TUhjnbcbe - 2022/1/2 19:13:00
昨天，我们向大家简单介绍了英国皇家海*45型驱逐舰和中国海*D型驱逐舰的部分技术性能对比，在介绍45型驱逐舰的过程中，我们顺带提到了该舰使用的、技术先进、可靠性很差的整合式综合电力推进系统（IEP）。有些读者就在文后询问，说大伊万经常提到的“蒸汽轮机动力系统”、“柴燃交替”、“燃燃联合”动力系统等都分别是什么意思，其系统架构一般是怎样的，各型动力系统的代表舰型有哪些，未来的发展趋势是什么。因此今天，咱们就来向大家简单科普一下舰艇动力系统的类型。咱们都知道，自人类航海史从风帆动力时代进入了热机时代后，舰艇的主要动力组只有有限的几种（古董往复式活塞蒸汽机已经出局）：一是蒸汽轮机，从燃料来区分又可以分为使用燃煤锅炉（已经出局）和使用燃油锅炉（另有一些锅炉烧天然气的LNG船）；二是内燃机，即柴油机或者汽油机，但汽油机在大型船舶上运用较少，一般只用于作为小型船舶的主动力组；三是燃气轮机，这是一种类似于航空发动机的船用动力组，主要靠气体和燃烧室带动的叶轮旋转做功产生动力；四是电力推进系统，其系统前置单元依旧是燃气轮机或柴油机，但这两种燃机仅用于发电，发电用于电动机带动螺旋桨产生推进力；此外，还有一个“不入五行中”的核动力蒸汽轮机系统（还有氢能、蓄电池和潜艇的AIP动力）咱们在这里就不再赘述，大多数常规动力舰艇的动力都是前四种动力组的有机结合。蒸汽轮机动力组首先要说的当然是蒸汽轮机动力组，这是柴油机和燃气轮机出现之前，人类海*水面舰艇普遍运用的动力组，它的主要组成部分包括锅炉和汽轮机：从库兹涅佐夫号航母上拆下来的增压锅炉其中锅炉分为常压锅炉或者增压锅炉，后者相对于前者而言，燃烧效率更高，结构更为紧凑，但对于增压锅炉的总体设计、制造工艺（尤其是耐火砖的设计和安装）与运行维护水平提出了相当高的要求；蒸汽轮机动力组通过燃烧产生的高温、高压蒸汽经过复杂的管路和喷嘴进入汽轮机，带动汽轮机转子旋转成为机械能；随后汽轮机再通过复杂的减速齿轮组结构带动舰艇大轴，大轴直接连接舰艇艉部的螺旋桨，通过螺旋桨旋转产生推力推进舰艇前进。辽宁舰的机炉舱相对而言，蒸汽轮机动力组技术可靠成熟，部分锅炉（如苏KVG-4型增压锅炉）总体设计、燃烧效率很高，能够担负大型水面战斗舰艇（如航空母舰和战列舰）的动力需求。但是，蒸汽轮机也存在总体热效率较低、传动效率不佳、需要配备专用的减速齿轮和倒车齿轮箱、锅炉从冷机到热机耗时太长等劣势。因此，目前除了航空母舰（比如国产的型、和型）还在使用蒸汽轮机动力组，大多数的新建水面舰艇已经淘汰了这一动力组。柴油机和燃气轮机“二分天下”在蒸汽轮机动力组被基本淘汰后，舰艇用动力组基本上成为了柴油机和燃气轮机“二分天下”的局面，几乎所有的水面舰艇都是以这两种燃机为基础做文章，无非是组合方式有所不同而已。以目前已经运用的柴、燃动力组来说，可以分为如下几种，一是柴油机动力组（CODAD），二是柴燃交替动力组（CODOG），三是柴燃联合动力组（CODAG），四是燃燃联合动力组（COGAG），五是燃燃交替动力组（COGOG）。此外还有一个整合式全电动力组之前的、具备一定技术过渡意义的柴燃电联合动力组。柴油机动力组从柴油机动力组（CODAD）的构成来说，其总体构成依然比较简单：动力系统一般是两台或者四台舰用柴油机，每台柴油机配备一个离合器和减速齿轮箱等设备，舰艇螺旋桨大轴从齿轮箱中引出并直接驱动螺旋桨。总之，船用柴油机动力组无非是把车辆的传动系统给“搬”了一套上船，并将车辆的轮子给换成了船用螺旋桨。但是，相比车用柴油机，船用柴油机的体积实在是太大了，且巨大的体积还带不来多大的功率，此外柴油机在运行时的噪声和震动也相当大，对于舰艇的水声低可探测性能不利。因此，目前大多数采用舰用柴油机的舰艇，多少是看中了它的皮实耐用、廉价可靠，在这其中最为典型的代表，就是中国海*已经造了三十多艘的A型通用护卫舰。燃气轮机动力组正是因为舰用柴油机存在这样或者那样的问题，故而在上世纪七八十年代，舰用燃气轮机开始“异*突起”，成为水面主战舰艇的主要动力形式。相比舰用柴油机，舰用燃气轮机体积非常小，如美*最新型的LM-G4型燃气轮机，其装箱状态长度仅有8.18米，宽度仅有2.65米，高度仅有3米，总重量仅有十几吨，但功率却高达3.5万马力，远远超过了舰用柴油机。