写了《百年战忽,毁于马伟明》,但有些读者不太清楚全电推进的重大意义,所以从舰艇的动力系统写起。
舰艇的动力系统,最开始是人力和风力,然后是蒸汽动力,再后来是内燃机、燃气轮机、核动力汽轮机。
蒸汽动力最直观的就是蒸汽火车,蒸汽推动气缸中的活塞,活塞通过连杆连着车轮,推动着火车前进。如果是用在轮船上,就是蒸汽动力推动活塞在气缸内往复运动,然后通过机械装置推动螺旋桨旋转。
泰坦尼克号就是蒸汽动力的。发现冰山之后,轮机工程师下令引擎倒转,然后引擎曲轴倒转,带动螺旋桨倒转。
但是蒸汽动力太笨重了,需要很大一个舱室来烧锅炉,还需要另个更大的舱室来装煤。当年日俄战争的时候,俄国派波罗的海舰队万里驰援,租了德国
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艘拉煤船沿途补给。
也为了尽可能多带燃料,只能放在所有能放东西的地方,比如卧室,餐厅等等,所以卫生条件非常差,整个军舰上弄得跟小煤窑差不多,士兵被折腾得像刚从窑子里出来的矿工。
蒸汽动力效率低下,能量转化率不足5%。更要命的是蒸汽机的黑烟和白烟,黑烟是烧煤的烟,白烟是水汽。污染空气是一方面,还容易暴露目标。
不仅如此,蒸汽动力还有个致命的弱点,那就是还得定期铲煤渣。日德兰大海战的时候,德国战巡分队,正打到兴头上,该铲煤渣了,结果就被一顿暴揍。
所以二战后蒸汽动力很快就被淘汰了,进入了内燃机、燃气轮机。目前以柴油机为动力的船舶,占了世界商船的95%,其中柴油机直接驱动占了55%,柴油机齿轮传动占了40%
柴油机热机效率高,动力澎湃,经济性能好,技术成熟,皮实耐操。有多皮?大概皮几万吧。主要零部件全球可以随时采购,维修方便,保养成本低,对各类船舶都有很大适应性。
但是也有缺点,首先是高速性能不佳。柴油机的转速本身比较低,在低速状态下燃油效率比较高,但是高速状态,就开始冒黑烟。
柴油机另外一个缺点,那就是单机功率不足。柴油机的单机功率提高很困难,如果想提高体重和体积都会迅速增加。
目前最大的柴油机瓦锡兰的某款14缸发动机,输出功率8万千瓦,勉强够辽宁号用,但是该发动机长27.3米,高13.5米,整机裸重2300吨。
这就有了燃气轮机,简单来说喷气式航空发动机也是燃气轮机的一种,两者原理相似,都是混有燃料的压缩空气在燃烧室燃烧,高温气流推动叶轮旋转,只是性能指标的侧重点不同。
燃气轮机的优点是单位体积功率大。也就是说同样输出功率,它自重最小;同样重量时,它输出功率最大。此外,震动和噪声比较小,燃料燃烧充分。
燃气轮机启动非常快,可以低温启动,迅速加速,不用热车。因此机动性能非常好。而且踩油门的情况下,也不会担心它冒黑烟,有利于隐蔽。
不过它也有缺点,由于高转速和高温,对制造材料和制造工艺要求苛刻,热机效率比柴油机低。另外不能怠速,一启动功率就上来了。
所以我国的驱逐舰,多采用柴油动力和燃气轮机混合使用。低速巡航,可以用柴油动力,平稳且省油。而战斗状态,可以采用燃气轮机,机动性好,还可以飙高速。
海上飙车对海上作战太重要了,打不过想跑能跑得了,打得过想追能追得上。
而万吨大驱055更进一步,采用了低速和高速两组燃气轮机,巡航时用低速燃气轮机推进,高速或者战斗状态用高速燃气轮机,据说航速可以轻松超过34节。
还有一种动力系统,也就是蒸汽轮机。蒸汽轮机跟过去的有本质区别,过去的蒸汽机要蒸汽推动气缸做工,而蒸汽轮机类似于类似于燃气轮机,使用蒸汽推动涡轮。
用在舰艇上的蒸汽轮机有两种,一种是烧油的,比如辽宁舰的动力装置;一种是核动力的,核动力是用核反应堆产生高温蒸汽,推动涡轮的叶片旋转产生动力。
为什么我们的航母还用蒸汽轮机?是因为柴油机和燃气轮机的功率达不到,或者能达到但是太占地方。而辽宁舰用了四台蒸汽轮机,大约单台功率5万千瓦。
蒸汽轮机优点就是不挑油,用的是石油提炼到最后的油渣,非常粘稠,常温下都是半固体状态,比沥青稍微好点儿,所以价格是煤油的三分之一,而汽柴油又比煤油要贵。
这种油除了便宜还安全,不但不挥发,甚至都不会流动,因此不容易发生泄露。使用的时候先用煤油加热、降低粘稠度,就像蜡烛一样,一加热变成液体了。
这种油抗爆炸性能也不错,在战斗中如果军舰被击中燃料舱,使用重油的存活率要比汽油和柴油高不少。
但是缺点还是有的,比如出发前,光热车没有几个小时是搞不定的。辽宁舰冷启动需要先点燃三百吨煤油,这三百吨煤油点燃之后,一小部分重油才能被引进来,这个过程估计要十来个小时。

蒸汽轮机另外一个缺点,就是冒黑烟的问题。最严重的就是俄罗斯的裤子号航母,简直是自带烟幕弹,冒起烟来把敌方的卫星都能熏瞎。

因此迟早还是要上核动力,核动力可以不停堆(一直不熄火),也不用心疼燃料费。还可以省下更多的存储空间(不用燃料仓)给战机、弹药或其他后勤物资,辽宁号光燃料就得带8000吨。
但是随着技术发展,新一代动力系统必然是全电推进,无论是燃油的还是核动力的,都转化为电能,然后通过电线把电直接送到船尾的螺旋桨,这样可以省掉很多机械传动装置。
这样一来不仅省空间,还可以降低噪音,同时原动机布局也比较灵活,能量分配和调节都很方便,大功率耗电系统也可以轻松上舰,比如激光武器、电磁巨炮、电磁弹射。
而在这方面,由于马伟明团队的努力,中国海军现代化水平发生了质的飞跃,详情请看学爸今天发的文章《百年战忽,毁于马伟明》。
也正因为如此,某次活动,海军大司令全程亲自给他打伞。
期待我们的003型航母、以及095096核潜艇闪亮登场!
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