舰用燃气轮机能否推动大型航空母舰?

Halo豆芽


目前,研发建造并装备大型航母的只有美国一家,拥有10艘尼米兹级和1艘福特级两型总共11艘满载排水量10万吨级甚至以上的航母,且都采用了核动力系统,在舰艇排水量、续航力、自持力、人员居住舒适性等诸多方面,核动力航母相对常规动力系统航母拥有无与伦比的优势。

一般轻中型常规航母,动力系统采用蒸汽轮机,也有个别采用燃气轮机,英国皇家海军满载排水量6.5万吨级的伊丽莎白女王号航母就是首次在航母上使用了燃气轮机,采用了两台罗尔斯·罗伊斯生产的单机功率36兆瓦的MT-30燃气轮机,据称未来罗罗公司将把燃气轮机的功率提高到40兆瓦。

当然,法国人整出了满载排水量4万吨不到的核动力航母戴高乐号,按理说应该是法国人的骄傲与核科技的代表,但却成了全世界嘲笑的对象,核动力航母制造的反面教材。

原来法国并未研发航母用核动力系统,只是简单地将潜艇使用的核动力系统直接照搬到了航母上,1台动力不够,就再拆1台装上去,但最终结果航速依然上不去,核动力航母航速尚不到27节,成了全世界跑了最慢的航母。

一般军迷的印象中,航母要么就是核动力系统,要么就是蒸汽轮机,要是发文国产003航母有可能采用燃气轮机作为动力系统,一定会被喷得体无完肤,在英国海军伊丽莎白女王号航母采用燃气轮机的背景下,其实不排除未来我军航母也会采用燃气轮机作为动力系统,至少有这种可能性不是吗?

燃气轮机,具有功率密度极大的优点,同等体积的燃气轮机,是柴油机的1/3到1/5,是蒸汽轮机体积的1/5到1/10;此外,同蒸汽轮机和柴油机相比,燃气轮机的启动速度更快。

由于燃气轮机的转子非常轻巧,在启动机的帮助下能够在1-2分钟内达到最高转速,而这一点对于水面舰艇的启动和加速性能具有至关重要的作用。

相比起蒸汽轮机从停机到启动所需的漫长热机过程,燃气轮机启动所需的时间则要短许多,这对在紧急情况下进行,军舰离港作战有着至关重要的作用。

燃气轮机在高速稳定的转动中,产生的噪声更多是高频啸声,噪声分量很低;与之相比,柴油机会产生大量低频机械振动噪声,意味着军舰更容易被敌方潜艇的声呐探测到。

一般采用燃气轮机来做动力,航母燃烧的是价廉的重油,但航母用燃气轮机作动力时,对于燃料要求较高,燃料使用成本就比较高。

航母,可以使用燃气轮机作为动力,但舰用燃气轮机实在是太费油了,烧油就跟烧水似的,中型以上航母必须装多台燃气轮机才能保证有足够的动力推动航母最高航速达到30节,否则,跟戴高乐号航母一般,连27节都跑不到,就成了笑话了。

随着间冷回热技术的日臻成熟,燃气轮机的经济性也会不断提高,乐观估计未来的热效率能提升到50%左右,甚至以上达到创纪录的60%。

在国内自媒体的推文中,普遍将蒸汽轮机视为一种落后的产品,但蒸汽轮机也并非一无是处,例如蒸汽轮机使用的重油比燃气轮机使用的燃料更便宜,海军现役航母辽宁舰使用的就是蒸汽轮机,自2012年服役以来,其性能也得到了充分的验证。

当然,采用蒸汽轮机作动力的航母,其动力系统的管道腐蚀较快,因此经常需要进行各种等级的修理维护,维护保养工作量大维护和使用需要的人手多。

此外,主机燃料与舰载机燃料不通用,导致燃料存储空间的利用效率和灵活性没有燃气轮机大;还有污染大的问题,某些港口恐怕会拒绝蒸汽轮机航母停靠。


国平军史


燃气轮机是可以供航母使用的,当然大多数航母没有采用它,美国“尼米兹”级和“福特”级都是采用核动力的航母,之前的美国常规动力航母采用的是蒸汽轮机动力,法国“戴高乐”号也是核动力航母,此前的“克莱蒙梭”级是蒸汽轮机动力,俄罗斯和我国航母目前使用的是蒸汽轮机,倒是英国航母,从“无敌”级到新的“伊丽莎白女王”级都是使用燃气轮机为动力的航母。

