这,首先要从我国舰用蒸汽轮机的发展史说起,可别小看了蒸汽轮机,我们现在的三艘航母装备的都是蒸汽轮机,而且美国和法国的核动力航母,实际上装备的也是蒸汽轮机,简单粗暴点说,核动力的意义就在于“把水烧开”,所驱动的介质仍然是蒸汽,只不过是把烧水的蒸汽锅炉更换为核反应堆而已,蒸汽轮机作为核反应堆的动力配套,不可或缺。
对航母这样数万吨级的庞然大物来说,蒸汽轮机有很多优点:单机功率大,燃油效率高,可以使用劣质燃料,造价相对较低,持续高速能力强等等;更为重要的是,在航母动力的发展上,蒸汽轮机我们已经彻底摸熟摸透,完全不受制于人,真正实现了独立自主。
有人说蒸汽轮机冷启动时间比较久,比如“山东”舰至少需要6小时,但同等条件下核动力航母冷启动的时间也不短,美国“福特”号为4个小时,真正能快速启动、说开船就开船的是舰用燃气轮机,但它如果装在数万吨级别的航母上,其持续加速能力和续航力仍有待提高,在热带地区会出现较为严重的功率热衰减——英国伊丽莎白航空母舰是世界上唯一装备燃气轮机的航母,其航速只有不到25节,好在它根本就没考虑舰载机弹射起飞(全部载机是垂直起降的F35B),否则这样的航速,是不可能创造让航母跑起来迎风放飞舰载机的条件的。
言归正传,回到正题:
鲜为人知的是,空军的航空发动机和海军的舰用动力的研发制造都起源于东北。
但和一路坎坷、一波三折的航空发动机研制之路不同,舰用动力从蒸汽轮机到燃气轮机,从模仿到改进到成熟,最后再到“反向出口”,每一步都做到了吃深吃透、踏踏实实、“知其然还知其所以然”,在最艰难时刻不抛弃不放弃,砥砺前行、勇敢创新——我国航母动力系统的先进性超过了法国、英国、印度、西班牙和俄罗斯航母(如果它还能从船坞里“复活”的话)。
2023年我国造船完工量达到4232万吨,居于世界第一的地位连续13年,是真正的遥遥领先!如果没有完善的舰(船)用动力作为心脏支撑,这是不可能达到的辉煌!这和跌跌撞撞的空军(民航)航空发动机发展,形成鲜明对比 。
1952年,哈尔滨汽轮机厂开建,实事求是地讲,苏联给了我们毫无保留的帮助,整个工厂由列宁格勒重型机械设计院设计,我们国家选择列宁格勒重型机械设计院,是考虑到它设计过苏联规模最大、技术最先进的舰蒸汽轮机厂。
斯大林爽快地答应了我们舰用动力学专家的所有要求,指示苏联专家务必为新中国设计一个“同等规模、同样先进”的舰用蒸汽轮机厂。
1956年,哈尔滨汽轮机厂建成,322套进口设备中,80%以上是苏联援助的。
苏联专家和我们一起参加哈尔滨汽轮机厂的奠基仪式
1962年,一机部向哈尔滨汽轮机厂和同样位于哈尔滨的703所下达任务,投入800万元人民币,对舰用蒸汽轮机进行试制,以满足新中国海军发展的需要。
有人建议先从8000马力起步,小步快跑,等小的摸透了再搞大的,然而当时一机部部长段君毅拍板,直接跳过护卫舰所需的1万马力这个坎,因为1万马力左右这个档位,舰用柴油机可以补上,要仿制就直接仿制36000马力大型舰用蒸汽轮机!代号453工程,为未来的“大舰队”做准备!
这不能不说是一个勇敢而目光深远的决定,路径正确,为未来中国航母的发展奠定了坚实的动力基础。
从今天结果的角度回望,453工程现在早已经根基深厚,开花结果——36000马力的453型装备于051型导弹驱逐舰、以453为基础开发改进的47000马力453B型装备于051B型、051C型导弹驱逐舰以及002型、003型航母。
段君毅(右1)和总理一起视察哈尔滨汽轮机厂。
这里不能不顺便提一下703所,从上个世纪60年代至今,它一直就是专业从事新中国大中型舰船蒸汽、燃气动力装置研发的军工科研单位,没有之一!很奇怪,在舰用动力方面,没有出现军用航空动力政出多门、小山头林立的现象——看来不同的圈子,不同的人,确实风气也不同!
坦率地说,创业的成功与否,主要还是看人,其次才是看投入,舰用蒸汽轮机初期的投入才800万人民币,比之航空涡扇发动机动不动就是5亿英镑(70年代引进国外发动机)或者一亿多人民币(70年代给沈阳发动机研究所)还迟迟搞不出名堂,舰用蒸汽轮机在我国的发展可以说是相当节约了,堪称“争气机”!
