& 波速、波长和频率的关系知识点 & “阅读短文，回答问题．“辽宁”号是中国海军...”习题详情
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阅读短文，回答问题．“辽宁”号是中国海军第一艘可搭载固定翼飞机的航空母舰．舰艇全长304m，舰艇上可搭载平均质量为25750kg的“歼-15”战机20架．舰艇中部设有4道飞机降落阻拦索，用于在飞机上降落时钩住战机的“尾巴”将其逼停．舰上装有雷达，其发射的电磁波可以对高空的飞机或海底的潜艇进行定位或跟踪．“辽宁”号以重油（用原油等为原料加工调合而成，其热值为4&107J/kg）为燃料，带动4台蒸汽轮机与4台蒸汽式锅炉来提供动力，重油燃烧时的化学能转化为机械能的效率为25%，舰艇发动机的最大输出功率可达1.5&108w，属于中型常规动力航空母舰．据悉，为适应国防战略的新需求，中国正准备建造核动力航母．（1）重油和核能均属于&．A．一次能源&&&&&B．不可再生能源&&&&&C．常规能源&&&&&D．清洁能源（2）飞机降落时，关闭发动机后，飞机仍能在甲板上滑行，这是因为飞机具有　&，而阻拦索钩住运动的战机，并将其逼停，说明　&．（3）工作人员以正常速度在甲板上从舰艇的一端步行到另一端，需用时约　&s．（4）雷达在某次跟踪监测时，所发射电磁波的频率为5&106Hz，则该电磁波在真空中的波长为　&m．（5）某次试航中，20架“歼-15”战机从“辽宁”号甲板上起飞，则战机全部起飞后，舰艇底部所受海水的压强将　&（选填“减小”、“增大”或“不变”），舰艇排开海水的体积将减小　&m3（g取10N/kg，海水的密度为1.03g/cm3）．（6）某次测试时，使航母的发动机达最大输出功率并持续工作2小时，则需消耗重油　&kg．若保持航母储存油量一定，并使其以最大功率在水中匀速行驶，测得行驶时所受阻力与航速的平方成正比，已知航速为15m/s时，其续航（连续航行的最大距离）里程为1000km，则航速为10m/s时，其续航里程为　&km．&
本题难度：一般
题型：解答题&|&来源：2013-江苏省南通市中考物理二模试卷
分析与解答
习题“阅读短文，回答问题．“辽宁”号是中国海军第一艘可搭载固定翼飞机的航空母舰．舰艇全长304m，舰艇上可搭载平均质量为25750kg的“歼-15”战机20架．舰艇中部设有4道飞机降落阻拦索，用于在飞机上降落时钩住战...”的分析与解答如下所示：
（1）可以从自然界源源不断获取的是可再生能源，否则是不可再生能源；（2）物体保持原状态不变的性质称作惯性，一切物体都有惯性；力可以改变物体的形状，可以改变物体的运动状态；（3）根据v=求出时间；（4）根据c=λf求出波长；（5）航母漂浮在水面上，浮力等于其总重力，飞机起飞后，重力减小，浮力减小，根据F浮=ρ水gV排可判断出V排的变化；进而判断出浸入水中深度的变化，根据p=ρgh判断出压强的变化；（6）根据W=Pt求出发动机的做的功，重油燃烧时的化学能转化为机械能的效率为25%，求出重油燃烧放出的总能量，根据Q=mq求出燃烧重油的质量；行驶时所受阻力与航速的平方成正比，即=，且W=Fs求出第二次的续航里程．（1）重油和核能均属于使用后不可再生的能源，故是不可再生能源；（2）飞机降落时，关闭发动机后，飞机仍能在甲板上滑行，这是因为飞机具有惯性，仍保持原来的运动状态；而阻拦索钩住运动的战机，并将其逼停，说明力可以改变物体的运动状态；（3）人正常步行的速度为v=1.1m/s，∵v=∴工作人员以正常速度在甲板上从舰艇的一端步行到另一端的时间：t==≈276s；（4）电磁波的波速c=3&108m/s，电磁波的频率为f=5&106Hz，∵c=λf∴电磁波的波长：λ===60m；（5）战机全部起飞后，航母会上浮一些，浸在水中的深度会减小，根据p=ρgh可知，舰艇底部所受海水的压强将减小；战机的重力：G=mg=20&25750kg&10N/kg=5.15&106N，飞机起飞后减小的浮力：△F浮=G=5.15&106N，∵F浮=ρ水gV排∴舰艇排开海水减小的体积：△V排===500m3；（6）航母做的功：W=Pt=1.5&108W&&1012J，∵η=∴重油完全燃烧放出的热量：Q===4.32&1012J，∵Q=mq∴燃烧重油的质量：m′===1.08&105kg；保持航母储存油量一定，即保持航母做的功是相等的，所以W1=W2，F1s1=F2s2，且=，所以===2.25，航速为10m/s时，其续航里程：s2=2.25s1=2.25&1000km=2250km．故答案为：（1）B；（2）惯性；力可以改变物体的运动状态；（3）276；（4）60；（5）减小；500；（6）1.08&105；2250．
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等考点的理解。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
波速、波长和频率的关系
波速、波长和频率的关系【知识点的认识】（1）波速=波长×频率，用符号表示为：c=λf ①c是波速，在真空中是定值，c=3×108m/s； ②λ是波长，相邻两个波峰或波谷之间的距离，单位是m； ③f是频率，表示单位时间振动的次数，单位是Hz，1kHz=103Hz，1MHz=106Hz．【解题方法点拨】（1）波速的大小由传播介质的种类决定，电磁波在空气中的速度接近于真空中的速度；频率是由发射电磁波的振源振动快慢决定的；不同频率的电磁波在相同介质中传播的速度是相同的．（2）由于电磁波在同种介质中的传播速度相同，因此波长越频率成反比，即频率越高波长越短，频率越低波长越长．（3）可见光、各种射线都是电磁波，电磁波可以向各个方向传播．【命题方向】本知识点在中考中不会出太难的题，记住公式及单位，会利用公式c=λf进行简单的代数计算或比较即可．