燃气轮机可谓是现代大型军舰的首选动力,它体积小,能量密度高,动力强,启动速度快,但是常规动力航母采用它的并不多,原因主要有这么两个,一个是其使用燃料贵,燃气轮机是航空发动机改的,使用优质柴油,而蒸汽轮机不挑食,使用重油,也就是炼汽油、柴油、煤油等剩下的重质油,对于航母这种体积超大的船来说,蒸汽轮机启动速度慢、体积大、管路复杂一些也不太敏感,其功率很大,我国“辽宁”号航母4台蒸汽轮机总输出功率达20万马力,能推动6万吨大航母跑30节。换燃气轮机的话,055万吨大驱使用的UGT25000单台3.4万马力,起码得装6台,燃油费用还高很多。

其二,常规动力航母如果装蒸汽弹射器,蒸汽轮机可以提供充足的蒸汽,燃气轮机没法做到。

英国航母用燃气轮机,一是“无敌”级满载排水量只有20000吨,使用的短距滑跃起飞垂直降落的“海鹞”战机,无需弹射器,所以用燃气轮机做动力没啥问题。而它的新航母,虽然使用了两台罗尔斯·罗伊斯的MT30燃气轮机,但它是全电推进航母,也就是说,它的燃气轮机是用来发电的,另外还有4组柴油发电机组发电,用电力推进,它使用F-35B也不需要弹射器。

“伊丽莎白女王”级是世界上第一种采用全电推进的航母,这是一种发展方向,未来常规动力航母倒是可以考虑这种动力方式,但真正能用得起航母的国家很少,有实力的必然选择核动力,经济实力不足的国家燃气轮机也用不起。L


联合防务


一般地认知,10万吨级以上的大型航母,均使用核动力,被认为有无限航行能力。随着核动力技术的提高,用于航母,被赋予越来越多的可靠性和安全性,不过,现在航母使用核动力的国家只是美国和法国,美国用得好,法国用起来就一直比较闹心。不过,美国“福特号”A1B核反应堆,也开始闹起了毛病,正在返厂修理。核动力好用,但在安全性始终成为挥之不去的阴影,毕竟使用最多者也只美国一家,燃气轮机则是大多数航母国家的选择。比如英国女王级航母,即使用2台功率可以达到40MW的MT30燃气轮机,只是一样,会造大功率军用燃气轮机的国家,并不是很多,也只是英美中乌四家。

军用不一

民用型体积大,几百MW都有,我国从美德日多有进口,亦不受限制。军用的不成,当年我们从美国进口LM2500,人家拿来当宝,最新型号的LM2500+G4,已达到35MW。当中国有了QC280,即在中国设了一条生产线,敞开了销售。现在我们QC280也达到了35MW,为了促进它的进一步成熟,不会使用外国动力。

核动力是方向

世上核动力,已达到第四代,我们的“华龙一号”是典型的三代,正在对外出口。有号最清洁的能源,我们会继续努力。但在燃气轮机方面,无论军民,我们仍自努力。如英国MT-50达到50MW的燃气轮机,2018年,我们也已实验成功。动力长期以来成为我们心中的痛,今天发展,一样也不能少,莫不有相关的型号发展和展开。燃气效率,亦在逐步提高,比如QC280也已达到了40%。都在关心,下一代航母003使用什么动力,现在看越来越清晰的是常规动力,常规动力以使用燃气轮机为最大可能。


魂舞大漠


能啊

经常在码头做事的人应该知道,一个人用一个根缆绳就能在平静的水面上拉动几百吨的船,所以单从能不能推动来说是完全可以的,再垃圾的发动机也可以让航母缓慢移动的,所以你这个问题我感觉不专业。

你应该问舰用燃气轮机能否让航母达到30节速度,航母是非常非常大的所以舰用燃气轮机要驱动航母到30节考验的是燃气轮机总功率,因为以现在的燃气轮机技术实在是很难实现单台推动航母,一般来说都是四台小型军舰有经济性考虑就二加二,航母上一般都是四台大功率燃气轮机,而驱逐舰的全燃动力一般是两台大功率加两台小功率。