顺便说一句,接受一机部研制大型蒸汽轮机任务时,703所副所长魏应新才27岁,足见703所在选择人才方面不拘条条框框,所内风清气正,不谈年龄不谈资历,有才者任之!
在那个“大干快上”的年代,魏应新顶着巨大压力和他的同事们一步一步踏踏实实从头做起。
先是组织全所认真翻译校对苏联TB-8大型蒸汽轮机的全套图纸和技术文件,那个时候和老大哥的关系已经恶化,一切就只能靠我们自己了。
本着严谨负责的精神,在翻译图纸和文件的同时,还逐一对苏联留存的样品零件进行核算,对关键零件进行压力测试,尽量做到“知其然还要知其所以然”,这些其实本来就是尊重科学的常规“动作”,然而当时很多研究所为了“赶英超美”舍弃掉了,最终实践的结果把他们碰的头破血流。
703所和哈尔滨汽轮机厂在真正摸透了舰用大功率汽轮机的设计思路和特点后,才开始逆向设计和制造,不管当时上级如何催促和急躁冒进的社会气氛如何,他们依旧坚持“不摸透不仿制”、“不消化不放图纸下厂”的原则,更不敲锣打鼓搞虚头巴脑、哄骗外行的“献礼工程”。
从1962年一直到1969年,703所与哈尔滨汽轮机厂紧密合作,稳步推进,用了整整7年时间,仿制成功453型蒸汽轮机,单机功率达到36000马力,一次性通过国家验收和军队的认可。
而作为对比,我们看看沈飞是怎么做的。
1958年3月,沈飞开始歼6飞机的试制(模仿苏联米格19),最初代号“东风103”,当时全国也正好在1958年“大跃进”的狂热气氛中,什么“一天等于二十年”啊、“十五年赶上英国”啊的口号响彻云霄——但结果呢?
口号永远代替不了实干!
歼6的试制过程真真是应了“欲速而不达”的成语,生产计划眼高手低,目标虽然是“多快好省”,实际上是“少慢差费”、“一年生产三年返修”,发动机问题始终过不了关……
1958年研制,到1972年,居然共有572架歼6因空军拒收,把整个沈飞厂房都堆满了!
沈飞生产车间堆满了质量不合格、空军拒收的歼6
心急如焚的周总理提出“三抓三促”,下令沈飞必须下决心停产全面质量整顿,到1973年底,在已经确诊肾癌的总理亲自严格把关督促下,歼6才总算质量过关,而这个时候,苏联同一型号的米格19已经退役了………
而舰用蒸汽轮机稳扎稳打,看着是慢,但实际仅用了7年,而急于求成的歼6,看着是快,但来回返工,整整用了15年。
1970 -1980年10年间,哈尔滨汽轮机厂共生产了26套453型蒸汽轮机,全部优质过关,装备在13艘051型导弹驱逐舰上。
根据装舰的实际情况,哈尔滨汽轮机厂抓住和西方的蜜月期,进口日本高级机床加强了工艺精度,703所则在设计上以修改涡轮鼓风机风扇面积的方式增大推力、将排放蒸汽的挤压管增大以解决锅炉燃烧不充分的问题。
一切调整完毕,在接下来的海试中,051型驱逐舰带着两台453型蒸汽轮机,依靠72000马力的强大动力输出,居然跑出来38节的超高航速,简直就是动力过剩,远超051的军方设计指标,在航速方面也领先于同时代的各国驱逐舰。
453型蒸汽轮机因此获得1976年舰船研究院科技大奖。
1985年,新中国海军又搞到了美国LM2500燃气轮机,这种发动机具有体积小、启动快的特点,对驱逐舰特别合适——中国海军用进口的LM2500燃气轮机装备了2艘052型驱逐舰,效果比较满意。
LM2500燃气轮机
在那个小平同志定调“军队要忍耐”的时代,这时海军就出现一股节省军费开支,不再进行蒸汽轮机的开发和生产、要求拆毁生产线“卖废铁”的“歪风”,报告打到当时的海军司令员刘华清那里,老将军力排众议作出决定:
“我们自己的蒸汽动力生产线绝不能断!不但不能断,还要持续提高自动化水平!”