与“阅读短文，回答问题．“辽宁”号是中国海军第一艘可搭载固定翼飞机的航空母舰．舰艇全长304m，舰艇上可搭载平均质量为25750kg的“歼-15”战机20架．舰艇中部设有4道飞机降落阻拦索，用于在飞机上降落时钩住战...”相似的题目：
关于电磁波，下列说法中错误的是&&&&电磁波的频率越高，波长越长各种颜色的光都是电磁波电磁波在真空中的传播速度是3&108m/s电磁波具有能量
关于电磁波的叙述中，下列说法正确的是&&&&电台发射的无线电波，波长越短，频率越高电磁波只可传递信息，不能传递能量红外线、紫外线、x射线都是光波，不属于电磁波不同波长的电磁波在真空中传播速度不同
飞机失事后为了分析事故的原因，必须寻找黑匣子，而黑匣子在30天内能以37.5KHz的频率自动发出信号，人们就利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置．那么你能知道黑匣子发出的电磁波波长吗？&&&&
“阅读短文，回答问题．“辽宁”号是中国海军...”的最新评论
该知识点好题
1下列有关能源和信息的说法正确的是（　　）
2关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（　　）
3关于电磁波的说法正确的是（　　）
该知识点易错题
1（2012o兴化市模拟）如图是我市新建在昭阳湖畔的广播电视发射塔，它高160米，承载4套调频广播和5套电视节目的昼夜发射任务．该发射塔满负荷发射功率为8KW．（1）新电视塔建成后我市人民广播电台无线发射频率由原来的103.3兆赫调整为101.9兆赫，则此广播信号的传播速度&&&&（填变大、不变、变小），波长&&&&（填变长、不变、变短）．（2）若此电视塔满负荷工作时每小时耗电为10kwh，则该电视塔的能量转化效率为多少？（3）我国出台的《电磁辐射防护规定》给出的敏感段标准是公众为40微瓦/平方厘米，比西方和国际上的标准要严格4倍，超过这个标准就必须采取必要的防辐射措施．若我市广播电视信号以位于塔顶的发射装置为球心呈球面的形式向四周辐射，请通过计算判断站在塔底的人们要不要采取防电磁辐射措施？（球体面积公式为S=4πr2）
2雷达利用天线把电磁波向欲探测的目标发射出去，然后再利用天线接收到反射波，根据反射波的方向和延迟时间判断目标的方位和距离．某地面雷达站向某卫星发射出波长为0.1m的电磁波，经过0.3s的时间，接收到了反射波．请你回答：（1）该雷达向目标发出的电磁波的频率是多少？（2）该卫星距地面多远？
3随着社会的发展，无线电广播、电视、手&机等都已逐步进入了寻常百姓家，它们都是靠接收&&&&工作的．野外常用对讲机进行联络，小明将对讲机的频率设定为4.5×108Hz，则对讲机发出的电磁波的波长为&&&&m；当他和3km外的小华通话时，小华经过&&&&s才会收到信息．
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中国国产航母发动机供货单位曝光 燃气轮机获新突破
　　图为30兆瓦级燃气轮机
　　科技日报北京9月21日电 记者21日从中国船舶重工集团获悉，该集团公司703所联合有关单位研制的30兆瓦级燃气轮机驱动压缩机组，当日在我国西气东输3线烟墩压气站完成220小时运行试验即将正式投入运行。此举将结束长期以来我国天然气长输管线燃驱压缩机组依赖进口的历史。
　　通常，天然气长输管线每隔100至200公里设有一个由多台压缩机组构成的压气站。其如同“心脏”，通过不断加压，保证天然气长距离输送。燃驱压缩机组是压气站核心设备之一，涉及多学科、多领域、多系统的复杂旋转机械，设计和制造难度极高，是能源动力装备领域最高端产品。过去我国没有成熟的大功率工业型燃气轮机产品，天然气长输管线燃驱压缩机组被英美等国垄断，价格高、服务及维修费用昂贵。
　　作为我国海军大中型舰船主动力研发及供货单位，中国船舶重工703所拥有国内唯一燃气动力、蒸汽动力、后传动装置大型研发中心及大型动力试验站，为我国航空母舰等大型水面舰船提供动力。近年来，该所依托雄厚的技术储备和创新优势，把军工技术转化为民用，初步构建了以燃气轮机、节能与新能源、动力传动为核心的中小型动力产业群。其中，30兆瓦级燃气轮机驱动压缩机组成为“军转民”产品创新典范。
　　该产品主要由燃气轮机装置、离心压缩机组、机组监控系统和电气系统组成。其成功研制，重点突破了燃气轮机高速动力涡轮、低排放燃烧室、控制系统、机带燃料、装置集成设计等技术，达到国际先进水平，解决了我国能源领域重大装备国产化的燃眉之急。
　　推荐阅读：华人在海外竟建有6个国家，国人都毫不知情！详情查看《大国风云》，搜索微信公众号：dgfy01我国航母可不可以采用燃蒸联合循环机组燃料可以用LNG。利用全电驱动和电磁弹射或蒸气弹射呢？_百度知道
我国航母可不可以采用燃蒸联合循环机组燃料可以用LNG。利用全电驱动和电磁弹射或蒸气弹射呢？
我有更好的答案
在我脑海中
上述方案是否可行
好想可以吧
看起来有点道理
采纳率：20%
全电估计电力不够用
加上可能会耗费很多空间来放机组还有燃料
舰上空间有限，这个东西体积太大
正在研发中
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全球舰艇主要动力方式