航母上现在基本两种发动机,一种是燃气轮机一种是蒸汽轮机,其中有人会问到核动力实际上核动力也是烧水产生蒸汽驱动蒸汽轮机,只不过常规航母烧的是重油而核动力烧核燃料,所以无论哪种动力装置只要功率足够都可以驱动航母,西方一些国家的轻型航母(两栖攻击舰)还采用柴油动力。



李晓伟


图片上是“伊丽莎白女王级航母”的二号舰“威尔士亲王号,正在吊装主动力系统的二号燃气轮机,前面白布包裹的和后面吊装的就是赫赫有名的MT–30燃气轮机,“女王级”前后两个主动力室一共安装了两台。

“伊丽莎白女王级航母”排水量超过6万吨,已经是大型航母了,所以现代大型航母可以使用燃气轮机作为主动力的。
MT–30燃气轮机是由波音777早期型号所使用的罗尔斯.罗伊斯公司的“特伦特800”型航空发动机衍生而来,
是目前世界上功率最大、热效率最高和设计最先进的舰用燃气轮机,总体性能略高于美国的LM2500+燃气轮机,美军的“朱姆沃尔特级”驱逐舰和“自由/独立”两型濒海战斗机也使用MT–30为主机。

英国航母使用燃气轮机的历史可以追溯到1970年代末服役的“无敌级轻型航母”,二战后英国皇家海军的实力一落千丈,1970年代就将唯一的一艘“鹰级”大型航母退役,但皇家海军在冷战期间任务繁重不能没有航母,在勉强凑齐经费后研制了三艘“无敌级”轻型航母,在选用主动力系统时选用了“奥普林斯TM3B燃气轮机”(4台),在世界上首开燃气轮机安装上航母的先河,燃气轮机体积小、启动快加速性能好、运行噪音小...等特点,技术上优于传统的蒸汽轮机,特别是体积小重量轻,MT–30重量只有20吨多一点,而“库兹涅佐夫号航母”上的一组蒸汽轮机系统就得140多吨!燃气轮机的好处是显而易见的。


“女王级航母”前后两台MT–30燃气轮机所处的位置,在两个舰岛下面各有一台。

燃气轮机虽好,但“女王级航母”仅仅安装了两台,从舰船设计角度来说它装四台是没有问题的,MT–30单台输出功率是36兆瓦,两台加一块不足80兆瓦,仅能维持“女王级”最高26节的航速,这显然比主流航母30节最高航速差一些!以“库兹涅佐夫号航母”为例,8台蒸汽轮机机组总功率149兆瓦,要大大高于“女王级”。
“瓦良格号航母”是的KVB–4(КВГ–4)型水管锅炉,一共8台。


1950年代后的主流航母最高航速都在30节以上,目的是要摆脱核潜艇的跟踪,因为当时的核潜艇水下航速普遍超过了30节,为了不让核潜艇抢占鱼雷发射阵位(当时攻击核潜艇只有鱼雷),就必须要高航速来摆脱它的跟踪...所以,美军的大型航母从“福莱特斯级”开始就将航母的最高航速设计为30节以上,除了摆脱核潜艇的目的外,较高的航速在逆风航行时还能产生“甲板风”可以提高飞机的升力,也减少蒸汽弹射器的蒸汽压力和使用量,对降低舰载机发动机磨损也有好处。
看来英国摄影师也喜欢用“鱼眼”广角拍摄。

航速慢(要达到30节总功率就得200兆瓦)对于“女王级”来说不算啥问题,因为俄罗斯目前国力贫弱,也没多少像样的核潜艇了还要对抗美军的核潜艇,对皇家海军的关注度限制下降,也掰不开仅有的十几艘核潜艇去跟踪“女王级”,所以它的航速低就低一点吧。

另外,“女王级”搭载的是F–35B短距滑越起飞和垂直起降战斗机,对于“甲板风
”也没啥要求,在经费确实紧张的前提下“女王级”已经简化了原设计,原先设计的电磁弹射器也不安装了(发电量也满足不了需求),在没有太大的水下威胁和“能简则减”的原则下,26节的航速还算够用。

