出鞘:055型驅逐艦填補了哪項“世界空白”?


出鞘:055型驅逐艦填補了哪項“世界空白”?

前些天,中國船舶701所的微信公眾號曝光了我國的055型大型驅逐艦“實現了國內首次、世界空白的某推進技術,標誌著我國水面艦船推進技術達到了國際先進水平”。該消息一出,立刻引來了不少網友的討論,有不少網友也就此認為055型大驅已經用上了全電推進。那麼今天,我們不妨來談談,055型驅逐艦“世界空白”的推進系統到底是什麼。

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與一般印象不同,我國主要水面艦艇的動力都算得上相當充沛。比如,我國首艘採用柴燃交替動力系統的主力戰艦,052型驅逐艦首艦哈爾濱艦,採用了2臺自美國進口的LM2500燃氣輪機。動力全開時,這艘滿載排水量僅4800噸的驅逐艦能夠輸出超過40MW的澎湃動力。這差不多相當於英國45型驅逐艦(7000噸以上)的電動機總功率或地平線級(7000噸以上)的推進功率。

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再如我國滿載排水量7000噸級的052D型驅逐艦,在全速前進時,2臺燃氣輪機輸出的總功率高達56MW,遠超印度加爾各答級的47MW,與美國滿載排水量高達8000噸級斯普魯恩斯級的60MW幾乎持平。

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不過在另一方面,我軍主力水面艦艇的動力系統也存在不少尷尬之處。比如我國主力護衛艦054A型的“原型”054型護衛艦是在2003年以前設計建造的,當時我國還沒有十分穩定的艦用燃氣輪機供應(這可能也是051B/C型驅逐艦誕生的原因之一)。因此,054型最終採用了柴柴聯合的動力系統。由於柴油機與燃氣輪機對艦體結構和管線的要求大相徑庭,因此054型的艦體設計原則上並不具備通過“小修小補”改裝為燃氣動力的可能。

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到2006年前後,這一問題依舊沒有得到解決,因此後來瘋狂建造了30艘之多的054A型護衛艦也依舊採用了4部柴油機柴柴聯合的動力模式。而這一歷史遺留問題導致054A型這種滿載排水量大於4000噸的艦艇動力輸出僅有區區22.8MW。如果設計時條件允許,054A型完全可以使用一臺大功率燃氣輪機和兩臺柴油機組成柴燃交替的動力系統,這不僅可以提升艦艇的最大出力,還能夠簡化系統並降低艦艇在高速航行時產生的機械噪音。

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另一方面,052B/C/D這樣分到了大功率燃氣輪機的艦艇也存在自身的問題。從根源上說,這三型驅逐艦的艦體設計均繼承自052型。動力系統自然也都繼承了052型2臺燃機與2臺柴油機柴燃交替的動力配置。在艦艇高速行進時,使用燃氣輪機作為動力,而在艦艇需要低速巡航時,則使用柴油機作為動力。換句話說,這些艦艇在高速航行時航行所產生的噪音相對較大,而在進行低速巡航時,發動機所產生的機械噪音又開始增大。無論在哪種航速下前進,都不利於進行反潛作戰。這也是所有柴燃動力艦艇的通病。雖然不排除使用燃氣輪機進行低速巡航的可能性,但這種方式實在是太費油了,會大幅降低艦艇的續航力,也不是根本的解決之道。

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在解決上面這組矛盾時,美國人率先走在了前面。他們解決問題的方法也很簡單:既然柴油機聲音大,那我不用柴油機就好了。因此,從1972年的斯普魯恩斯級驅逐艦開始,美國人就率先開始嘗試了燃燃聯合的動力系統。即全艦隻安裝4臺一樣的燃氣輪機,4臺燃氣輪機兩兩串聯驅動2根主軸。在全速前進時4發全開,而在低速巡航時僅打開2臺燃氣輪機。後來這種動力系統也被提康德羅加級巡洋艦和伯克級驅逐艦所繼承。此外,佩裡級護衛艦也採用了類似的動力系統,只不過是將斯普魯恩斯級的動力系統一分為二,由兩臺LM2500驅動一根主軸。