刘华清后来在回忆录里解释了为什么做出这个决断:
“燃气轮机我们一时半会自己消化不了,我看美国人远没有苏联人慷慨,躺在美国怀里发展存在危险。”
事实上,内行都知道,蒸汽轮机不但驱逐舰能用,核潜艇上也能用,这一点刘华清心知肚明;而且他还心心念念一件事,海军迟早要上航母,而航母无论是核动力还是单纯的蒸汽动力——如本文开始所言,都是需要蒸汽轮机的。
后来事情的发展果不出刘将军所料,中美蜜月期勉强维持了10年,然后美国人切断了LM2500燃气轮机的所有零配件供应,所以052型驱逐舰只造了2艘。
由于美国人翻脸断供舰用燃气轮机,052驱逐舰仅仅建造了两艘
其实就像今天美国制裁华为一样,因为毫无退路,这正好坚定了我们在舰用动力方面自己研发、走自我创新之路的决心。
703所和哈尔滨汽轮机厂借着研究新一代驱逐舰“替换动力”的旗号,大张旗鼓筹来了国家投资,搞出了453B型蒸汽轮机,它采用超大曲轴,单台功率提升到空前的4.7万马力,约35兆瓦。051B型(不是051,可以说除了动力之外和051毫无关系)驱逐舰装了两台453B型蒸汽轮机,总功率约70兆瓦。
70兆瓦?这是个什么概念?
美国大名鼎鼎的“朱姆沃尔特”驱逐舰,排水量过万吨,又是燃气轮机又是电驱动,号称“来自未来的战舰”,总功率也才68兆瓦。
美国新锐驱逐舰“朱姆沃尔特”级,排水量过万吨,动力比我们051B还低。
6000多吨的051B驱逐舰
051B这样一艘从武备到电子系统都一般般的驱逐舰,装配的却是一颗强劲的“王者之心”。讲道理,像051B这样连点防空都勉勉强强的驱逐舰,有必要采用这么变态的动力吗?
是不是另有目的呢?
一查公开资料便知——打着装备167舰的453B蒸汽轮机的研发时间,恰好也和八五期间将航母“自造”列为重要课题的时间相吻合;加之703所一篇《航空母舰主锅炉的方案设计探讨》1990年在杂志上公开发表——一切豁然开朗!
这是在为国产航母真正的“王者动力”做准备和打前站呢!
公开发布在《舰船科学技术》上的论文
果不其然,在随后的“山东”号航空母舰建设中,我们一口气塞下了4台国产453B蒸汽轮机,动力达到了18.8万马力!航速30节,达到了美国航母的水平,比法国核动力航母以及英国燃气轮机+电驱动航母都快得多。
编号17,山东号航母
现在看来,当初在1985年刘将军临危决策不放弃蒸汽轮机的生产线,这步棋走得太对了!完全可以说挽救了未来的中国航母动力,铸就了共和国的“苍龙之心”,即便是未来中国航母升级为核动力,我们日益精进和成熟的蒸汽轮机,仍然大有用武之地!这也是我们舰用蒸汽轮机从模仿到吃透,再到真正摆脱模仿、开始独立发展的成功范例!
至于舰用燃气轮机,美国人断供之后,1993年哈尔滨汽轮机厂一口气向乌克兰购买了8台UGT-25000型燃气轮机,703所则从位于乌克兰尼古拉耶夫的“曙光”舰用燃气轮机研究所引进了大批顶尖人才。
到2011年,通过中乌两国专家的共同努力,我们自己的GT-25000(去掉了代表乌克兰的U字母)顺利通关,额定功率也从原装货的每台25兆瓦提高到27兆瓦,这已可以算是一款国际水准的舰用燃气轮机了。
所以,请记住这个时间节点:2011年。
2011年之后,中国驱逐舰开启“下饺子”模式,从那一年起,新型驱逐舰大批下水,第一批次装备国产GT-25000燃气轮机的052D,我们一口气就生产了8艘
对比航空动力发展的一路“筚路蓝缕”,显然我们舰用动力发展更加顺心务实,内耗也较少。咱们在60年代就掌握吃透了大功率舰用蒸汽轮机的技术,然后剩下的关键时间节点全都顺利抓住,引进的技术和生产设备也没闲置。
而航空动力就是引进一个“斯贝”发动机和全套生产线,花了当时堪称天文数字的5亿英镑(70年代初的5亿英镑啊!),结果从东北到陕西来回折腾30多年,最后仿制成功的时候——人家生产线都拆了………
古人曾曰:“橘生淮南则为橘, 生于淮北则为枳”,意思是说同样的东西,放在不同的地方,他们最终的结果相差悬殊。
但这或许并不适合形容新中国的舰用动力和航空动力。
因为二者都是从东北起步成长的。
那么为什么同在一地的舰用动力和航空动力,舰用动力是“心比天高”,航空动力却是“造化弄人”,发展和经历都比前者艰难与“复杂”得多呢?
此中深意,值得细思。