总之,高性能的燃气轮机是可以当做大型航母的主动力来使用,但是它也出现了前面所说弊端!6万吨以上的航母最好还是用核动力,可问题是核动力航母门槛太高;蒸汽轮机由于设计和制造、保养...相对简单、便宜,还能为蒸汽弹射器提供能量,仍然是排在第二位的主动力系统;燃气轮机排目前在第三位,但它确实有替代蒸汽轮机的可能。


皇家橡树1972


当然可以!燃气轮机和喷气式发动机的原理类似,都是吸收空气和燃料一起燃烧,最后产生的高温燃气推动叶轮旋转,因此被称为燃气轮机。从这里我们也能看出来,燃气轮机原理非常简单,因此其结构自然不会复杂,体积相对来说就比较小,只要有燃气供应,启动起来所花费的时间也比传统的蒸汽轮机要快。虽然燃气轮机有这么多优点,但是目前世界上所有的航母不管是核动力还是常规动力基本上都使用的是传统的蒸汽轮机动力,这种动力装置制造简单,维护方便,单个功率强劲,非常适合用作大型舰艇的动力。
(燃气轮机结构)

更要的是,蒸汽轮机可以为航母的蒸汽弹射器提供足够的蒸汽,而燃气轮机如果作为航母动力,一旦用不上新潮的电磁弹射,那么大概率就只能滑越起飞了。而作为世界上唯一使用燃气轮机作为航母动力的英国,二战后发展的两型航空母舰都证明了这一论断。七十年代建造的无敌级轻型航母采用了鹞式垂直/短距起降舰载机加滑越甲板(滑越起飞,垂直降落)的组合,而现在的伊丽莎白女王级依旧是这样的搭配,只不过舰载机换成了更加先进的F35而已。

(搭载F35B舰载机的伊丽莎白女王号航母)

那为什么英国会使用燃气轮机作为航母动力呢?燃气轮机本身一般多用于排水量在1万吨上下的驱逐舰或者轻型巡洋舰,主要原因在于一般国家很难将燃气轮机的功率做到蒸汽轮机那么大。但是英国是怎么解决这一问题的呢?主要是因为其坐拥世界上最强大的燃气轮机生产商罗尔斯·罗伊斯公司(其实就是劳斯莱斯公司)!它为伊丽莎白女王级航母提供的燃气轮机不仅动力大,而且非常安全可靠,最关键的是能量转换比高,因此还比较省油,正因为如此才让英国人动心,下决心继续采用燃气轮机作为航母动力,而美国人不用燃气轮机,是因为燃气轮机不能搭配核动力,所以压根看不上!(伊丽莎白女王级航母装备的MT30燃气轮机)

伊丽莎白女王级航母的主动力采用的是两具单机功率为36兆瓦的MT30燃气轮机,辅助动力为两台瓦锡兰公司生产的单机功率11兆瓦的柴油机,当全速前进时,两种动力同时开启,总功率达到约100兆瓦,最高速度26节。虽然这一速度比传统的美式航母30节的速度要低,但这其实是经过了充分考虑和计算的!因为F35B舰载机采用的是短距起飞模式,对于甲板风的要求并没有传统舰载机那么严格,因此出于经济性和作战效能的综合,26节的速度足矣!
(伊丽莎白女王级航母的F35B短距起飞训练)

采用了燃气轮机作为动力的伊丽莎白女王级航母最大的外形变化就是其双舰岛设计。燃气轮机虽然整体体积小,但是产生的燃料废气却很多,因此必须采用更直更粗的排气管道进行排气,所以燃气轮机多布置在舰岛下的舷台上,以便于排气,又不影响甲板舰载机作业。但是如果多台燃气轮机共用一个舰岛的排气管道,在战时如果其中一个燃气轮机或者排气管受损,航母就可能失去动力而直接趴窝,因此伊丽莎白女王级航母建造了两条相互独立的烟道,而这两条烟道的出气口直通甲板,因此就直接修建了两个舰岛,以便于容纳两个出气筒。
采用燃气轮机的伊丽莎白女王级航母还创新性的运用了全电推进技术(将日常用电、武器用电、动力用电三合一,燃料发动机只用作发电),简单点说就是首先利用燃气轮机进行发电,然后用电动机直接带螺旋桨转动,这样做的好处就是减少了许多传动轴和齿轮装置,间接的降低了摩擦力和噪音,提高了静音水平和能量转化效率,加强了航母的操控性能等等,好处多多!


