全电驱动的航母用的是什么发动机,原理是怎样的?

温开元


现在只有英国伊丽莎白女王级航母是采用全电推进系统,她是使用燃气轮机驱动发电机工作

目前现役和在建航母中,只有英国伊丽莎白女王级航母是采用全电推进技术,她也是最早采用全电推进系统的航母。其采用2台罗尔斯·罗伊斯公司36MW功率的MT30燃气轮机作为主要动力,4台芬兰瓦锡兰总功率38MW的船用柴油发动机作为辅助动力,共同驱动总功率为108MW的发电机组进行发电,使用集成综合电力系统分配电力。其推进系统为4台美国通用公司的20MW先进感应电动机,总推进功率为80MW。英国的伊丽莎白女王级航母是第一个在大型战舰上采用全电推进的“吃螃蟹者”,但这个螃蟹不好吃,他的最高航速只有26节,这个性能并不能让人满意。

罗尔斯·罗伊斯公司的MT30燃气轮机是目前最先进的船用燃气轮机,他是基于给波音777使用的遄达800型航空发动机改进而成,其先进性能让美国都采购作为其DDG-1000朱姆沃尔特级驱逐舰和自由级滨海战斗舰的主发动机。
芬兰的瓦锡兰公司主营中速船用柴油发动机,该公司和德国的MAN是船用柴油机的两大巨头,英国选用其作为辅助动力。顺带一提的是,该公司的二冲程柴油发动机业务70%的股份已经在2015年被中国船舶工业集团公司 (CSSC)收购。

除此之外,美国的福特级航母经常被以讹传讹称为全电推进驱动,是因为他也采用的朱姆沃尔特级驱逐舰的集成综合电力系统。单其采用该系统并非作为全电推进使用,他是为了电磁弹射器等次系统服务,其总供电能力为20MW,是尼米兹级航母的三倍,因而福特级航母除了供应电磁弹射等外,还有足够的电力供应给每个船员居住舱都配备空调系统,大大改善船员生活环境。

然而这点电力供应远不足以驱动航母前进,福特级航母的推进系统依旧是核反应堆驱动蒸汽轮机,带动螺旋桨以传统方式推进,其推进总功率为108MW,略高于尼米兹级航母。

说白了,福特级航母采用集成综合电力管理系统(IEPC),并不是来进行全电推进的,而是为保障电磁弹射器工作的。

目前技术上,对于大型船舶采用全电推进效率较低,远没有成熟。伊丽莎白女王级航母采用全电推进实际上非常勉强,运行效率较低。虽然他使用世界上最先进的美国通用公司的20MW先进感应电动机,使用背靠背的排列方式,将两台电动机绑在一起,共同驱动一个螺旋桨,提供将近40MW的动力,但是排水量6.5万吨伊丽莎白女王级航母最大航速只有26节。对比下福特级航母以传统方式驱动,布置108MW的动力功率就可以驱动10万吨航母跑出30节的航速,多出的28MW就可以有如此大增幅,可见全电推进对于航母这种大型船舶来说,效率比较低。美国通用公司的20MW先进感应电动机,DDG-1000朱姆沃尔特级驱逐舰也是采用该电动机提供驱动力,伊丽莎白女王级航母强行把两台电动机绑在一起,变成40MW电机,这个思路感觉是毛子才会干的思路。

所以个人认为,我们完全没有必要学习英国的强行在航母上全电推进系统,学习福特级的安装集成综合供电系统增加供电功率,保障电磁弹射器等供电能力,推进方式上继续采用传统方式推进就可以了。更何况,我们目前最大感应电动机也只有10MW,还达不到美国通用的20MW水平。


五岳掩赤城


航空母舰的动力系统从其诞生以来,在80多年的时间里,大致上经历了四个阶段:

1、蒸汽锅炉

蒸汽锅炉动力方式是工业革命以来历史最有悠久的舰艇动力系统,不仅应用在早期的航空母舰上,也应用在很多大中型水面舰艇。这种动力方式类似于暖气锅炉,依靠燃煤或者重油为燃料,通过燃烧释放出热能,将液态的水转化成高温高压的水蒸气,再由水蒸气驱动活塞进行往复运动,完成热能转换到机械能的过程,通过曲轴和变速齿轮的作用,实现驱动螺旋桨高速运转,带动船体前线运行。

蒸汽锅炉的原理构造比较简单,功率输出也非常强劲,使用成本相对低一些,但是加速性较差,维修和保养比较麻烦,需要配置很多的专业人员,况且还需要在船体上开设大量的储煤仓或者储油舱,舰岛上还要设立巨大的烟囱,会影响到甲板上的航空作业。

二战时期的航空母舰,以及苏联时代的航空母舰等,都是采用这种动力。

2、燃气轮机+柴油机

燃气轮机原理和喷气式发动机较为类似,只不过相比于喷气式发动机而言,不是向尾部喷射高温高压高速气流,而是通过转轴以旋转力矩的方式输出,从而实现螺旋桨驱动。这种方式一般以燃烧重油方式为主,高速运行状态比较好,加速性能优秀,而且这种动力系统体积小,重量轻,人员维护也比较简单,功率输出密度高。

因此,燃气轮机成为当今很多主力水面战舰的主流动力,并且在实际动力系统设计过程中,还会引入柴油机动力作为辅助,从而形成燃气轮机+柴油机的混合动力模式。比如意大利加里波第号航空母舰就是使用LM2500燃气轮机+MTA230-12M柴油发动机的混合动力模式,确保能够安全输出8万匹马力。

3、核动力

蒸汽锅炉或者燃气轮机都是属于常规动力范畴,航程能力有限,需要不断的接收燃料补给,功率输出密度也很难提高,相比之下核动力系统就完美的解决了这种问题。这种动力方式依靠可控的核裂变反应,核燃料棒释放出巨大的热量,接下来和蒸汽锅炉类似,还是要产生水蒸气,通过水蒸气来驱动活塞转化成机械能,从而让螺旋桨旋转工作。

核动力的优点在于零排放,不需要设置烟囱,舰岛可以做的很小;能量输出也很强劲,能够满足超级航母的动力需求;此外服役期限内不需要燃料补给。目前,世界上只有美国和法国拥有核动力航空母舰。

4、全电动力

全电动力系统属于高度整合和优化的动力系统,相比于之前的动力系统而言,全电动力状态下,航空母舰的动力系统相当于只是一座“发电站”,之后输出的电力供应给螺旋桨动力系统、照明、空调、弹射器、航电、生活等。整个动力系统之间的联系全部依靠电缆,而不再需要机械传动装置,这样就极大的简化了舰体结构,也增强了自动化管理水平。

目前世界上只有美国在建的福特级核动力航空母舰和英国已经服役的伊丽莎白女王级航空母舰采用了这种全电动力方式,前者采用核反应堆作为发电站,而后者依然使用燃气轮机。

这个问题呢就回答到这里吧。

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全电驱动原理是把发功机的动能全部发电,


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