m6米乐网页:燃气轮机那么耗油为什么还将其用做大型军舰动力系统?
发布时间: 2022-05-12 08:21:35    来源:米乐m6网页版 作者:米乐m6网页版登录

  燃气轮机虽然耗油,但是其性能要远比蒸汽轮机和柴油机好得多,比较适合在4000吨以上舰艇上使用。不过并不是所有的大型军舰都采用全燃动力,因为太费油了。美国阿利伯克级驱逐舰采用的就是全燃动力,结果就是阿利伯克级高速续航仅有4000海里,不过跟美军强大的海上后勤补给能力相比,费点油也根本不是什么大事儿。接下来我们从我国军舰建造的角度,看一下燃气轮机在军舰上的应用,看完以后大家可以很清楚的就能弄明白燃气轮机在大型军舰上的应用了!

  作为军舰动力装置,目前主要有三种,分别是蒸汽轮机,包括核动力蒸汽轮机以及常规动力蒸汽轮机两种。动力输出大多在10万马力以上。第二种是柴油机,军舰上采用的大多都是高速柴油机,低速柴油机一半用在大型货轮这种对航速要求不高的船舶上。柴油机动力输出公里大多数在一万马力以下,现在德国最新研发成功的舰用柴油机的动力装置MTU的最大输出马力超过了一万马力,但是依然是一种功率较小的舰用动力装置,适合军舰在低速巡航的时候使用。

  第三种就是燃气轮机,是在航空发动机演化而来的一种船用动力装置,现在世界各国使用的燃气轮机主要有三种,美国的LM2500,我国军舰使用的GT25000以及英国海军使用的MT30,现在乌克兰的UGT25000因为没有了我国的订单,也失去了俄罗斯海军订单,所以基本上已经不再被外界使用!目前军舰上使用的燃气轮机大多拥有3.5万马力左右的动力输出功率,比较适合军舰高速航行使用!

  燃气轮机作为军舰动力新秀,并不是全部的大型军舰都采用燃气轮机作为动力的,因为燃气轮机是一种优点和缺点都非常明显的动力装置。简单概括就是其优点全部都是蒸汽轮机的缺点,而其缺点又都是柴油机的优点。

  燃气轮机因为从航空发动机发展而来,所以本身的体积和重量非常小,是同输出功率的蒸汽轮机的十分之一,柴油机的三分之一到五分之一。极小的体积和重量保障了军舰上采用燃气轮机的情况下拥有更大的舰内空间布置更多的作战系统,有利于改造舰内空间。

  燃气轮机体积小,代表的并不是输出功率不足,相反的,燃气轮机是输出功率非常大的船用动力装置。咱们以军舰巡航为例,一般一艘8000吨级别的军舰以18节航速巡航的时候,其需要的动力是1.25万马力。我们上面所列举的舰用燃气轮机功率都在3万马力以上,巡航的时候只需要一台燃气轮机工作,就可以满足航行和电力需要。

  蒸汽轮机倒是可以满足大功率要求,但是蒸汽轮机体积巨大,而且热效率不高。柴油机的话虽然体积比蒸汽轮机小了很多,但是不能像蒸汽轮机那样将零件分开布置,而且功率有限,军舰高速航行的时候柴油机基本上只能用来发电!

  如果说体积和功率的优点是相对蒸汽轮机来说的话,那么其运行稳定性能和噪音性能则是针对柴油机来说的。因为燃气轮机的核心机采用的是航空涡扇发动机的核心机,所以其旋转运转的方式工作稳定性很高,没有柴油机那样非常大的震动,同时也不会发出那么多的噪音。尤其在高速运行的时候,柴油机会产生很强的低频噪音,这些噪音会让地方声纳系统在数百公里外就可以侦测到,而燃气轮机无论是高速运行还是低速运行,噪音都非常小,非常适合军舰高速安静航行!

  因为稳定的运行,燃气轮机也拥有很高的稳定性。我国在中美蜜月期获得了美国五台LM2500燃气轮机,装在我国的052和052B驱逐舰上,到今天已经稳定运行了二十多年,不要说更换零件,就连发动机大修都没有做过。可见燃气轮机虽然技术复杂,但是一旦获得突破,是一款远优于其他动力设备的舰用动力!

  燃气轮机的启动速度有多快?如果跟龟速的蒸汽轮机相比,简直可以用瞬间来形容。我们知道,蒸汽轮机从开始点火启动,预热动力系统到全功率输出一般需要至少五个小时以上,所以采用蒸汽轮机的舰船全部需要处于暖机状态,也就是锅炉一直不熄火,这样才能有效地保障在任务需要的情况下快速出动,不过即便是处于暖机状态的蒸汽轮机,从启动开始算,也需要一个小时以上才能到达满功率工作状态。

  燃气轮机就不一样了,因为采用的是涡扇发动机设置,飞机涡扇发动机启动多快,燃气轮机就有多快。燃气轮机从完全停机到满功率运转,大概只需要一分钟就可以,跟蒸汽轮机动辄数小时相比,简直是一个天上,一个地下!

  燃气轮机虽然优点非常突出,但是缺点也非常明显!接下来我们看一下燃气轮机的缺点!

  燃气轮机是航空发动机改造而来,其耗油基本上跟飞机有的一拼。所以相比于柴油机来说,燃气轮机的油耗是非常高的。上面我们介绍了阿利伯克级采用全燃动力只能高速续航4000海里,这样的续航能力连比伯克级小一半的054A都不如,后者可是采用的国产柴油机作为动力装置的。这一比较下来就明白了。

  很多人很好奇,燃气轮机功率大,那么能不能在巡航的时候低功率运转呢?不让它转那么快不就省油了吗?大家注意,这不是在开车,小点油门就行了。燃气轮机的工作原理这里不多说,它没有低工况运转那一说,即便是低功率有运转,本身油耗和高速运转并没有明显减少,所以燃气轮机启动的时候也就不存在低功率和高功率一说了,只要军舰需要高速航行,燃气轮机就是高速运转,即不省油,何必扣扣索索的?

  我曾经发文介绍过我国燃气轮机的发展,底下有网友评论说,其曾在相关单位工作过,燃气轮机是一种价比黄金的军用动力系统。相比于同功率输出的蒸汽轮机,至少要贵上三倍。现在一台LM2500的报价高达2000万美元,而同功率输出的蒸汽轮机估计也就只需要几百万美元的样子就能搞定了。这样的价格堪比同等重量的黄金一样值钱。

  造价高的主要原因还是技术复杂,现在世界上应用最多的,是美国的LM2500,除了英国军舰以及少量出口的燃气轮机之外,LM2500几乎垄断了世界舰用燃气轮机市场。但是现在美国是不会卖给我国的,所以我国进口了十台乌克兰的UGT25000之后建造了四艘军舰,后面两台对其进行了国产化的适装改进,生产除了我们自己的燃气轮机。现在世界上也就只有中美英以及乌克兰可以生产燃气轮机,可见其价格昂贵也是有技术复杂这一基础存在的!

  燃气轮机必须使用轻质燃油才能良好的运转,相比较于蒸汽轮机和大型柴油机而言,燃油的选择相对来说比较严格。蒸汽轮机和柴油机都可以用廉价的重油,就是类似于柏油沥青那样的燃油作为燃料,这样的燃料经济性很高。而燃气轮机却无法使用,所以运行时候不但费油,而且要用更好的燃油是相比其他舰用动力系统的显著缺点!

  以上就是我们对于燃气轮机优缺点的综合描述,从上面我们可以看出,燃气轮机其实是有替代动力系统的。至少蒸汽轮机可以满足需要,在功率输出上能赶得上不是说明问题吗?那么为什么军舰还要优先选用燃气轮机作为动力系统的核心呢?接下来我们从舰用动力系统的发展来看一下,军舰用燃气轮机那么费油,用在军舰上有哪些好处呢?

  无论各种舰用动力有哪些不足和长处,三种动力系统目前还是在各国的海军中普遍存在的。其中柴油机的应用主要在小型军舰上。比如咱们北方的邻居俄罗斯,因为燃气轮机被乌克兰断供,现在主要生产的军舰要么是核动力潜艇,要么是2000吨级别的护卫舰。俄罗斯吞并克里米亚之后断绝了燃气轮机的来源,自己本身又不能生产,所以暂时只能生产4000吨以下排水量的军舰。

  这里需要说明一下,军舰首先在航速上要满足28节以上的速度,部分跟随航母作战的军舰速度必须达到30节以上才能满足要求。而军舰速度和阻力的立方成正比,也就是说速度越大,所需要的动力就会呈指数级别的速度增长。还是上面我们提到的阿利伯克级驱逐舰,在18节经济航速航行的时候,需要1.25万马力的动力就可以满足巡航要求,而一旦要跑31节的高航速,那么其需要10万马力以上的动力输出。

  现在柴油机的动力普遍较小,一万马力以下,所以大型军舰用柴油机做动力的话是跑不了高速的,同时还会因为震动大,低频噪声等问题成为敌方潜艇的猎物,所以4000吨是柴油机的极限,超过这个吨位,要么采用燃气轮机,要么采用蒸汽轮机。

  比如咱们的052,052B,052C以及052D这些排水量在6000吨以上的军舰,在巡航的时候勉强可以使用柴油机作为动力,但是高速航行就必须使用蒸汽轮机或者燃气轮机了。我们目前这些军舰采用的动力总成一般都是柴燃交替动力,所谓交替,说到是2台柴油机配两台燃气轮机。在军舰低速巡航的时候,两台柴油机的动力输出就足以满足要求,燃气轮机不用开机。而高速航行的时候就必须采用燃气轮机启动才行。两台燃气轮机可以为7000吨级别的战舰提供7万马力的动力输出,已经足够满足使用了!

  接下来咱们看一下蒸汽轮机,我们的蒸汽轮机军舰主要是051系列的军舰,包括八十年代生产的051,还有90年代的051B/C.甚至052都采用了燃气动力了,051C深圳舰还在其后采用了蒸汽动力,原因自然是我们在新世纪前后没有燃气轮机的来源,海军出于发展的需要,还是需要继续小步快跑的生产军舰的,采用蒸汽轮机也是无奈之举!

  在我国国产化UGT25000成功之后,时间已经来到了2010年代,这时候我国军舰才开始军迷口中的下饺子模式。但是到了055之后,我国军舰又迎来了一种全新的动力模式,这就是燃燃联合动力。也就是两台燃气轮机一组,每台军舰安装四组燃气轮机驱动两个螺旋桨做功。在军舰需要高速航行的时候,就全部开启四台燃气轮机,而需要低速巡航的时候就根据速度关闭一定数量的燃气轮机!

  上面的介绍比较混乱,我们做一下简单的总结。我国现役军舰中,采用蒸汽轮机动力的军舰是051系列军舰,05是我国驱护舰的代名词,“1”代表的就是蒸汽轮机。而052系列的军舰中无论是052,还是后续的052D采用的都是柴燃联合动力。到了055,后面的数字“5”代表的就是全燃动力。以后大家可以根据我国军舰的型号数字来判断我国军舰所采用的动力输出的方式!

  除了驱护舰之外,我们需要指出的是,大型军舰如航空母舰,动力输出要求非常高。比如辽宁舰,蒸汽轮机动力输出在20万马力以上,这样的动力输出才保障了航母的高航速。蒸汽轮机虽然结构体积巨大,但是好在动力输出稳定,对燃料要求不高,比较经济节省!所以大型军舰如航母类长时间来看还是需要采用蒸汽轮机。说明一点,航母动力系统有个例外,英国的伊丽莎白号采用的是燃气轮机驱动全电推进的动力系统,英国是燃气轮机技术最发达的国家,两台巨型燃气轮机就可以驱动七万吨的航母跑出25节的速度,这点还是让人佩服的。不过总体来说,英国人的前瞻实现并不成功,其动力系统设计存在严重缺陷,导致其航母总是出现趴窝的情况!

  另外一种船用动力比如低速柴油机,是可以输出很大的功率的,但是巨大的缺点是体积重量太大了,根本就不适合装在军舰上。咱们看到的货轮倒是很多采用大型低速柴油机,好处是比较节省,但是机器重量动辄几千吨,关键是还不能像蒸汽轮机那样分开布置动力的各系统,所以也只有大型民船可以用,军舰根本就装不上去,太大了!而现在研发的高速柴油机虽然功率超过1万马力,但是对于大型军舰来说依然太小!

  小结:军用动力相对于民船,追求性能相比较价格而言是第一位的。相比于作战性能的提升,多费点油所花费的钱相对于海军作战来说根本就不值一提。我国深圳舰服役的时候曾经被认为是倒退,因为当时采用燃气轮机的052都已经服役了,为什么还要装备体积庞大的蒸汽轮机呢?现代大型军舰体积如果没有达到几万吨,一般都会优先考虑性能而不是节省开支。这是燃气轮机体积小,输出高的最大优点的主要体现。对于军舰来说,省的那点钱相比较军舰内宝贵的空间而言,很显然会选择后者。这也就是为什么燃气轮机既费油,又费钱,依然成为大型军舰动力系统当家花旦的根本原因!返回搜狐,查看更多