【全球舰艇主要动力方式（心脏决定动力） 】 壹、核动力：核动力装置以原子核的裂变所产生的巨大能量通过工质 （蒸汽或燃气） 推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。 其工作原理是： 核反应堆将核能转化为热能，再利用冷却剂将热能输出堆芯，冷却剂携带的热量通过蒸汽发生器传递给二回路工质，工质受热 形成蒸汽，蒸汽进入透平作功，带动螺旋桨转动。舰艇核动力装置技术是指在舰艇核动力装置的建造、使用中所应用的技术。 自 1954 年第一艘核动力潜艇问世以来，核动力装置技术获得了迅猛的发展。目前，除核潜艇外，现役的核动力舰艇还有巡洋 舰、驱逐舰和航空母舰，这些核动力舰艇主要集中在美国和俄罗斯。 1、核动力装置使核潜艇能在水下长期连续航行。――核动力装置以核能为能源，核裂变时不需要空气，因此核潜艇能在水下 长期连续航行，其隐蔽性远远超过常规动力潜艇。 2、续航力不受限制。――核反应堆一次装料，可运行几年甚至几十年，如美国正在建造的&弗吉尼亚&级潜艇上使用的 S9G 反 应堆，其寿命可达 33 年。从而使核潜艇具有&无限&的续航力。 3、大功率。――现在已运行的舰艇动力反应堆，单堆功率在 30~300 兆瓦（MW）之间，有的核动力舰艇（如航空母舰）装有 多个反应堆，强大的动力使得这些庞然大物能以 20~50 节的高航速航行。（一） 、国外舰艇核动力装置的应用概况目前，国外有美国、俄罗斯、英国和法国拥有了核动力潜艇，美国和法国拥有核动力航母，美国和俄罗斯拥有核动力巡洋舰。 1、美国核动力装置的情况――美国的舰艇核动力，基本上是在西屋公司和通用电气公司两大企业之间的竞争中发展的。西屋 公司设计和建造的是 SW 系列，包括一座陆上模式堆 S1W，及 S2W、S3W、S4W、S5W、S5Wa、S5W-Ⅱ、S6W 等装艇堆。 通用电气公司设计和建造的是 SG 系列，包括 S1G、S3G（双堆） 、S5G、S7G、S8G 六座陆上模式堆和 S2G、S4G、S5G、S6G、 S8G、S9G 等装艇堆。由燃烧公司设计和建造的是 SC 系列，只建造了一座陆上模式堆 S1C 和一座装艇堆 S2C。所有反应堆中， 除 S1G 和 S2G 以外，都是压水堆。美国舰艇核反应堆，无论是 SW 系列还是 SG 系列都采用板状燃料元件。 2、俄罗斯/前苏联舰艇核反应堆的发展――俄罗斯/前苏联舰艇核反应堆的发展按时间大致可分为四代。第一代为 50 年代至 60 年代中期，研制船用压水堆核动力装置，建造了 BM-A 型陆上模式堆，反应堆为双流程，热功率为 75MW，轴功率 1.75 万马 力，采用盘管式管外直流蒸汽发生器，主要装备于 H 级和 E-Ⅰ级弹道导弹核潜艇、E-Ⅱ级飞航导弹核潜艇、N 级攻击型核潜 艇。同时研制的液态金属冷却剂（铅-铋合金）快中子反应堆也建造了 PM-1 型陆上模式堆，热功率为 74MW，轴功率为 1.75 万马力，装备于&阿尔法&级攻击型核潜艇。第一代核动力装置的压水堆和液态金属冷却堆分别建造了陆上模式堆。第二代核动 力装置为 60 年代至 70 年代末研制，为紧凑式分散布置，热功率为 177MW，轴功率 4 万马力，反应堆改为单流程，简化了堆 内结构，采用了螺旋管式管内直流蒸汽发生器。主要装备于 Y 级和 D 级弹道导弹核潜艇、C 级飞航导弹核潜艇、V 级攻击型 核潜艇。第三代核动力装置为 80 年代初至 90 年代末期研制，是第二代的改进完善，初步实现了通用化、模块化设计，增加了 可*性和可维修性。反应堆仍为紧凑布置，热功率为 177~190MW，轴功率为 4~4.5 万马力，采用了列管式直流蒸汽发生器。主 要装备于台风级弹道导弹核潜艇、奥斯卡级飞航导弹核潜艇、S 级和&阿库拉&级攻击型核潜艇。在此期间，前苏联还研制了水 面舰艇用的压水堆，功率为 300MW，装备于&基洛夫&级核动力巡洋舰上。90 年代至下世纪初研制、建造的&北德文斯克&级攻 击型核潜艇上使用的反应堆仍为紧凑布置压水堆，采用了直管式高效直流蒸汽发生器。是第四代反应堆，结构与第三代基本相 同， 但安静性有了飞跃性改进。 总的来说前苏联的舰用核反应堆基本上都采用了压水堆。 根据装艇技术要求不同装置稍有差异。 3、英国舰艇核动力装置的发展――英国于 1958 年在购买的美国 S5W 潜艇压水堆的基础上，设计建造了陆上模式堆 PWR-1。 通过 PWR-1 模式堆，成功地研制了 A、B、Z 三种型号的堆芯，分别装备于&勇士&级、&快速&级和&特拉法尔加&级攻击型核潜 艇和&决心&级弹道导弹核潜艇。1987 年，英国建成第二代潜艇动力堆 PWR-2 的陆上模式堆 STF-2 并投入运行，研制成功了 G 型堆芯，已装备&前卫&级弹道导弹核潜艇。 4、法国舰艇核动力的发展――法国 1960 年开始建造 PAT 陆上模式堆。PAT 型分散布置压水堆通过蒸汽透平、减速齿轮带动螺 旋桨，轴功率为 1.6 万马力。新研制的 K-15 型自然循环一体化压水堆，单堆功率为 150MW，轴功率为 4.1 万马力。该堆已装 备&凯旋&级弹道导弹核潜艇和&戴高乐&号核动力航母。 1971 年开始建造攻击型核潜艇上使用的 CAP 型陆上模式堆，燃料元件 采用棒状。1983 年开始服役的&红宝石&级攻击型核潜艇装备了 CAS-48 一体化压水堆，热功率为 48MW，轴功率为 9500 马力， 燃料元件采用板状。（二） 、核动力装置技术的发展趋势1、 提高核安全可靠性――提高核反应堆的安全性是各国发展的重点， 主要有以下几个方面： （1） 提高反应堆的固有安全性。 （2 ） 提高反应堆的自然循环能力。目标是在额定功率下，可在全船断电、冷却剂断流等情况下，保证堆芯的安全，并可在停堆后依 靠自然循环导出堆芯余热。 （3）应用非能动安全系统，彻底解决安全系统只能依 *艇上电力才能投入使用的问题，使核动力装 置在各种事故条件下，不需人为操作，能自动保证反应堆的安全。 （4）提高反应堆的自动控制水平，减少误操作。 2、增长堆芯寿命――反应堆一次装料所使用的时间称为堆芯寿命。核潜艇反应堆采用长寿命堆芯可以减少艇的换料次数，提 高潜艇的在航率，从而提高战斗力。减少更换核燃料的次数，还可以减少放射性废物的排出量，减少对艇壳进行大切口的次数， 提高核燃料利用率等。长寿命堆芯的关键是设计长寿命燃料元件，研制耐腐蚀、耐辐照材料。国外潜艇普遍采用高浓铀、锆包壳、片状和板状元件；燃料元件采用稠密栅布置；精心设计元件结构等措施。美国研制的 S9G 反应堆的寿命已达 33 年。 3、提高自然循环能力――现代舰艇反应堆装置不断提高自然循环能力，利用冷却剂在一回路中的温升而造成的密度差作为动 力进行循环，而不是使用循环泵作动力进行强制循环。 自然循环压水堆装置分为两类，一是分散布置自然循环压水堆，如美国的 S5G、S6G、S8G 等；二是一体化自然循环压水堆， 如法国的 CAP 和 K-15。 自然循环压水堆有如下优点： （1）提高反应堆的固有安全性。在反应堆装置一回路中实现自然循环，在不启动主循环泵的情况 下，反应堆仍可发出相当功率，可使潜艇在低速、低噪声的工况下航行，增强了核潜艇的隐蔽性。核潜艇在中低速工况下采用 自然循环，在高速、满功率时使用循环泵，这样，即使发生主循环泵故障、失水事故和断电事故，一回路中的冷却剂仍能带走 剩余热量。因此能保证事故情况下反应堆的安全，避免堆芯融化。由于冷却剂是被动地 *流体的密度差进行循环，因此不存在 误操作问题。 （2）降低噪声。不开动主循环泵，从而消除了潜艇一大噪声源，提高了潜艇的安静性。 （3）简化系统和设备。核 潜艇采用自然循环压水堆装置降低了反应堆的运行及安全系统对主循环泵供电可靠性要求的依赖程度，可以简化电网供电、节 省电能，提高机械和电气设备的可靠性。 提高自然循环能力的主要措施： （1）蒸汽发生器的安装位置相对于反应堆中心位置应尽量高。 （2）减小一回路及其相应设备的 流动阻力。尽量缩短冷却剂在反应堆及蒸汽发生器中的流经路程，简化其内部结构，减少管道弯头数量及其长度，改进逆止阀。 一体化压水堆装置取消了连接反应堆和蒸汽发生器的管道，显然对降低阻力有利。而分散式压水堆装置，将反应堆、蒸汽发生 器、稳压器和主循环泵紧凑布置，采用短管连接，因而流程短，流动阻力也小。 （3）强化蒸汽发生器的换热特性。在不增加一 次侧流阻的条件下减少热阻。 （4）改进反应堆结构。采用单流程堆芯，可简化堆内结构，流动阻力较小，冷却剂流量大，有 利于增大自然循环能力。 4、减振降噪――核潜艇的辐射噪声主要包括机械噪声、螺旋桨噪声水动力噪声。从核动力装置本身降低噪声，主要是降低机 械噪声。主要措施有： （1）采用自然循环压水堆。 （2）采用活筏式整体减振装置。 （3）采用合理的隔声减振和吸声结构。 （4 ） 降低管路产生的噪声。 （5）降低齿轮噪声。 5、二回路采用双机单缸――双机单缸是指二回路系统推进主汽轮机由两台独立的单缸汽轮机并联所组成，配有两台主冷凝器 等辅助设备，两台汽轮机可并联运行，也可单独运行，简称为双机方案。二回路采用双机方案的优点是： （1）提高二回路系统 的生命力。两台汽轮机并联或独立运行，一台出现故障时，系统仍能运转。 （2）简化二回路系统、设备。双机方案中配有两台 主冷凝器，在设计上可以将两台发电汽轮机的排汽分别排入两台主冷凝器内，可取消单机双缸方案中的两台发电辅冷凝器、辅 凝水泵、辅抽汽器等设备和管系，简化二回路系统，有利于舰艇的操作和管理。 （3）提高二回路的机动性。两台汽轮机可并联 运行，也可单独运行，对于调节艇的航速非常有利。贰、蒸汽轮机动力：蒸汽轮机全称叫蒸汽涡轮发动机（Steam turbine）是一种撷取（将水加热后形成的）水蒸汽之动能转换为涡轮转动的动能的机 械。相较于原由詹姆斯?瓦特发明的单级往复式蒸汽机，涡轮蒸汽机大幅改善了热效率，更接近热力学中理想的可逆过程，并 能提供更大的功率，至今它几乎完全取代了往复式蒸汽机。涡轮蒸汽机特别适用于火力发电和核能发电，世界上大约 80%的电 是利用涡轮蒸汽机所产生。老式船舰中也有不少使用，但是在现代化船舰中已经被燃气涡轮引擎全面取代，只有少数特例如现 代级还使用蒸汽涡轮。燃气－蒸汽轮机联合循环，是把燃气轮机和蒸气轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的装 置，有时也简称为联合循环。为了提高热机的效率，应该尽可能地提高热机中的加热温度和降低排热温度。但蒸汽轮机和燃气 轮机的热力循环都不能很好满足上述要求。如把它们结合起来，以燃气轮机的排热来加热蒸汽，就可以同时取得燃气轮机加热 温度较高和蒸汽轮机排热温度较低的双重优点。联合循环的理论基础早已建立。热力学奠基人之一卡诺就提出过联合循环的概 念。但是直到２０世纪中叶，才开始有实用的联合循环动力装置。发展联合循环的关键是要研制出高温、高性能、大功率的燃 气轮机。为了适应石油短缺的形势，在燃气轮机中有效烧煤也是一项关键技术。目前，世界各先进工业国家均已有定型联合循 环机组产品。其中功率最大的已超过６０万千瓦，最高热效率已高达４７％以上。它作为热电并供机组使用，燃料利用率可高 达８０％左右，单机组最长运行时间已超过１０万小时。热机的热效率要提高１％都是非常困难的，而联合循环却只要把燃气 轮机和蒸汽轮机结合起来就可以大幅度节约能源。由于蒸汽轮机具有功率大的优点，因此在现代大型军舰上依然有广泛应用。 