前言

众所周知,我国主战装备曾长期受“心脏病”的困扰,无论是天上飞的,水里游的,还是地上跑的都不同程度存在动力不足的缺点。但自进入新世纪以来,这个现象已经有了很大改观,海军水面舰艇的动力系统尤其突出,以致于采用4台QC280燃气轮机的055大型驱逐舰甚至出现了动力“富余”的情况。

055的QC280看似不差,却无法反映中美燃气轮机真实的研制水平

055大驱动力充沛

为何现代水面舰艇动力系统的首选是燃气轮机

燃气轮机是以连续流动的气体作为工质带动叶轮高速旋转,同时将燃料化学能转化为动能的机械装置。相对于柴油机和蒸汽轮机,燃气轮机的优点是非常明显的,主要表现在以下三个方面:

一是极大的功率密度。燃气轮机连续旋转的结构比起柴油机汽缸活塞往复运动的构造要紧凑得多,强度也要大得多,能承载更大的负荷,而燃气的功率密度又远大于蒸汽。因此,一般情况下,同等功率的燃气轮机体积约只有柴油机的三分之一,蒸汽轮机的五分之一。如美国LM2500燃气轮机的长宽高分别为8米X2.7米X3.1米,自重仅6吨,功率却可以达到44880马力。而075型两栖攻击舰的PC2-6B型柴油机的长宽高则达9.7米X3.6米X4.8米,功率只有12000马力,重量却超过100吨。燃气轮机作为舰艇动力系统相对于柴油机的优势高下立判。而蒸汽轮机作为外燃机,本来就不够紧凑,又有锅炉、管道等分立部件,总的体积比起小巧玲珑的燃气轮机来就更夸张了。

055的QC280看似不差,却无法反映中美燃气轮机真实的研制水平

燃气轮机精巧的结构

二,反应速度快。燃气轮机的启动和加速性能非常优秀,冷机状态下,在启动机的帮助下仅需1-2分钟就可以达到最高转速,10分钟内采用燃气轮机的军舰就可以达到巡航速度。而以柴油机为动力的军舰,由于螺旋桨的转动源于活塞和曲轴的运动,需要克服这些笨重器件的惯性,因而加速较慢。冷启动时,柴油机至少需要15分钟才能达到额定功率。而蒸汽轮机更是反应迟钝,需要数小时才能完成冷启动,即使锅炉不停止运转,也需要接近一个小时才能达到足够的蒸汽压力。

三,噪声小。由于燃气轮机本身处于连续的高速旋转当中,一般可达3000转/分以上,其产生的噪声频率远高于海洋背景噪声几十到几百赫兹的频率。而柴油机活塞的往复运动速度远低于飞轮的旋转速度,会产生大量低频机械振动噪声,而低频噪声在海洋背景下的传播距离更远,更容易被敌方被动声纳所探测。因此,一般情况下柴油机不适合用作反潜舰艇的动力系统,我国就曾计划为037型猎潜艇换装燃气轮机,终因技术不过关而作罢。反潜舰艇要以柴油机为动力,最好像054A那样采用减震浮筏,尽量避免低频噪声通过舰体向外传播。至于蒸汽轮机,因其工作介质是过热蒸汽,一部分蒸汽会被液化,形成细小的液滴,它们撞击叶片会引起震动噪音,而燃气轮机的工作介质是燃气,不存在液化的问题。