同时，由于舰用燃气轮机的主要活动构件的运动方式是旋转而非活塞式往复，整套系统的震动和噪音都相对较小，对舰艇的静音性能有较大帮助。但是，燃气轮机也并非完美无缺，它依然存在造价昂贵、制造困难、耗油率高的问题。前者直接导致了苏联红海*在项目（“现代”级驱逐舰）上选择了蒸汽轮机动力组，而后者则导致美国海*的“伯克”级驱逐舰成为了“世界闻名”的“短腿”驱逐舰。“柴燃交替”、“柴燃联合”的模式因此，目前大多数国家在燃气轮机的舰用上，往往会采取“柴燃交替”（CODOG）或者“柴燃联合”（CODAG）的模式：采用“柴燃交替”的D在“柴燃交替”模式上，由于大部分舰艇的巡航功率仅仅是全速冲刺时功率的1/4到1/5，因此在巡航状态下使用两台柴油机已经完全足够，此时舰艇实际上使用的是柴油机动力；而在全速冲刺状态下，再启动燃气轮机并关闭柴油机，使用燃气轮机通过减速齿轮组、带动舰艇大轴传动螺旋桨。这一动力模式很好地兼顾了柴油机的经济适用和燃气轮机的功率强劲，受到大多数国家的欢迎，比如最典型的中国海*的C/D系列驱逐舰，就是再典型不过的柴燃交替动力组。相比柴燃交替动力，柴燃联合动力（CODAG）就显得“非主流”了一些，主要原因是柴油机和燃气轮机是两种不同性质的动力系统，要将这两种动力系统耦合运作需要设计极其复杂的传动装置，大大提升了舰艇动力系统的复杂性。因此目前为止只有美*的“自由”级濒海战斗舰采用了CODAG动力组，而不出意外，“自由”级的动力系统的可靠性非常差，运用并不成功。因此目前为止，大多数水面舰艇均未使用柴燃联合动力组。“燃燃交替”、“燃燃联合”的模式相比柴燃交替动力和柴燃联合动力，还有一些“土豪”直接选择了燃燃交替或者燃燃联合动力。“无畏”级驱逐舰的动力系统由两台2马力M-8KF型燃气轮机组成的DT-59型加速机和以两台马力M-62型燃气轮机为核心的D-型巡航推力机共同实现前者类似于“演化版”的柴燃交替动力，主要是使用一台功率较小的燃气轮机代替柴燃交替动力中的柴油机位置，在巡航状态下使用这台小型燃气轮机工作，在冲刺航速下再启动主燃气轮机；而后者则直接使用两台甚至更多的同型号燃气轮机组成动力组，分别驱动螺旋桨轴系、带动舰艉的螺旋桨产生推进力。“爱宕”级驱逐舰燃燃联合动力的造价最高，对舰艇的续航力也有一定的影响，但综合评价也是动力性能表现最好、综合性能非常高的舰用动力系统，各国海*一般都会将它用在自己的核心水面舰艇上，比如美国海*的“提康”级巡洋舰、日韩两国海*的“爱宕”或“世宗大王”级防空舰上。值得一提的是，美国海*的“伯克”级驱逐舰尽管级别比“提康”级要低一些，却也运用了燃燃联合动力组，直接安装了4台LM-型燃气轮机，这很大程度上是得益于美国海*的“土豪”做派，在海*舰艇中算是个非主流的设计。未来的趋势：综合全电系统当然，从目前舰艇动力系统的发展趋势看，无论是柴油机动力，还是燃气轮机动力，在柴燃电或整合式全电推进系统面前，已经有了落后的迹象：首先是作为过渡手段的柴燃电动力组，它已经将柴油机改为发电使用：在巡航状态下用柴油机带动电动机、再带动螺旋桨推进，只有在冲刺状态下才使用燃气轮机动力，当然也可以在冲刺状态下同时使用柴油机带动电动机再加燃气轮机，形成一套更为独特的柴燃电联合动力组；而在柴燃电动力组之后，则是更为先进的整合式综合全电推进系统，柴油机和燃气轮机（或者全燃气轮机）均直接用于发电，再使用电动机带动螺旋桨轴系。整合式全电系统一方面可以将原有的动力系统之间的刚性连接改为软性连接，对于舰艇舱室分配有较大的帮助，另一方面可以在舰艇用电需求上进行综合管理，提升舰艇的能源分配效率。目前，综合全电系统被认为是最有发展潜力、但也依然有很多问题需要克服的动力系统，也只有“朱姆沃尔特”级驱逐舰和45型有了试验性的运用，当然，从45型的运用情况来看，这套整合式全电系统运用并不成功。而对于中国海*而言，我们目前已经走完了蒸汽轮机动力组、柴油机动力组、柴燃交替动力组和燃燃联合动力组四个阶段，相信在不久的将来，我们会看到运用整合式电推系统的国产水面战舰，航行在茫茫大洋上。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