军舰一般使用什么发动机?军舰用的是什么发动机军舰用发动机排名

2023-08-24 14:37:28 文章来源 :网络 围观 : 评论

  目前用在军舰上的发动机主要有三种,分别是蒸汽轮机,燃气轮机和柴油机。一般来说,大吨位舰艇,使用输出功率高,马力大的蒸汽轮机。如大吨位航空母舰,除了英国的伊丽莎白女王级,都使用的蒸汽轮机。一般吨位的舰艇主要使用燃气轮机或者燃气轮机和柴油机交替,联合使用。如目前世界上大部分的驱逐舰,两栖攻击舰等等。而吨位较小的舰艇则使用经济性较好的柴油机,如护卫舰,扫雷艇等等。

  现代船用蒸汽轮机和瓦特当年改良的蒸汽机有了脱胎换骨的变化,从原来的往复式运动结构变成了先进的涡轮结构。现代蒸汽轮机全称蒸汽涡轮发动机,其工作原理是利用锅炉产生高温高压水蒸气,然后经过喷嘴,将高温高压水蒸气喷射在涡轮叶片上推动涡轮高速旋转,从而产生带动螺旋桨轴旋转的机械能。

  蒸汽轮机其实是一款非常先进的大型船舶发动机。有很多人一说到我国辽宁舰和002航母使用常规动力,利用蒸汽轮机作为动力系统,张嘴就喷落后。事实上不止我国,就算是美国的核动力航母依然使用燃气轮机。美国的尼米兹级航母动力系统是由两座西屋公司的A4W核反应堆和4座蒸气涡轮组成。其工作方式是核反应堆产生热量烧开循环水,然后推动蒸汽轮机,最后带动螺旋桨旋转工作的。我国辽宁舰航母使用的常规动力,工作方式和核动力的区别只有一个,那就是产生热量加热循环水的方式不同。核动力是核动力产热,常规动力是燃烧重油产热。

  蒸汽轮机作为大型船舶动力有着极为明显的优势。第一,对燃料要求低,使用成本低。燃气轮机是外燃机,只要能把水烧开,苞米该子都能烧。不过为了保证其输出功率,一般使用蒸汽轮机的军舰都是用专用的舰用燃料油,也就是重油。第二,输出功率巨大!一般的航母蒸汽轮机单机输出功率在兆瓦以上,可以推动十万吨的庞然大物跑出30节的高速。第三,采用涡轮驱动,机械结构简单。机械结构简单了,成本就低了,维护就简便了,同时可靠性也更高。

  蒸汽轮机的缺点也有。第一,蒸汽轮机冷启动时间非常长,数倍于燃气轮机和柴油机,需要数小时才能完成冷启动。所以我国辽宁舰航母在战备状态时,就算是靠泊也不会关闭主机,为的就是一旦需要出任务,可以迅速启动离开港口。第二,蒸汽轮机热效率较低。在三种动力系统中,蒸汽轮机是最低的一种,而柴油机则是热效率最高的。第三,蒸汽轮机由喷嘴喷出高温高压气体直接推动涡轮旋转,涡轮转速超级快,不能直接用螺旋桨驱动。所以需要减速器等一系列的辅助机构,导致蒸汽轮机体积巨大,一般只适合大型军舰。

  核动力航母也离不开蒸汽轮机

  燃气轮机是中型军舰的标配动力系统,比如美国排水量在9600多吨的阿利·伯克级驱逐舰使用的就是4台燃气轮机。除此之外,两栖攻击舰和两栖登陆舰,也使用燃气轮机。更有甚者,英国的伊丽莎白女王级使用的IFEP综合电力推进系统主机也是2台36兆瓦输出功率的MT30燃气轮机。燃气轮机是目前最先进的军舰发动机号,也是众多海军强国主战水面舰艇的首选!