例如大型航母，核潜艇均使用蒸汽轮机作为动力。燃气轮机由于功率不足，目前仅在中型军舰和小、中型航母上运用。对于要 求高航速的大型舰船，蒸汽轮机或蒸汽轮机-分散电机-电机动力系统依然是唯一选择。叁、燃气轮机动力：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热 力发动机。中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载，它是涡轮机(透平)的雏形。15 世纪末，意大利人列奥纳 多?达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。至 17 世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。1791 年，英国人巴 伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872 年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于
年进行了试验，但因始 终未能脱开起动机独立运行而失败；1905 年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获 得实用。1920 年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为 13％、功率为 370 千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片 中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在 30 年代中期出现了效率达 85％的轴流式压气机。与 此同时，透平效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受 600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃 气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。1939 年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达 18%。 同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。随着高温材料的不断进展，以及 透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大，在 70 年代中 期出现了数种 100 兆瓦级的燃气轮机，最高能达到 130 兆瓦。与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。1941 年瑞士制造的第 一辆燃气轮机机车通过了试验；1947 年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以 1.86 兆瓦的燃气轮机作加力动力； 1950 年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用。在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现 了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；50～60 年代，出现了以自由活塞发气 机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到 70 年代就停止了生产。此外，还发展了柴油机燃 气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。 燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混 合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功 能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动 机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环 和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮 机与其他热机相结合的称为复合循环装置。 燃气初温和压气机的压缩比， 是影响燃气轮机效率的两个主要因素。 提高燃气初温， 并相应提高压缩比， 可使燃气轮机效率显著提高。 70 年代末， 压缩比最高达到 31； 工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达 1200℃ 左右，航空燃气轮机的超过 1350℃。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压 气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃 气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。