(全电推进的本质:用电解决一切问题!)

由于未来舰艇对电力需求越来越大,全电推进已经成为主流趋势,使用常规燃料的蒸汽轮机相对燃气轮机,体积太大,续航也不行,实际上并不适合用作全电推进。而用核反应堆的蒸汽轮机虽然同样体积大,但是几乎无限的原始能量供应足以克服一切缺点,核反应堆可以源源不断地发电,所以最适合全电推进。而燃气轮机体积小,效率高,虽然比不上核动力装置,但在全电推进的运用上是高于常规燃料的蒸汽轮机动力的,如果搞不成核动力,用燃气轮机做航母动力实际上是个相当不错的选择!



军武吐槽君


燃气轮机效率不低,是一般舰艇的优选动力,

但是传统燃气轮机是燃气机械轮机,燃气吹动叶轮,叶轮带动轮轴大轴螺旋桨,机械结构大,体积沉重,占地不少。

而燃气轮发电机,体积更小,没有大轴,叶轮也小。先发电,也只发电,不做机械动力传动。

“”燃气轮发电机”安放位置灵活,安排在船头船尾都可以,电线比机械大轴好布局。

但是,燃气轮发电机最大能提供多少功率,还说不好。

这个其实也不一定非要啥烟囱,

船头开个鼻孔就行,甲板反面船沿,都可以开腮。用不着非在甲板上方搞烟囱。

燃气轮发电机,体积小,发电可用超级电容蓄电,而且经过蓄电汇流,可以允许多台小功率分散集成。很灵活。发个电而已。不用太操心是几台发的。


星辉650


当然可以,现在英国的伊丽莎白女王级航母不就是用燃气轮机做动力吗?不要总想着美国10万吨级的航母才算大型航母,英国的伊丽莎白女王航母满载排水量也高达7万多吨,是目前仅次于美国以外的全球第二大航母,在范畴内已经属于大型航空母舰了。其动力系统采用2台单机功率4.8万马力的罗·罗公司的MT-30涡轮燃气轮机,另外还有2台单机功率为1.5万马力和2台单机功率1.2万马力的柴油机作为辅助动力,最高航速能达到25节,这也达到了法国戴高乐级核动力航母的最高航速,而戴高乐号吨位也不过4万多吨而已。


舰用燃气轮机的好处在于体积小、反应时间快,且功率也不小,不过用在万把吨级的巡洋舰和驱逐舰时可能还够用,将它用到航母英国还是第一个,它采用了综合电力推进系统,说简单点就是燃气轮机做功发电,产生的电力给电机做功进行推进。不过英国人并不是第一次在航母领域第一个吃螃蟹的人,毕竟英国可是第一个搞出航母的国家,也是第一个取得航母战绩的国家,而奠定现代航母标准的斜角甲板、蒸汽弹射器、助降系统也都是英国先玩出来的,虽然英国不是航母大国,但却是航母创新度最高的国家,而综合电力推进系统似乎也是航母未来的发展趋势。



不过由于英国走了一条不同于其他五常的道路,英国走的是短距起飞/垂直降落的模式,所以燃气轮机基本够英国航母使用,但是对于起降重型固定翼舰载机的国家燃气轮机并不能满足航母的使用,无论是蒸汽弹射还是电力弹射燃气轮机都无法提供足够的弹射电力去弹射飞机。毕竟英国的燃气轮机只提供给航母推进使用,飞机使用短距起飞不用弹射起飞。所以对于走固定翼起降的舰载机发展道路的航母国家来说,蒸汽轮机加核动力的组合或者核动力加燃气轮机的组合才是首选。




在十字路口等等你


作为舰船动力装置蒸汽轮机、柴油机之后的新型动力,舰用燃气轮机自上世纪50年代问世以来,在近些年的海军舰船上得到了极其广泛的应用,已由曾经小快艇的试用,发展到如今的护卫舰、驱逐舰甚至几万吨的航母都在使用,绝对的后起之秀!