  ▲这就是燃气轮机,燃气轮机的工作原理和航空发动机一样,二者可以共用核心机。首先吸入空气,然后通过压缩叶片压缩,进入到燃烧室和燃料混合爆燃,形成高温高压燃气向后排出。这个过程中涡轮高速旋转,从而将燃油化学能转变为机械能,带动螺旋桨旋转。

  燃气轮机的优点在于,功率密度极大,同功率的燃气轮机体积仅仅为柴油机的三分之一左右,蒸汽轮机的五分之一左右。同时燃气轮机冷启动速度非常快,在启动机的帮助下,一般几分钟就可以完成启动到达最高转速。燃气轮机的缺点减少,主要是使用成本较高,同时产生大量高温尾气,需要复杂的排气系统,同时也会对军舰的红外特征产生一定影响。不过对于它带来的澎湃动力,各国海军依然非常青睐燃气轮机。

  伊丽莎白女王级航母也用燃气轮机

  舰用高速柴油机可不同于我们生活中的柴油,舰用柴油机一般体积硕大,大的柴油机可能和一栋房子差不多了。柴油机原理就不多作介绍了,它用于军舰动力主要的有点在于。第一,热效率高。热效率高了,油耗就下去了。油耗下去了,经济性就上来了。所以我国在建造驱逐舰的时候,为了节省成本,经常使用燃气轮机与柴油机的交替动力系统。

  第二,和燃气轮机一样,启动较快。不过柴油机快不过燃气轮机,一般来说柴油机从启动到额定功率状态工作,需要10-30分钟。虽然比不过燃气轮机,但是比蒸汽轮机快得多。除此之外,柴油机还有传动效率高等优点。柴油机的缺点则主要在于其工作时震动剧烈,同时会产生噪音。这会在一定程度上影响军舰的声学特征,不过还好,军舰不怕潜艇探测,所以噪音高一点也没事。

  再者,柴油机的输出功率有限,同时过载能力也比较差。理论上来说,只要无限叠加气缸,就可以让柴油机的输出功率不断提升。但实际上并不是这样,柴油机的输出功率是有限的。而且因为柴油机使用的是气缸往复式运,运动机构比较复杂。所以当负载过大时,柴油机的机械结构压力非常大,一般过载工作时,柴油机不能长时间稳定输出,容易发生机械故障。

  056型护卫舰用柴油机

  军舰的动力系统从古代的帆桨动力发展到了如今的燃气轮机,柴油机和蒸汽轮机推进,走过了上百年的历史。人类的科技是在不断进步的,如今燃气轮机也要从世界最先进的军舰动力系统宝座上摔下来了。目前英国已经成功将综合全电推进系统用在了45型驱逐舰和伊丽莎白女王级航母,只不过这两款军舰采用的都是常规动力,所以依然需要燃气轮机来进行发电,推动电动机工作。等到核动力上舰,那么将不再需要燃气轮机发电,等到那个时候,将实现真正的综合全电推进。

  现在用的最多、也是最好的舰用发动机是燃气轮机,凭借着澎湃的动力、小体积、低噪音、优秀的加速性能、较长时间的大修时间等等成为各国海军争相研发装备的发动机,中国海军在中美蜜月期就曾像美国购买了几台美国驱护舰们最常用的“心脏”LM-2500型燃气轮机,并最先装备在2艘052型驱逐舰,而兔子一用过之后才发现这玩意这么好用,所以后来就算美国拒绝向中国出口LM-2500,便转向乌克兰购买GT-25000型,并装备在052C/D型上,并且在此基础上改进的国产QC-280型成为055大驱的标配。

  而出了新锐和技术先进的燃气轮机,另一种最传统的发动机就是蒸汽轮机,这玩意从工业革命开始就一直用到现在,技术积累最为雄厚,而到了今天也一直用,除了中小型的驱护舰和外用得最多的就是大型的航母。因为蒸汽轮机的输出马力是最大的,所以成为大型航母的不二之选,无论是常规动力航母还是核动力航母用的发动机都是蒸汽轮机,而核动力和常规动力的差别只不过是锅炉而已,一个是用油烧水,一个是用核能烧水,用烧开水后的水蒸气驱动轮机,所以被称为蒸汽轮机。

  巴勒姆号战列舰被德军潜艇鱼雷击中侧翻,海水倒灌进入锅炉,最终锅炉发生了大爆炸,当然也有观点认为是弹药殉爆

  以前万吨级以上的军舰大都是用蒸汽轮机,虽然也有了一百多年的发展史技术比较成熟,但是其体积大、噪音大、启动慢的缺点并没有解决。而且和燃气轮机直接喝油做功不同,蒸汽轮机是喝蒸汽做功的,而怎样烧开水就随便,所以蒸汽轮机不想燃气轮机那样燃料挑剔,哪怕是别说炼石油剩下的残渣重油可以烧,哪怕是做菜用的大豆油、花生油都可以烧,几乎是对燃料最不挑剔的发动机。大和自杀前举国之力凑出来的燃料有两千多吨就是大豆油。