燃烧室和透平不仅工 作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命 的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制 造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需 要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。燃气轮机有重型 和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达 10 万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中 以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功 率的质量，重型燃气轮机一般为 2～5 千克/千瓦，而航机一般低于 0.2 千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输 机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下 效率下降快，空载时的燃料消耗量高。不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在 10 兆瓦以上的燃气 轮机多数用于发电，而 30～40 兆瓦以上的几乎全部用于发电。燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性 好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车 电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在 10 千瓦以 下。燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温， 即改进透平叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。再次 是提高各个部件的效率。高温陶瓷材料能在 1360℃以上的高温下工作，用它来做透平叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就 能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化 硅等。按闭式循环工作的装置能利用核能，它用高温气冷反应堆作为加热器，反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和透 平的工质。肆、柴油机动力：柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机，它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。柴油 机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到 500～700℃的高温。然后将燃油以雾状喷 入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆 和曲轴转换为旋转的机械功。法国出生的德裔工程师狄塞尔，在 1897 年研制成功可供实用的四冲程柴油机。由于它明显地提 高了热效率而引起人们的重视。起初，柴油机用空气喷射燃料，附属装置庞大笨重，只用于固定作业。二十世纪初，开始用于 船舶，1905 年制成第一台船用二冲程柴油机。1922 年，德国的博施发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。二十世纪 20 年 代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。到了 50 年代，一些结构性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来， 从此柴油机进入了专业化大量生产阶段。 特别是在采用了废气涡轮增压技术以后， 柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。分类――柴油机种类繁多。①按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。②按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。③按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。④按转速可分为高速(大于 1000 转／分)、中速（350～1000 转／分）和低速（小 于 350 转／分）柴油机。⑤按燃烧室可分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。⑥按气体压力作用方式可分为单作用式、 双作用式和对置活塞式柴油机等。⑦按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。⑧按用途可分为船用柴油机、机车柴油机、汽车柴 油机、发电柴油机、农用柴油机、工程机械用柴油机等。柴油机燃料主要是柴油，通常高速柴油机用轻柴油；中、低速柴油机 用轻柴油或重柴油。柴油机用喷油泵和喷油器将燃油以高压喷入气缸，喷入的燃油呈雾状，与空气混合燃烧。因此柴油机可用 挥发性较差的重质燃料或劣质燃料，如原油和渣油等。