航母靠烧开水航行!中国海军舰艇现在有哪些动力系统?

百科   2024-09-09 19:19   北京  
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就在福建号航母试航的同时,网上又在为了福建号采用了什么动力系统而吵的不可开交,有人说是蒸汽轮机,有人说是燃气轮机,有人说是核动力加电推。其实,福建舰的动力没什么好争论的,但是我们依然有必要把军舰的各种动力系统,以及它们的优缺点都了解一下。
首先是最古老的动力系统,蒸汽轮机,其实就是烧开水。锅炉将蒸馏水加热成为过热蒸汽,通过管道进入汽轮机,推动汽轮机旋转,再通过复杂的轴系带动螺旋桨。
近代舰艇的动力基本上都是蒸汽轮机,只不过,现代军舰使用的蒸汽轮机设计更加先进,比如使用增压燃烧设计,锅炉内部火焰采用最佳的燃烧构型,使用的燃料也从煤块、煤粉,变成了重油甚至柴油,从而确保蒸汽轮机能够达成最佳的热效率。
使用的汽轮机和轴系,齿轮组结构设计也更加科学,做功效率更高,相比老式蒸汽轮机,已经完全不在一个次元上了。

但是,蒸汽轮机的问题也很明显。首先是它的升火启动就非常麻烦,需要从冷机状态慢慢加热到热机状态,然后才能升火启航,对于大型战斗舰艇来讲,这个加热过程甚至可能要按天来计算,极其耽误时间。
其次,蒸汽轮机还需要配备专用的减速齿轮和倒车齿轮,还需要专用的蒸馏水,因此维护也比较麻烦,一旦维护不当或水质有问题,锅炉都能给搞爆炸了。
因此,总体而言,蒸汽轮机是一种正在被淘汰的动力系统,目前中国海军只有三艘航母、051C和956驱逐舰还在用蒸汽轮机,长远来看是要被淘汰的。

蒸汽轮机之后,目前水面舰艇使用最多的动力组,是柴油机和燃气轮机二分天下。柴油机动力组,其实就是在舰体中部放一台柴油机,连接一个离合器和齿轮箱,齿轮箱连接螺旋桨传动大轴。
和蒸汽轮机相比,柴油机体积更小,皮实耐用,维护也很简便。最关键的是船用柴油机是相对比较便宜的,因此比较适合护卫舰,补给船等经济适用款军舰、辅助军舰使用。

所以,目前中国海军几乎所有的护卫舰,辅助船等,都是柴油机动力,比如054A护卫舰,就使用了国产仿制法国皮尔斯蒂克的舰用柴油机,071船坞登陆舰和075两栖攻击舰,还有901,903补给舰等等,全部清一色柴油机动力,这让中国海军在柴油机动力方面有独特的优势和巨大的装舰规模。
但是,柴油机的问题也是很大的,首先体积,它的小是相对蒸气轮机而言的,装舰之后还是很占地方,其次是噪音和震动都非常严重。护卫舰是干啥的,主要是用来反潜,你柴油机声音弄这么大,还怎么反潜?因此,柴油机在护卫舰上,可以说是有好处,也有坏处,但长远来看,护卫舰最好还是别用柴油机比较好。

不用柴油机,那用什么呢?当然是燃气轮机了,所谓的燃气轮机,其实就是把航空发动机给搬到了军舰上,一样是靠燃油燃烧产生的燃气,驱动风扇叶片,再带动叶轮旋转机械做功,相比柴油机,燃气轮机有这样几个特点:
一是体积特别小,比如美国的LM2500G4,体积不到五十个立方,就十几吨重,功率接近4万马力。二是燃气轮机的噪音特别小,只有叶轮在旋转,没有活塞在气缸内往复运动的撞击,因此非常安静,适合护卫舰使用来反潜。三是燃气轮机加速减速特别快,因为相当于把航空发动机搬到了军舰上边,航空发动机加速减速有多快,燃气轮机就有多快。

