艦艇動力系統(tǒng)及裝置發(fā)展趨勢分析

段旭陽

（海軍工程大學(xué)干部訓(xùn)練大隊，湖北 武漢 430033）

艦艇動力系統(tǒng)及裝置發(fā)展趨勢分析

段旭陽

（海軍工程大學(xué)干部訓(xùn)練大隊，湖北 武漢 430033）

艦艇動力系統(tǒng)是艦艇的心臟，其工作能力和運行狀態(tài)決定著艦艇的綜合性能。隨著現(xiàn)代艦艇技術(shù)的發(fā)展，艦艇動力系統(tǒng)及裝置獲得了快速發(fā)展，其性能也越來越高。在滿足現(xiàn)代海運需求的同時，也對艦艇的動力系統(tǒng)提出了更高的要求。為了促進艦艇動力系統(tǒng)和裝置的現(xiàn)代化，需要對其進行更為長遠的戰(zhàn)略規(guī)劃。

艦艇；動力系統(tǒng)；先進技術(shù)；節(jié)能

動力系統(tǒng)是艦艇的核心部位，艦艇各個功能的實現(xiàn)，都離不開動力系統(tǒng)的支持。選擇合適的動力系統(tǒng)，才能夠使艦艇充分發(fā)揮其性能，滿足艦艇建設(shè)的需要。在艦艇的整體造價中，動力系統(tǒng)的造價為艦艇總造價的1/5，因此艦艇動力系統(tǒng)及裝置是極為昂貴的，選擇可靠、耐用、節(jié)能的經(jīng)濟型動力系統(tǒng)，對于降低艦艇的制造費用，提高艦艇的經(jīng)濟效益有著重要的作用。

1 艦艇動力系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)

1.1 柴油常規(guī)動力系統(tǒng)

柴油常規(guī)動力系統(tǒng)的使用已經(jīng)走過了100多年歷史，其動力系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，在世界上柴油動力系統(tǒng)具有廣泛的使用范圍，是目前最為主要的常規(guī)動力系統(tǒng)。

柴油常規(guī)動力系統(tǒng)由柴由柴油內(nèi)燃機作為動力，依靠燃燒柴油作為動力。相比較使用汽油作為燃料的汽油機，柴油機具有更大的扭矩，能夠產(chǎn)生更大的動力。得益于柴油可燃溫度較低，柴油發(fā)動機不需要點火系統(tǒng)，僅僅需要壓縮空氣就可以使柴油發(fā)動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力。在艦艇上使用柴油機做為動力系統(tǒng)，是將柴油燃燒過程中產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機械能，以此推動艦艇的前進。起初柴油機的馬力普遍不大，僅在20000馬力以下，隨著柴油機技術(shù)的發(fā)展，其馬力逐漸提高，目前低速柴油機的馬力在50000以上。柴油機常規(guī)動力系統(tǒng)所具有的技術(shù)優(yōu)勢在于其熱轉(zhuǎn)換效能，能夠達到每分鐘100轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮出柴油機的動力。柴油常規(guī)動力系統(tǒng)具有啟動速度快、動力強勁、安全可靠、耐用性強的特點，在常規(guī)動力中占有重要的地位。柴油動力系統(tǒng)分為二沖程和四沖程，根據(jù)其轉(zhuǎn)速的高低，可以適用于不同的艦艇上，如二沖程柴油動力系統(tǒng)，由于其轉(zhuǎn)速較低，可以更好地推動螺旋槳的轉(zhuǎn)動，因此在大型和遠洋艦艇上，主要使用二沖程柴油動力系統(tǒng)。四沖程的柴油動力系統(tǒng)，由于其轉(zhuǎn)速較高，對齒輪耐磨要求較高，且動力裝置構(gòu)成復(fù)雜，需要加裝齒輪減速箱等，因此其主要應(yīng)用于小型艦艇之上。在世界范圍內(nèi)，使用柴油常規(guī)動力系統(tǒng)做主動力系統(tǒng)的艦艇有90%左右，在這90%之中，使用二沖進程的有50%左右，四沖進程的有25%左右。

1.2 燃氣輪動力系統(tǒng)