在燃用原油和渣油时，除须滤除杂质和水分外，还要对供油系统进行预 热保温，降低粘度，以便输送和喷射。柴油机如采用某种合适的燃烧室也可燃用乙醇、汽油和甲醇等轻质燃料。为了改善轻质 燃料的着火性，可加入添加剂提高十六烷值，或与柴油混合使用。一些气体燃料，如天然气、液化石油气、沼气和发生炉煤气 等也可作为柴油机的燃料，但这时通常以气体燃料为主，以少量柴油引燃，这种发动机称为双燃料内燃机。柴油在气缸内燃烧 是一个复杂的物理－化学变化过程，燃烧过程的完善程度，直接影响着柴油机的作功能力、热效率和使用期限，其燃烧过程划 分为四个阶段： 1．燃烧准备阶段（滞燃期）――从燃油喷入到着火开始这一时期为燃烧准备阶段。在这一阶段，燃油需加热、蒸发、扩散并 与气流混合等物理准备过程，以及分解、氧化等化学准备过程。 2．速燃阶段――从着火开始到气缸内出现最高压力时止的这一阶段。当少量柴油着火以后，可燃混合气的数量继续增加火焰 迅速传播，燃烧速度加快，放热速率高。气缸内的压力和温度急剧升高。但压力升高过快时，会使曲柄连杆机构受到很大的冲 击载荷，并伴随有尖锐的敲击声，柴油机工作粗爆，这种情况应予以限制。为使柴油机工作平稳，最大压力增长率不应超过 292kPa～588kPa／1°（曲轴转角） 。 3．主燃阶段（缓燃期）――从爆发压力出现点到最高燃烧温度出现点之间的阶段为主燃阶段。本阶段的特点是喷油已经结束， 大部分的燃油在此期间燃烧，放出总热量的约 80％左右，燃气温度上升到最高点。但由于活塞的下移，气缸容积增大，所以气 缸内的压力变化不大。供油在这一阶段结束。 4．过后燃烧阶段――从最高燃烧温度点到燃烧结束止的阶段。在这一阶段，氧气已大量消耗，后期喷入的燃油就没有足够的 氧气与之混合进行燃烧，加之活塞的进一步下移，气缸内压力和温度有较大的下降，使燃烧条件更加恶化，以致燃油燃烧不完 全，出现排气冒黑烟现象，使有关零部件热负荷增加，影响柴油机经济性和使用寿命，所以应尽量减少后燃期的燃烧。 （摘自 浙江师范大学 翁孟超《康明斯发电车柴油机》 ）燃烧室――燃烧室的优劣对柴油机的性能有决定性的作用，因此是柴油机设计的关键。燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构不同分为开式、半开式、预燃室式和涡流室式四类。前两类属于直接喷射式燃烧室；后两类属于分隔式燃烧室。低速柴油机和 部分中、高速柴油机主要用无涡流的开式燃烧室。燃烧室由气缸盖底面和活塞顶面形成，具有一定形状的整体空间。多孔喷油 器(6～10 孔)能使燃油雾化良好，并均匀分布在燃烧室空间。因此，开式燃烧室中的燃烧属于典型的空间式燃烧过程，要求燃 烧室与油束形状和分布相配合。它的优点是燃料消耗率低，起动容易；缺点是燃料雾化要求高，难于适应变转速工作。小型高 速柴油机大多采用有涡流的半开式燃烧室。这种燃烧室又分为多种类型，主要有油膜式燃烧室和复合式燃烧室等。油膜式燃烧 室是 1956 年由德国的莫勒所发明。燃烧室位于活塞顶内，呈球形。燃料喷向燃烧室壁面，大部分燃油在强涡流作用下喷涂在 燃烧室壁面上，形成很薄的油膜，小部分燃油雾化分布在燃烧室空间并首先着火，随后即引燃从壁面上蒸发的燃料。这种燃烧 室可使工作过程柔和，燃烧完全，声轻无烟，并可使用轻质燃料；缺点是低温时起动较困难。复合式燃烧室是 1964 年由中国 的史绍熙等发明，燃烧室在活塞顶内呈深盆形，口部略有收缩，用特殊形状的进气道形成进气涡流，采用单孔轴针式喷油器。 喷油器轴线与燃烧室壁面基本平行，燃料喷向燃烧室的周边空间。在涡流作用下，粗大的油粒散落在燃烧室壁面上形成油膜， 细小的油粒在空间与空气混合。当转速较高时，燃烧室涡流速度高，壁面上的油膜燃料增多，具有油膜燃烧的特点；而在低转 速和起动时，涡流速度低，空间混合的燃料量增多，具有空间式燃烧的特点，能改善冷起动性能。复合式燃烧室把油膜蒸发混 合燃烧与空间混合燃烧合理地结合起来，兼有两者的优点，故又称为复合式燃烧系统，其工作过程柔和，可燃用多种燃料，对 喷油系统要求低，而且起动容易。缺点是低负荷排气中未燃的碳氢化物含量较高。预燃式燃烧室由预燃室和主燃烧室两部分组 成。预燃室在气缸盖内，占压缩容积的 25～40％，有一个或数个通孔与主燃烧室连通。燃料喷入预燃室中，着火后部分燃料燃 烧，将未燃的混合物高速喷入主燃烧室，与空气进一步混合燃烧。这种燃烧室适用于中小功率柴油机。涡流式燃烧室由涡流室 和主燃烧室组成。涡流室位于气缸盖上，呈球形或倒钟形，占总压缩容积的 50～80％，有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行 程时，压入涡流室的空气产生强烈的涡流运动，促使喷入其中的燃料与空气混合。着火后混合物流入主燃烧室，形成二次流动， 进一步与主燃烧室内的空气混合燃烧。涡流室燃烧室和预燃室燃烧室都用轴针式喷油器，喷油压力较低，工作可靠；由于涡流 室内涡流随转速增高而加强，柴油机高转速时柴油和空气仍能很好地混合。涡流室式柴油机的转速可达 4000 转/分以上，工作 过程柔和，排气中有害成分较少。但散热损失和气体流动损失大，而且后燃较严重，故燃料消耗率较高；冷车起动困难，往往 需要加装预热塞。柴油机具有热效率高的显著优点，其应用范围越来越广。随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显 著降低。为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛采用废气 涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。 