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這種美式解決辦法雖然解決了噪聲問題,但也同時帶來了新的問題,即艦艇的經濟航速過高,實際上比柴燃動力的艦艇更加費油。而艦艇在以非常低的速度進行反潛作戰時,其航速往往要比經濟航速慢很多,但此時艦艇的耗油率卻並不顯著低於經濟航速時的耗油率。用大家都能聽得懂的說法就是,這種動力配置會使艦艇的續航能力下降。因此,全燃動力並沒有成為世界艦艇設計的主流。使用這種動力配置的僅有上述幾種美國驅逐艦和另外幾型“伯克系”宙斯盾艦。

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當然,除了佩裡級以外的那些安裝了4臺燃氣輪機的艦艇也確實能夠只開1臺燃氣輪機湊合著走。但由於這種美式設計本身不支持其中的某一臺燃機驅動兩根主軸,只開一臺燃機勢必會造成艦艇兩舷的推力不平衡,因此當需要只開一臺燃機提供動力的時候,還需要一直打舵來保持艦艇的航線,應用起來極其不便。

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事實上,文章開頭中船701所所說的“國內首次、世界空白的某推進技術”就是在美式4燃氣輪機燃燃聯合動力系統的基礎上實現了使用一臺燃氣輪機同時驅動2根主軸的改進型燃燃聯合動力系統。雖然聽起來有些讓人無語,不過這種推進模式也確實算得上是“世界空白”了。這主要是因為,在燃燃聯合的基礎上增加這一功能需要增加一套複雜的機械傳動系統,這會增加整個系統的設計難度和故障風險。而我國之所以敢做“第一個吃螃蟹的人”,想必是因為在艦艇動力的設計、製造領域積累了強大的自信。

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不過,055型的這種改進燃燃聯合也並非最優解。與我國055型的動力系統類似的還有日本人在其朝日級、摩耶級驅逐艦上開創的燃電聯合動力系統。這種動力系統的出現同樣是為了解決“一臺燃機推動整個軍艦”的課題。與我國純機械的解決方式不同,日本人的解決方法是,2臺燃氣輪機、2臺電動機直接連接主軸,而另兩臺燃氣輪機只作為發電機使用。因此,一臺燃氣發電機就可以將發電量平均給兩臺電動機對兩根主軸進行驅動。這回避了純機械傳動設計難度過大、故障風險也較大的問題,也迴避了綜合全電推進可靠性不佳的問題。僅在當下來說,是一種相當不錯的解決辦法。

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另一種解決方式則是由美國人提出來的,首先應用在了朱姆沃爾特級驅逐艦上。一方面朱姆沃爾特級採用了與英國45型驅逐艦一樣的綜合全電推進系統,任何一臺主機均可以單獨驅動艦艇前進。另一方面,朱姆沃爾特級並沒有沿用45型2燃2柴,柴燃聯合的動力供給方式,而是使用了4臺燃氣輪機,燃燃聯合的動力供給方式。不僅如此,朱姆沃爾特級還與以往的伯克級、提康德羅加級不同,沒有繼續使用4臺一樣的燃氣輪機,而是安裝了2臺MT-30大功率燃氣輪機以及2臺RR4500小功率燃氣輪機,通過不同主機之間的相互配合,有多種功率輸出檔位可供選擇,在航速、降噪性能、耗油量等方面取得了不錯的平衡。

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這也給我們今後的艦艇動力設計提供了一個不錯的借鑑。比如,我國未來的新型遠洋護衛艦完全也可以採用類似的設計思想,使用1~2臺QC280級別的大型燃氣輪機配合1~2臺QD70級別的小型燃氣輪機實現大小搭配的燃燃聯合。

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從長遠來看,隨著綜合全電推進系統的可靠性的逐漸提升,無論是我國通過機械手段改進的燃燃聯合動力還是日本獨創的燃電聯合動力都註定無法成為海軍技術的主流,儘快邁入全電時代才是“王道征途”。而為了與即將到來的全電時代相配合,我國還需要繼續完善各種不同類型的燃氣輪機家族與艦用核動力系統才行。


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