当然,燃气轮机的问题也是存在的。第一是对技术要求很高,毕竟是航空发动机核心机改进而来的动力,一个国家要是搞不定航空发动机,也就搞不定燃气轮机。二是它非常费油,你想啊,这是航空发动机,那不就是典型的油老虎吗。如果一艘船使用燃气轮机一直怼着跑,跑不了多远就没有油了,美国海军的伯克级,就是因为燃气轮机弄的,变成了短腿。

因此,折衷方案就是燃气轮机在装舰的时候,会采用多种动力模式,比如柴燃交替,柴燃联合,燃燃联合三种。所谓的柴燃交替,就是舰艇在以经济航速巡航的时候,依然使用柴油机,但是一旦转入高速航行,则使用燃气轮机。
柴燃联合,就是用两台柴油机加上两台小型的燃气轮机,无论在什么情况下都一起启动,但是,相比柴燃交替,柴燃联合动力实现难度太高,毕竟柴油机和燃气轮机的机械效率不一样,运动特性也不一样,需要非常先进的齿轮箱才能对两种动力的对外做功进行耦合,所以现在柴燃交替动力是主流,中国海军的052D就使用了这种动力,至于柴燃联合,目前在中国海军中没有军舰用这种推进方式。

而燃燃联合就顾名思义了,全舰装上四台燃气轮机,无论什么时候都打开四台燃气轮机往前跑,这么用的话,很明显军舰的机动性提高了,但是毫无疑问也变成了油老虎,必须这舰艇要足够大才行。所以,中国海军现在只在055上使用了燃燃联合,其实还有一种更特殊的燃燃交替动力,比如苏联的1155反潜舰,但是中国海军对此并不care而已。

总而言之,蒸汽轮机,柴油机,燃气轮机是现在三大主流舰用动力,也是中国海军主要的舰艇动力,但未来中国海军必然会选择两种动力。
第一种是全电推进,所谓的全电推进,就是舰上无论是柴油机,还是燃气轮机,只用于发电,发出去的电储备起来,或者干脆不储备,使用电动机带动螺旋桨,同时另外设计一个全舰总的配电系统,可以灵活对全舰能源进行分配。

很明显,全电推进系统的优势很大:第一是很好地规避了柴油机和燃气轮机的缺陷,比如二者之间需要安排齿轮箱,柴油机噪音太大不便于实施反潜作战等,等到反潜的时候,你把主机一关,使用蓄电池加上电动机驱动就行了,同时电动机的扭矩,甚至比燃气轮机的加速减速更快,能实现真正的海上飙车。
第二是可以减少一大堆设备,比如减速齿轮箱,交叉传动齿轮箱等等,现都不需要了,直接从发电机拉根线子出来,连接到螺旋桨轴系上,就可以驱动螺旋桨了,就像我们小时候天天玩航模一样,最大的优势是不需要刚性连接轮机和螺旋桨。
第三是便于实施全舰的能量分配,以前军舰上是动力归动力,能源归能源,电力是主机不管的,靠辅机提供,为此还需要在舰上安装辅机,现在不需要辅机了,或者辅机就是起备份作用,主机产生的电力,电动机可以用,雷达可以用,水兵们可以用,大家都可以用。
所以,全电推进的优势还是非常大的,唯一的问题是技术要求很高,咱们也许会在076两栖攻击舰上试用全电推进。

第二种,不用说了,那就是核动力了,核动力是使用核反应堆热量来加热蒸馏水,再推动汽轮机,等于是将原来的推动汽轮机的锅炉和过热蒸汽变成了核反应堆,核反应堆最大的优势就是可以达成无限续航力,动辄几十年不需要加燃料。
同时,尽管原理和蒸汽轮机一样都是烧水,但是核动力系统的加速减速非常方便,启动也非常便捷,以分钟计算,因此毫无疑问是最有价值的动力系统,当然,核动力系统对技术水平的要求极高,稍微差点火候都搞不定,它需要我们的核工业达到极高的水准才行。

总的来讲,目前中国海军中,各种动力系统几乎是群英荟萃,但长远来看,还是核动力和全电推进动力,是最有价值的动力系统,这也是中国海军在未来一个时期需要不断努力的方向。

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