全電驅動的航母用的是什麼發動機,原理是怎樣的?

溫開元


現在只有英國伊麗莎白女王級航母是採用全電推進系統,她是使用燃氣輪機驅動發電機工作

目前現役和在建航母中,只有英國伊麗莎白女王級航母是採用全電推進技術,她也是最早採用全電推進系統的航母。其採用2臺羅爾斯·羅伊斯公司36MW功率的MT30燃氣輪機作為主要動力,4臺芬蘭瓦錫蘭總功率38MW的船用柴油發動機作為輔助動力,共同驅動總功率為108MW的發電機組進行發電,使用集成綜合電力系統分配電力。其推進系統為4臺美國通用公司的20MW先進感應電動機,總推進功率為80MW。英國的伊麗莎白女王級航母是第一個在大型戰艦上採用全電推進的“吃螃蟹者”,但這個螃蟹不好吃,他的最高航速只有26節,這個性能並不能讓人滿意。

羅爾斯·羅伊斯公司的MT30燃氣輪機是目前最先進的船用燃氣輪機,他是基於給波音777使用的遄達800型航空發動機改進而成,其先進性能讓美國都採購作為其DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦和自由級濱海戰鬥艦的主發動機。
芬蘭的瓦錫蘭公司主營中速船用柴油發動機,該公司和德國的MAN是船用柴油機的兩大巨頭,英國選用其作為輔助動力。順帶一提的是,該公司的二衝程柴油發動機業務70%的股份已經在2015年被中國船舶工業集團公司 (CSSC)收購。

除此之外,美國的福特級航母經常被以訛傳訛稱為全電推進驅動,是因為他也採用的朱姆沃爾特級驅逐艦的集成綜合電力系統。單其採用該系統並非作為全電推進使用,他是為了電磁彈射器等次系統服務,其總供電能力為20MW,是尼米茲級航母的三倍,因而福特級航母除了供應電磁彈射等外,還有足夠的電力供應給每個船員居住艙都配備空調系統,大大改善船員生活環境。

然而這點電力供應遠不足以驅動航母前進,福特級航母的推進系統依舊是核反應堆驅動蒸汽輪機,帶動螺旋槳以傳統方式推進,其推進總功率為108MW,略高於尼米茲級航母。

說白了,福特級航母採用集成綜合電力管理系統(IEPC),並不是來進行全電推進的,而是為保障電磁彈射器工作的。

目前技術上,對於大型船舶採用全電推進效率較低,遠沒有成熟。伊麗莎白女王級航母採用全電推進實際上非常勉強,運行效率較低。雖然他使用世界上最先進的美國通用公司的20MW先進感應電動機,使用背靠背的排列方式,將兩臺電動機綁在一起,共同驅動一個螺旋槳,提供將近40MW的動力,但是排水量6.5萬噸伊麗莎白女王級航母最大航速只有26節。對比下福特級航母以傳統方式驅動,佈置108MW的動力功率就可以驅動10萬噸航母跑出30節的航速,多出的28MW就可以有如此大增幅,可見全電推進對於航母這種大型船舶來說,效率比較低。美國通用公司的20MW先進感應電動機,DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦也是採用該電動機提供驅動力,伊麗莎白女王級航母強行把兩臺電動機綁在一起,變成40MW電機,這個思路感覺是毛子才會乾的思路。

所以個人認為,我們完全沒有必要學習英國的強行在航母上全電推進系統,學習福特級的安裝集成綜合供電系統增加供電功率,保障電磁彈射器等供電能力,推進方式上繼續採用傳統方式推進就可以了。更何況,我們目前最大感應電動機也只有10MW,還達不到美國通用的20MW水平。


五嶽掩赤城


航空母艦的動力系統從其誕生以來,在80多年的時間裡,大致上經歷了四個階段:

1、蒸汽鍋爐

蒸汽鍋爐動力方式是工業革命以來歷史最有悠久的艦艇動力系統,不僅應用在早期的航空母艦上,也應用在很多大中型水面艦艇。這種動力方式類似於暖氣鍋爐,依靠燃煤或者重油為燃料,通過燃燒釋放出熱能,將液態的水轉化成高溫高壓的水蒸氣,再由水蒸氣驅動活塞進行往復運動,完成熱能轉換到機械能的過程,通過曲軸和變速齒輪的作用,實現驅動螺旋槳高速運轉,帶動船體前線運行。

蒸汽鍋爐的原理構造比較簡單,功率輸出也非常強勁,使用成本相對低一些,但是加速性較差,維修和保養比較麻煩,需要配置很多的專業人員,況且還需要在船體上開設大量的儲煤倉或者儲油艙,艦島上還要設立巨大的煙囪,會影響到甲板上的航空作業。

二戰時期的航空母艦,以及蘇聯時代的航空母艦等,都是採用這種動力。

2、燃氣輪機+柴油機

燃氣輪機原理和噴氣式發動機較為類似,只不過相比於噴氣式發動機而言,不是向尾部噴射高溫高壓高速氣流,而是通過轉軸以旋轉力矩的方式輸出,從而實現螺旋槳驅動。這種方式一般以燃燒重油方式為主,高速運行狀態比較好,加速性能優秀,而且這種動力系統體積小,重量輕,人員維護也比較簡單,功率輸出密度高。

因此,燃氣輪機成為當今很多主力水面戰艦的主流動力,並且在實際動力系統設計過程中,還會引入柴油機動力作為輔助,從而形成燃氣輪機+柴油機的混合動力模式。比如意大利加里波第號航空母艦就是使用LM2500燃氣輪機+MTA230-12M柴油發動機的混合動力模式,確保能夠安全輸出8萬匹馬力。

3、核動力

蒸汽鍋爐或者燃氣輪機都是屬於常規動力範疇,航程能力有限,需要不斷的接收燃料補給,功率輸出密度也很難提高,相比之下核動力系統就完美的解決了這種問題。這種動力方式依靠可控的核裂變反應,核燃料棒釋放出巨大的熱量,接下來和蒸汽鍋爐類似,還是要產生水蒸氣,通過水蒸氣來驅動活塞轉化成機械能,從而讓螺旋槳旋轉工作。

核動力的優點在於零排放,不需要設置煙囪,艦島可以做的很小;能量輸出也很強勁,能夠滿足超級航母的動力需求;此外服役期限內不需要燃料補給。目前,世界上只有美國和法國擁有核動力航空母艦。

4、全電動力

全電動力系統屬於高度整合和優化的動力系統,相比於之前的動力系統而言,全電動力狀態下,航空母艦的動力系統相當於只是一座“發電站”,之後輸出的電力供應給螺旋槳動力系統、照明、空調、彈射器、航電、生活等。整個動力系統之間的聯繫全部依靠電纜,而不再需要機械傳動裝置,這樣就極大的簡化了艦體結構,也增強了自動化管理水平。

目前世界上只有美國在建的福特級核動力航空母艦和英國已經服役的伊麗莎白女王級航空母艦採用了這種全電動力方式,前者採用核反應堆作為發電站,而後者依然使用燃氣輪機。

這個問題呢就回答到這裡吧。

想了解更多軍事、航空知識,請關注“老鷹航空”;

老鷹航空堅持原創回答,不做任何文字性抄襲;回答中引用的部分圖片素材來自互聯網,如侵則刪;他人請勿抄襲,發現必舉報。


老鷹航空


全電驅動原理是把發功機的動能全部發電,


分享到:


相關文章: