中国航母动力之惑——蒸汽轮机还是燃气轮机

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中国航母动力之惑——蒸汽轮机还是燃气轮机

2013年08月08日 08:08:33  
来源： 新华网   

    新华网专稿（新华军事评论员 郑文浩）相较于核动力，国产航母的常规动力则是一道必须翻过去的坎。因为在无法获得满足航母要求的核动力之前，常规动力是必然的选择。这里中国的选择只有两条路：要么走大功率蒸汽动力方案，要么借鉴西方走燃气轮机路线。让人略感沮丧的是，中国在这两方面都缺乏技术优势，并长期落后于世界先进水平。

    在核动力诞生之前，蒸汽动力可以说在海军强国的包括航母在内的大中型水面舰艇中占据绝对的霸主地位。美国战后发展的几型常规动力航母，从“弗莱斯彻”级到“小鹰”级，均采用蒸汽动力，而苏联的航母也同样采用蒸汽动力。蒸汽虽然具有系统复杂、配置自动化系统较难、占用的舱容大、施工周期长、维护工作量多以及经济性较差等缺陷，但是其单机功率大、技术成熟、寿命长、安全可靠、对燃料要求低的优点，十分符合航母这种大吨位水面舰艇。

    然而由于中国建国以来长期没有实力发展大型水面舰艇，起步时引进的苏联驱逐舰蒸汽动力水平低，因此中国海军在有实力大量建造中型以上驱护舰艇的时候，多使用柴油机+燃气轮机的混合动力。因此中国只有单轴26.47MW( 36000马力)蒸汽动力的生产能力，而缺乏发展性能指标接近或超过世界先进水平的50000-70000马力蒸汽动力的技术。然而由于长期没有大型舰艇的建造需求，我国连蒸汽动力相关研究、设计专业队伍都严重缺乏，目前除某些工程学院还保留该专业设置外，原设有蒸汽动力专业的院、校均已取消该专业。

“小鹰”级是美军最后一型常规动力航母，图为该舰水兵在准备给航母锅炉点火启动。

   

在燃气轮机上，我国虽然很早重视到了其对于现代化水面舰艇的意义，但由于整体涡轮发动机产业落后，长期处于屡战屡败而又屡败屡战的境地。

    在上世纪50-70年代，中国就以前苏联技术为基础，自主设计、实验、制造200-25000kw燃气轮机。1982年西安航空发动机公司利用国产涡扇9型研制出410A型舰用燃气轮机，功率为13000马力。410A研发历时8年，于1988年元月完成150小时持久试车，运行安全，但缺点是燃气等熵功率比设计计算值约低5%，输出功率低了约3.8%，而被国内用户否决。1985年，中国从美国引进了4台LM2500舰用燃气轮机，用于两艘052型驱逐舰。但1989年后中国海军引进LM2500技术的计划和合作生产FT-8燃气轮机的计划，均被美方单方面终止。当时我军甚至一度面临新型主力驱逐舰无动力可用的危险境地。直到1993年中国从乌克兰引进单台功率为33000马力的GT25000燃气轮机全套设计资料和加工工艺，才缓解了这一危机。目前GT25000国产化率接近90%，国内型号为QC-280。特别是在“亚丁湾”护航5年以来，中国主力驱逐舰的国产燃气轮机经受住了条件恶劣、缺少后勤保障的挑战，仍旧保持较高的稳定性和可靠性。

    由于西方国家将燃气轮机列为关键的国防安全技术，因此至今拒绝向中国转让任何相关技术，但国内无论是军用还是民用对燃气轮机的需求非常强烈，因此在引进乌克兰技术基础之上，中国也具备一定的技术基础，已经拥有了重型燃气轮机大型部件（非热端部件）加工、整机装配/试车、系统成套能力；具有了重型燃气轮机超级合金冶炼、热端部件制造初步能力；建立起了研究开发、设计、部件试验基本条件。中国一航采用乌克兰技术研制R0110（110MW）燃气轮机就是典型代表。但R0110重型燃气轮机主要应用于发电领域，在舰艇上使用必须经过船用化的改造。

  乌克兰的舰用燃气轮机是走的专用设计路线，而西方国家主要走的是依靠先进航空发动机开发舰用燃气轮机的路线。由于对燃气轮机技术的渴求，这两种路线在中国是并行存在的。如果使用QC-280舰用燃气轮机，那么使用4台最多驱动20000吨左右的轻型航母。目前英国的无敌级、意大利的“加里博迪”号航母和西班牙的“阿斯图里亚斯亲王”号这些轻型航母都采用了全燃动力。“阿斯图里亚斯亲王”号使用的就是两台LM-2500燃气轮机。但中国要想建造中型以上航母，就必须研发舰用高功率燃气轮机。例如60000吨的英国伊丽莎白女皇级航母，使用4台MT-30燃气轮机，该机是目前可用的功率最大舰用燃气轮机，单机功率达到了36MW，即50000马力，这已经接近了重型蒸汽动力的水平。中国只有跨越现有QC-280的档次，研制一款具有国际水平的先进燃气轮机，才能满足国产航母的需要。否则中国就要在蒸汽动力上下大力气，这样才能确保中国航母动力的需要。而未来发展大型乃至重型航母，蒸汽动力必不可少，使用燃气动力已经没有必要，而且即便是核动力也需要蒸汽轮机的相关技术。

    然而在目前中国的船舶动力中，主要的形势是柴油机动力发展强劲，燃气轮机动力技术尚在攻关，但蒸汽动力无论是技术还是投入都稍显不足。柴油机动力的发展和中国造船出口的背景是分不开的。由于中低速柴油机是世界民船领域的绝对主力，有数据显示以柴油机为动力的船舶占世界商船队的95%以上。同时在军用领域，中国由于燃气动力储备不足，在柴燃联合动力上花的功夫就比较大，获得的回报也丰厚。国内建造出口国外的F25T型护卫舰，采用柴燃联合动力，其表现甚至超过了某些国外同级别的全燃动力护卫舰。

罗罗公司的MT-30燃气轮机是目前世界可用的功率最大舰用燃气轮机。

    在燃气轮机领域，2002年7月国家科技部启动了863计划“燃气轮机专项”。但这个专项主要的研制方向在重型燃气轮机（R0110）和微型燃气轮机，主要满足我国未来能源发展的重大核心装备。之所以没有将舰用燃气轮机列入其中，是因为从西方的经验来看，优秀舰用燃气轮机主要从航空发动机发展而来。目前中国已经有多种航空发动机改燃机轮机投入使用或开始研制。例如昆仑涡喷发动机改QD128燃气轮机已经在西气东输工程中投入使用，太行涡扇发动机改燃气轮机的7000KW级QD70燃气轮机已在中原油田并网发电。但航空发动机改舰用燃机轮机还没有公开的报道，这一方面是中国航空发动机本身技术的薄弱，另外舰用燃气轮机和在陆地上使用环境有很大差别，舰艇本身要晃动，海上高盐、高湿的环境也是不利的因素。

    由于航空发动机对于中国空中安全的意义已经得到了社会各界的公认，特别是已经引起了政府高层的重视。根据2012年底的消息，各界瞩目的航空发动机重大科技专项，日前已经上报国务院，并有望于近期出台。根据已有信息，该专项预计投入至少千亿元资金支持国产航空发动机的自主研发与制造，这是迄今为止所有重大专项中投资规模最大的一个。从这个力度来看，中国舰用燃气轮机的未来是相当光明的。

    但是从航母发展的角度来看，中国采用全燃动力毕竟还不现实。蒸汽动力已经成为首要的选择。而且蒸汽动力航母未来还可以使用蒸汽弹射器，而全燃动力则和蒸汽弹射器不兼容，只能使用更先进的电磁弹射器，技术跨度更大。但相对于燃气轮机，我国蒸汽轮机的整体发展环境并不理想。无论是在民船还是军船领域，蒸汽动力的应用面都非常狭窄。过去民船的LNG大型液化气船采用蒸汽动力，但近年也逐渐被低速柴油机和柴-电联合动力所代替。而在军船领域，中小型舰艇早已将蒸汽动力排除在外，只有在航母这类大型舰艇和核动力舰艇，安装有蒸汽动力设备。因此中国过去忽视蒸汽动力发展也是“情有可原”。但正如上文所述，除非中国永远不打算研发大型航母，否则必须保持一个“应用面小但技术含量高”的蒸汽动力技术。

面瓜

核动力航母也需要轮机啊。
核能是热能，又不能直接转成轴动力。

grainsw

这个不是大问题吧，又有地方可以山寨，又不需要量产和商业化，拿钱堆就行了。

大牛Steve

grainsw 发表于 2013-8-9 08:56 AM
这个不是大问题吧，又有地方可以山寨，又不需要量产和商业化，拿钱堆就行了。

是啊，弄个3D打印机什么的，直接复制出来。