  还有个缺点就是浓烟大,不过这还是和锅炉的新旧、保养程度有关

  第一次工业革命的标志性产物是蒸汽轮机,而第二次工业革命的标志性产物是内燃机,而内燃机分为汽油机和柴油机。

  这种柴油机???当然不是

  而比较常用的第三种船舶用发动机就是柴油机,它最大的优点就是省油省钱,所以很多民用运输船舶就是用柴油机,而军舰上也有用,像一战之后德军的1.8万吨级德意志级装甲舰就是用柴油机,这使得它拥有着非常大的巡航能力,不过缺点就是最高航速不高,撑死也就26节左右。不过在不追求速度和讲究经济效益的民用运输船这可以首选,而军舰通常都是将柴油机和燃气轮机搭配使用,像伊丽莎白女王航母和054A型就是是柴燃动力,在低速是就只开柴油机慢慢的走。想要跑快点就柴油机和燃气轮机一起开,这样就可以最大限度的保证动力的充沛。

  舰用柴油机是这种,上面那种是手扶拖拉机的那种,输出功率也就只有8马力左右

  当然,用柴油机同样也冒黑烟,这是日本大隅级,用的也是柴油机

  中国经过几十年来的引进仿制到自主研发,已经成为舰用动力领域的世界第一梯队行列中,要属著名的还是我国各大型驱逐舰使用国产QC-185燃气轮机。

  国产QC-185燃气轮机是沈阳黎明发动机公司基于国产“太行”涡轮风扇发动机研制的一款航改燃气轮机,采用三轴、后输出、轴流式结构,额定功率17.78MW,最大输出功率18.5MW,热效率37.2%。该型燃气轮机热效率及可靠性高、灵活性强,可广泛应用于常规发电、电力调峰、管道增压及其它机械驱动领域。

  国产QC-185型燃气轮机

  不妨对比一下QC-185和美国通用电气公司(GE)于60年代研制的LM-2500燃气轮机基本型的主要技术参数:

  不难看出,从各方面来看,QC-185都和LM-2500很相似。LM-2500系列燃气轮机是通用动力公司于20世纪60年代以TF39涡轮风扇发动机为基础研制的一款航改式燃气轮机。由于该型燃气轮机性能优秀,所以美国与很多其他国家海军均采购LM2500燃气轮机作为作战舰艇的动力装置。从20世纪70年代初到现在,LM2500系列燃气轮机已经销售了2000多台(包括工业和舰船),占据了世界舰船燃气轮机的绝大部分份额,堪称一代名机。认真研究一下LM-2500的发展轨迹,可以对QC-185未来的发展有所启示。

  要说LM-2500,得从它的原型TF39涡轮风扇发动机谈起。TF39是通用电气公司为满足远程重型运输机C-5的要求而研制的一种大涵道比涡轮风扇发动机。1959年,美国空军提出“轻重量燃气发生器”计划,后改称“先进涡轮燃气发生器计划”,第一次明确提出以核心机研制为牵引的航空发动机研制方针。1963年,在“先进涡轮燃气发生器计划”的支持下,通用电气公司开发出第一台“先进技术核心机”——GE1。在GE1的基础上,又衍生出了三型验证机——GE1/6、GE9和GE1/10。1965年4月,通用电气公司以GE1/6验证机赢得了C-5“银河”战略运输机的动力装置竞标。1965年12月,基于GE1/6验证机的新型TF39发动机首次试车,1967年6月开始试飞,到了1968年10月,TF39发动机便开始了生产型交付。值得一提的是,以GE1的另一个衍生型号——GE9为基础,通用电气公司后来研制出了F101中等涵道比加力涡扇发动机(用于战略轰炸机B-1,后来用于F-14/15/16的F110系列涡扇发动机就是它的发展型)和CFM56大涵道比民用涡轮风扇发动机。

  1968年4月,应美国海军的要求,通用电气公司开始为美国海军研制新型燃气轮机动力装置,这就是后来的LM-2500。在此之前,通用电气公司曾以J79涡轮喷气发动机为基础,为美国海军成功研制了最大功率11MW的LM-1500燃气轮机。为了有效的提高新型燃气轮机的性能,通用电气公司决定采用刚刚研制成功的TF39涡轮风扇发动机(这时TF39还未正式投产),作为研制LM-2500的基础。