燃氣輪動力系統(tǒng)出現(xiàn)的較晚，第一艘服役的燃氣輪動力系統(tǒng)艦艇出現(xiàn)于2000年。燃氣輪動力系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量高、故障率低、動力足的特點。如第一臺使用燃氣輪做動力系統(tǒng)的游輪，其航速就達到了24節(jié)。燃氣輪動力系統(tǒng)主要被應(yīng)用于游輪和高速客船，而不適用于遠洋輪船。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因在于燃氣輪動力系統(tǒng)需要燃燒昂貴的蒸餾油，使得燃氣輪動力系統(tǒng)經(jīng)濟效益差。雖然燃氣輪動力系統(tǒng)比柴油動力系統(tǒng)更加環(huán)保，受限于經(jīng)濟成本，而沒有得到大規(guī)模的使用。燃氣輪動力系統(tǒng)可以消耗較少的燃料，而產(chǎn)生較大的動力輸出。燃氣輪動力系統(tǒng)中的聯(lián)合動力裝置可以有效降低油耗，實現(xiàn)節(jié)能的目的。自2000年第一艘采用燃氣輪動力系統(tǒng)的游輪投入使用，以實踐經(jīng)驗便表明了燃氣輪動力系統(tǒng)的高度可靠性，其熱轉(zhuǎn)換效率也高達40%左右。

1.3 電力推進系統(tǒng)裝置

電力推進系統(tǒng)裝置是新興的一種艦艇輔助裝置，其產(chǎn)生目的旨在提高艦艇的航行穩(wěn)定性，提高艦艇的航行速度。電力推進系統(tǒng)裝置自誕生起，便受到了廣泛的關(guān)注，被應(yīng)用于艦艇之上。電力推進系統(tǒng)裝置具有設(shè)計簡單、靈活布線、軸距較短、安全系數(shù)高的特點。電力推進系統(tǒng)裝置在設(shè)計上更加科學(xué)，綜合艦艇的整體布局而進行排線，使電力電纜代替了原有的機械連接，大大提高了電力設(shè)備的可靠性。為了避免出現(xiàn)短路現(xiàn)象，電力推進系統(tǒng)裝置采用了備用電路，提高了安全系數(shù)。為了提高電力推進系統(tǒng)的工作效率，可以根據(jù)艦艇的實際需要，安裝推動電動機，提高艦艇電力設(shè)備的可靠性和安全性，降低了對輔助電力設(shè)備的依賴性，大大提高了艦艇航行中的安全性。電力推進系統(tǒng)裝置可以根據(jù)艦艇的航行狀態(tài)，實時調(diào)整電力的輸出，如在艦艇航行過程中，若電力系統(tǒng)的功率發(fā)生較大的波動，電力推進系統(tǒng)裝置可以及時調(diào)節(jié)主發(fā)電機的功率，使主發(fā)電機保持在恒定狀態(tài)，以降低電力設(shè)備發(fā)生故障的可能性。得益于電力推進系統(tǒng)裝置所具有的低速、恒功率、恒電流等特性，可以滿足不同艦艇不同的需要，電力推進系統(tǒng)裝置在艦艇中得到了極大的應(yīng)用。但是電力推進系統(tǒng)裝置對艦艇的安裝環(huán)境有著特殊的要求，要求必須是具備高度機動性和特殊工作型的艦艇，才可以安裝電力推進系統(tǒng)裝置。

2 艦艇動力系統(tǒng)及裝置的未來發(fā)展趨勢

2.1 電力推進系統(tǒng)裝置的發(fā)展趨勢

電力推進系統(tǒng)裝置所具有的靈活、經(jīng)濟、舒適等特性，是電力推進系統(tǒng)裝置可以不斷發(fā)展的根本原因。在未來的發(fā)展趨勢上，電力推進系統(tǒng)裝置將克服其本身的缺點，提高電力推進系統(tǒng)裝置的適用性，使電力推進系統(tǒng)裝置能夠滿足不同艦艇的需要。在未來的發(fā)展中，電力推進系統(tǒng)裝置將主要針對能量裝換損失這一缺陷，進行科學(xué)的研究。由于電力推進系統(tǒng)裝置在高效工作狀態(tài)下，需要更多的能量才可以滿足，否則電力推進系統(tǒng)將會處于高負荷運行狀態(tài)，不利于艦艇的航行，過度消耗的能量，更是加大了艦艇的運行成本。因此在未來的發(fā)展過程中，如何降低電力推進系統(tǒng)裝置在工作時，必須進行的兩次能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，是有效提高電力推進系統(tǒng)裝置經(jīng)濟性的重要研究內(nèi)容。隨著對電力推進系統(tǒng)裝置研究的深入，電力推進系統(tǒng)裝置更加注重綜合性能的平衡，不斷優(yōu)化電力系統(tǒng)裝置的艦艇布局，降低對艦艇產(chǎn)生的噪聲，提高變頻技術(shù)在電力推進系統(tǒng)中的應(yīng)用，以提高電力推進系統(tǒng)裝置的節(jié)能性。

