要闭式循环柴油机系统的庞大水管理系统，在潜深200米内可以自主排放，即使增加潜深也只需要小型压缩机协助。

当燃烧压力小于20公斤／厘米2时，废气水下自主排放的深度要相应减小。

这种发动机的废气排放深度与燃烧压力有关，这也是技术实现的一个难点。

缺点和不足功率较低，斯特林发动机由于其自身固有的低功率密度的特点，因而决定了整个AIP系统的功率密度小于CCD/AIP系统。

如果要加大功率，需要配几台发动机，但这又影响到整个潜艇的布局与使用，实现功率突破难度较大；燃油消耗量较大，目前要高于普通柴油机。

当前，在SE/AIP系统较有建树的国家是瑞典。

瑞典考库姆公司从上世纪60年代末就开始斯特林发动机的研制工作，目前已经成功研制出71千瓦的V4-275R 型斯特林发动机，装备于1995年2月2日下水的“哥特兰”号潜艇，并使之成为世界上第一艘装备SE/AIP系统的常规潜艇，这也标志着斯特林发动机进入了实用阶段。

近年来，日本也从瑞典引进了斯特林发动机的建造技术，用于装备或改装海上自卫队潜艇。

闭式循环汽轮相系统闭式循环汽轮机系统（MESMA/IP）系统主要由4个分系统构成：液氧储存罐、燃料储存罐及一、二回路系统。

其中燃料通常选择乙醇，存放在储存罐中的橡胶袋中；一回路系统包括高压燃烧室、热交换机、冷凝器；二回路系统包括蒸汽发生器、蒸汽轮机、冷凝器。

具体工作原理及过程：将储存在绝热罐中的低温液氧送到加热器中加温呈气态，乙醇和气态氧在高压燃烧室里燃烧，燃气通过蒸汽发生器后大部分被冷却，这些经冷却的燃气重新回到燃烧室，用于冷却烟道壁，调节燃烧壁壁温，使其保持在1000℃以下，同时稀释乙醇／氧气的混合气体，使其燃烧温度保持在700℃的最佳状态。

一小部分未经冷却的燃气有些直接排出艇外，有些以液态方式储存在艇内。

水在蒸汽发生器吸收燃气热量后变成高温高压蒸汽，温度达500℃，压力大约为18公斤／厘米2，这些蒸汽推动蒸汽轮机做功，驱动交流发电机和整流机组产生直流电，为推进系统提供能量。

水蒸汽冷凝成水后，返回蒸汽发生器，完成循环过程。

技术实现的难点和重点主要在于此系统的液氧采用的是高压储存（60公斤／厘米2）或者低温低压储存（??185℃，2-10公斤／厘米2），无论液氧储存罐置于何处，必须要经得起5g的冲击。

因此液氧储存罐应安装在低频率的弹性基座上，基座固有频率应小于5赫兹。

主要技术优点功率大，可满足潜艇水下航行需要，法国在为巴基斯坦建造的“阿戈斯塔”90B级潜艇上所安装的MESMA/AIP系统的功率为200千瓦；燃烧产物的排放非常隐蔽，由于燃烧时的压力较大，燃烧产物的压力也较大，不需要使用其他机械系统加压就能自动排出艇外，相应也就减少了潜艇的自噪声；另外使用气泡***系统使排出的二氧化碳气泡减小，提高废气的海水溶解度，如果情况危急，可将燃烧产物进行冷凝储存在艇内，此举将大大提高潜艇的隐蔽性。