  由于之前研制LM-1500已经积累了相关经验,LM-2500的研制十分顺利。TF39涡轮风扇发动机采用1级风扇、16级高压压气机、整体机匣、环形燃烧室、2级高压涡轮和6级低压涡轮,与TF39相比,LM-2500的主要改动,就是将原TF39的风扇去掉,将原先用于驱动风扇的低压涡轮改为动力涡轮,其它没有大的变化。1969年,通用电气公司生产出第一台LM2500样机。次年的海试证明,LM-2500的输出功率达到17.9MW,热效率达到35.5%,完全满足美国海军的要求。随后,通用电气公司开始了LM-2500的量产。到70年代末,经过技术改进,LM-2500的最大输出功率已经达到了23.3MW。

  一代名机LM-2500

  20世纪90年代初,美国海军提出了将其“黄蜂”级两栖攻击舰的动力装置从蒸汽轮机改为燃气轮机的要求。黄蜂级原由两台总功率7万马力(51485千瓦)的蒸汽轮机推动,如果要改为燃气轮机,就要求燃气轮机的单机最大功率达到35MW以上。为满足这个要求,通用电气公司在LM-2500的压气机前增加了一个零级压气机,大幅提高了空气流量,从而提高了热效率和输出功率——输出功率达到29.8MW,热效率达到了38%。通用电气公司将这个功率增强型LM-2500命名为LM-2500+。

  2005年,通用电气公司在LM-2500+的基础上再次进行改进,通过对压气机叶片进行修形,进一步提高空气流量,同时压气机和涡轮叶片换用新型材料,以承受更高的温度。通过这些改进措施,通用电气公司将LM-2500的最大输出功率提高到了33MW。通用电气公司将这个“终极版”的功率增强型LM-2500命名为LM-2500+G4。

  值得一提的是,1992年,通用电气公司还在CF6涡轮风扇发动机(TF39的民用版)核心机的基础上,加上了5级低压压气机,再配上5级动力涡轮,从而获得了最大输出功率43MW的LM-6000燃气轮机,热效率41%,是这一功率等级最先进的燃气轮机。

  LM-6000型燃气轮机结构图。可以清楚的看到,它的高压压气机部分和LM-2500是一样的

  纵观LM-2500的发展史,我们可以看到,通用电气以TF39的核心机为基础,通过渐改,让LM-2500的功率从17.9MW起步,连续迈上了23.3MW、30MW、33MW三个台阶。这个渐改过程,对于QC-185来说,具有重要的参考意义。具体的说,QC-185未来的发展,可以参考LM-2500和LM-6000的发展史,分这样两步走:

  第一步,在现有QC-185的基础上,参考从LM-2500到LM-2500+的做法,在压气机前增加一个零级压气机,提高进气流量,再配上FT-8燃气轮机的动力涡轮,从而将最大输出功率提高到24MW。增加零级压气机可以采用太行发动机的风扇顶切,也可以重新设计,中国80年代在进行斯贝发动机改燃机工作时对这两种方式都做过研究,有技术积累。FT-8燃气轮机的最大输出功率就是24MW,其动力涡轮由我国成都发动机公司研制,不存在任何技术困难。这样的一款燃气轮机,可以成为海军目前使用的GT-25燃气轮机的备份,也可以用于出口型军舰。

  第二步,参考LM-6000的做法,对QC-185的低压压气机和低压涡轮进行重新设计,用新设计的低压涡轮既驱动低压压气机,又带动负载,输出功率冲40MW。这样的一款燃气轮机既能用于未来的万吨级大型驱逐舰、两栖攻击舰等大型军舰,也可以用于燃气电站,用途十分广泛。

  现代军舰一般使用燃气轮机,备便时间短,提速快,操控灵活。

  大型主战舰艇如航空母舰一般采用核动力或者柴燃混合动力。

  潜艇主要是柴油机 核反应堆。

  现代军舰的发动机一般都是三种方式。

  1、柴油机,柴油机一般应用在护卫舰上,因为柴油机的经济性上,柴油机比较经济,省油。但是柴油机也有缺点,就是启动慢不能进行高航速机动。

  2、燃气轮机,燃气轮机一般用在驱逐舰,燃气轮机,启动快,能够进行高速机动。但是它也是有缺点,就是太耗油。

  3、就是柴燃联合的方式,两种发动机的结合,能够发挥各自的优点。

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