2.2 混合動力系統(tǒng)的應(yīng)用前景

混合動力系統(tǒng)是未來發(fā)展的新趨勢，其建立在柴油機和螺旋槳配合的基礎(chǔ)之上。柴油機工作時的轉(zhuǎn)速高低影響著螺旋槳的工作效率，兩者之間存在著規(guī)律性?；旌蟿恿ο到y(tǒng)可以使艦艇操作者將內(nèi)燃機保持在一個恒定工作狀態(tài)，在滿足艦艇航行的需要，達到節(jié)能的目的。在混合動力系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢中，將更加注重柴油機和螺旋槳之間的工作規(guī)律，使兩者之間的工作狀態(tài)達到一個最佳的平衡點，這也是混合動力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的重點區(qū)域?；旌蟿恿ο到y(tǒng)所具備的技術(shù)可靠性高、能源消耗低、經(jīng)濟成本效益高的特點，是混合動力系統(tǒng)成為主要研究技術(shù)的原因。在未來的發(fā)展中，混合動力系統(tǒng)將在實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)之上，不斷提高混合動力系統(tǒng)的恒定功率輸出，提高混合動力系統(tǒng)的工作能力。

2.3 柴油動力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

常規(guī)的柴油動力系統(tǒng)在未來的發(fā)展趨勢上，呈現(xiàn)出節(jié)能、高效的發(fā)展特點。在不斷提高柴油機單缸輸出功率的同時，降低柴油機為此而產(chǎn)生的能源消耗，降低對環(huán)境的污染。得益于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，柴油機技術(shù)經(jīng)歷了較大的跨越式發(fā)展。目前在艦艇上使用的柴油機，其發(fā)展方向是采用模塊化設(shè)計，大大提高了柴油機的可靠性，降低了柴油機的制造成本。柴油機動力系統(tǒng)向集成化發(fā)展，各國的柴油機研究廠商，紛紛推出了集成式的柴油動力系統(tǒng)，將柴油機、齒輪部位、軸系和螺旋槳等部位模塊化生產(chǎn)，再進行集成式的組裝，大大提高了柴油機的工作效率，提高了可靠性，降低了經(jīng)濟成本。柴油動力系統(tǒng)還將在噪聲控制、振動控制等方面實現(xiàn)較大程度的進步，提高采用柴油動力系統(tǒng)的運行舒適性。

2.4 特種推進裝置的發(fā)展趨勢

特種推進裝置主要應(yīng)用于特殊要求的艦艇上，隨著海洋開發(fā)的深入化，具有特種要求的艦艇也被開發(fā)研究出來。在特種推進裝置上，主要有動力裝置加可調(diào)螺旋槳裝置、大功率噴水推進裝置。動力裝置加可調(diào)螺旋槳裝置具有極強的可操作性，在世界上，一些國家已經(jīng)開始應(yīng)用可調(diào)螺旋槳裝置系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速，使艦艇可以實現(xiàn)控制動力輸出、動態(tài)調(diào)整航行速度。動力裝置加可調(diào)螺旋槳裝置，可以配合主發(fā)動機，使主發(fā)動機的功率得到最大程度的發(fā)揮，滿足特種海洋作業(yè)的需要。大功率噴水推進裝置可以極大的提高客船的航行速度，大功率噴水推進裝置的未來發(fā)展趨勢是高功率和高效率，在動力裝置上更加注重一體化的發(fā)展，滿足不同艦艇的各種需要。

3 結(jié)語

艦艇動力系統(tǒng)對于艦艇的發(fā)展意義重大，在海洋開發(fā)不斷深入的今天，做好艦艇動力系統(tǒng)的研究工作，對于增強我國的國防力量，增強我國的海洋開發(fā)等有著重要意義。只有研究出技術(shù)先進、可靠性高的艦艇動力系統(tǒng)，才能使艦艇的各項功能得到實現(xiàn)。從而提高艦艇航行過程中的穩(wěn)定性和安全性。

[1]秦立新.船舶綜合電力推進系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用田艦船[J].科學(xué)技術(shù)，2012,12(31):42～45.

[2]查長松.船舶綜合電力推進系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2009,10(3):5～7.

[3]馮明志.船舶大功率柴油機的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新[J].柴油機，2009,1(2):66～67.

U674.7

A

1671-0711（2017）01（下）-0135-02