各国的舰用燃气轮机大多是由航空发动机发展而来,所以在原理上也非常相近,而且80%的部件的通用的!

▲ 燃气轮机功能图解

目前,全球能够生产舰用燃气轮机只有美国的通用电气公司(LM-2500系列)、英国的罗罗公司(WR-21、MT-30)、乌克兰的曙光机械(UGT-25000)以及我们的GT-25000/QC-280舰用燃气轮机,而这其中功率最大的就是罗罗公司生产的MT-30燃气轮机!

▲全球多种舰用燃气轮机

MT-30舰用燃气轮机是罗罗公司在“Trent-800”航空发动机的基础上进行船用改装的大功率燃气轮机。该燃气轮机的额定功率36兆瓦,热效率达到了约为40%!不止如此,MT-30燃气轮机2002年试验期间输出功率达到了40兆瓦,更是让其稳坐全球功率最大舰用燃气轮机第一宝座,因为排名第二的美国LM-2500舰用燃气轮机的最新改进型G4型号最大功率也只有34兆瓦!

▲ MT-30燃气轮机三视图

另外,MT-30燃气轮机在小型化方面也相当先进,即便是带有两极交流发电机组整体重量也只有77吨,这相对于蒸汽轮机等重量减轻了很多。而且MT-30也是所有舰用燃气轮机中功率重量比最高的一款,相比美国最优秀的LM-2500汽轮机重量减轻了约51%,而且功率更大,可谓是相当优秀!

▲ MT-30燃气轮机图

正是因为MT-30舰用燃气轮机的功率之高,英国皇家海军6.5万吨“伊丽莎白女王级”航近仅依靠2台该型燃气轮机+4台柴油机作为动力装置,总功率可以达到108兆瓦,可以使得这艘航母的最大航速可以达到27节(一般航母的航速达到30节),而且2台MT-30燃气轮机和4台柴油机所占的空间以及重量,要比“小鹰号”航母所用4台蒸汽轮机+8台锅炉小很多!

▲ “伊丽莎白女王号”航母

可能27节的最大航速对于航母来说还不够,而罗罗公司正在研制的MT-50舰用燃气轮机则更加强劲,总功率可达50兆瓦、热效率则达到了42%,再次刷新了全球舰用燃气轮机的功率和热效率上限,估计“伊丽莎白女王级”航母换用该燃气轮机之后最大航速达到30节将不成问题!

总之,舰用燃气轮机的功率越来越大,而且相比其他动力装置体积更小,除了成为驱护舰的动力装置之外,未来像MT-50舰用燃气轮机成为直升机航母甚至大中型常规航母主动力方式也不在话下!


天下布武


舰用燃气轮机能不能推动大型航空母舰。我直接告诉你不能。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。 燃气轮机结构最简单,而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。


为什么燃气轮机会在军舰上得以应用呢?因为燃机具有以下优点:单机功率大、体积小、重量轻、启动加速性好、操作维护性好的特点。先进的燃气轮机的热效率其实非常高,达到40%以上,远远大于蒸汽轮机,和柴油机差不多而且不挑食,最重要的是启动快,瞬间加速能力强,这在反潜作战中尤为重要,潜艇主要攻击武器是鱼雷,军舰瞬间提速和转弯能力对规避鱼雷有着决定性的作用。当然缺点也是有的,由于燃气轮机工作时需要吸入大量的新鲜空气,同时排放出大量的废气,因此燃气轮机在军事舰艇中的使用会带来排烟系统占据大量舰艇空间,简单来说就是需要较蒸汽轮机更大的烟囱,从而导致其余设备在空间和结构上的局限性。


大型航空母舰排水量都在8万T到10万T。这世界上,还没有那一种大中型航母使用燃气轮机为动力的,要么是蒸汽动力的,要么是核动力的,只有轻型航母才会用燃气轮机,因为燃气轮机实在是太费油的,烧油跟烧水似的,大中型航母又必须装多台燃气轮机才能保证足够的动力,如果采用燃气轮机,那么航母的自持力将是一个非常严重的问题,因为仅凭航母自身携带的燃油将不足以支持航母作战。现在大型航空母舰都采用核动力。这样才可以满足全球部署的需要。


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