以某些专家的眼光看，以往人们对柴油机存在一些误解，随着宝来 TDI 和奥迪 V62.5TDI 的相继上市，让我们有机会接触一下含最新技术的产品--大众 TDI 柴油机。TDI 发动机采用涡轮增压中冷和柴油直喷技术，所谓柴油直喷是把燃料直接喷射到主燃 烧室，而不是以前常见的喷射到预燃室内。柴油直喷技术以前在大型柴油机中出现过，经过改进和细化，现在已经能够应用到 乘用车柴油机上。与大众以往柴油机相比，TDI 机型拥有许多优势。电控燃油喷射系统带来更大的功率、更少的碳烟排放、更 小的噪音和更佳的经济性。在大众的 TDI 发动机上，喷油时间和喷油量都由电脑控制，而以前的柴油机采用机械控制方式。冷 启动按钮已经消失， 相应的操作由发动机自动完成。 TDI 机型上的 Garret VNT15 可变截面涡轮增压器使增压技术达到一个新的 台阶，它有更快的响应(尽管以前机型的增压滞后现象也比较轻微)，起效范围更加宽广，同时不会造成排气背压过高的问题。 在大众的 TDI 发动机中，增压响应被控制在 0.25 秒内，驾驶员根本感觉不到增压滞后的存在。电子排放控制包括 EGR(废气再 循环)，有效地降低了氮氧化物的排放，从前大众柴油机上没有该装置是由于机械控制很难做到非常恰当。喷嘴设计的改进和 喷油压力的提高意味着噪音和排放的降低，两段式喷口设计使压力增加平缓并降低了发动机工作过程中的敲击声。一体式燃烧 室比以前的预燃式燃烧室减少了热量损失，冷启动变得更容易，以前选装的缸体加热装置也没有必要再安装了。即使在零下 10 度，新加热塞设计能使加热周期缩短 10 秒。一体式燃烧室允许更低的压缩比(18.5：1 或 19.5：1 对老机型的 22：1 或 23：1)， 可以降低发动机的噪音和震动，进而提升耐久性。TDI 发动机的燃油系统有自己的特征，现在有三种燃油喷射系统，首先是分 配泵系统，由燃油泵向喷嘴顺序供油(旧机型油压在 931 巴，新机型压力更高)，喷油时间和喷油量都由电脑控制。大多数大众 TDI 发动机使用博世 VP 37 电控分配泵，通常它安装在发动机前端，由正时皮带驱动。分配泵和喷嘴之间是高压钢油管。这一 系统应用在 90 和 100 马力的 4 缸 1.9 升机型上，还有 2.5 升 5 缸机以及 150 马力 2.5 升 V-6 上。在分配泵内，燃油首先通过叶 片提升压力，随后旋转柱塞泵把压力进一步提升并按顺序把燃油送到每一缸喷油。每个喷嘴包含带回位弹簧的活塞，一旦燃油 压力超过设定值，喷口即打开。5 个喷口直径极小。回位弹簧按两级工作，即预喷在低压下进行，主喷则在高压下进行。主喷 可以在混合器点火后继续进行，有效地降低了发动机的噪音。提高燃油喷射压力可以显著地改善排放水平，例如奥迪 A4TDI 把喷射压力提升到 1368 巴，把排气颗粒水平降低了 20%。所付出的代价是把燃油泵中的柱塞加粗 1 毫米。其它大众 TDI 机型 如 115 马力和 150 马力 1.9 升 4 缸机，1.2 和 1.4 升 3 缸机采用泵喷嘴技术，在这些机型上，每缸有自己的小型高压燃油泵，由 进排气凸轮轴驱动，泵喷嘴由低压叶片泵供油，当活塞接近压缩行程的上至点时，泵喷嘴的主泵活塞受到激发，但喷油量由附 在其上的电磁阀控制，多余油量由旁通阀流回。电磁阀通电时，旁通阀关闭，燃油以高压形式通过喷嘴喷出，要停止喷油，只 要给电磁阀断电，燃油即从旁通阀回流。喷油时间就是电磁阀开启时间，且每缸的燃油喷射是独立完成的，便于精确控制。 最后一种是高压共轨喷射系统，它的概念有点类似于汽油机喷射系统，只不过油轨内的压力提高了 1000 倍。中央油泵把高压 油送入油轨，在油轨上对应每缸有相应的电磁阀控制燃油进入喷嘴。尽管说起来简单，但超高压使系统建造并不容易。这套系 统应用在 180 马力 2.5 升 V6 机和 3.3 升 V8 机型上。涡轮增压器的作用是增加发动机的进气量，使功率和扭矩都有较大幅度的 增长。它工作起来就像一台微型航空发动机，涡轮位于柴油机排气系统上，把排气能量转换成旋转动能，驱动压缩机把更多的 进气送入燃烧室。增压器与发动机没有任何的机械连接，因此不会消耗发动机的能量，其润滑和冷却由发动机上引出的机油来 完成。伍、柴燃联合动力：对于军用舰艇来说，从提高战斗力地观点要求尽可能提高航速和机动性能。舰艇在全速航行时要求动力装置发足全功率，但它 在舰艇航行时间中所占比例极小，一般不超过 1%。为此它要花费足够的排水量安置全功率的机械设备重量。而舰艇的巡航时 间极长，要求有良好的经济性以提高续航力。为解决全速时的大功率和巡航时的经济性，就出现了两类发动机联合工作的联合 动力装置。 目前有三种联合动力装置： 汽轮机+加速燃气轮机 （COSOG 或 COSAG） ， 柴油机+加速燃气轮机 （CODOG 或 CODAG） ， 燃气轮机+加速燃气轮机（COGAG 或 COGOG） 。 （3）柴油机与燃气轮机联合：这类装置中，柴油机作巡航机，与燃气轮机二 者都通过离合器与主减速器相联，采用道顺离合器或调距桨实现倒车。这类装置常被小型舰艇使用，它的常用功率一般小于全 功率的 50%，全功率仅占整个服役时间的 1%左右。这类联合装置的优点：1、重量尺寸小，一定排水量下可提高航速或增加配 置功率。2、操纵方便，备车迅速，紧急情况下可将燃气轮机立即启动，用调距桨或倒顺离合器实现倒车。3、自巡航到全速工 况加速迅速，可立即发出全功率。4、两个机组共同使用一个减速器，具有多机组并车的可靠性。5、管理与检修费用较低。但 是两机型联合也有不足之处：1、必须配合适用不同机种的燃料及相应的管路及贮备设备，不同燃料的贮备比例会影响舰艇的 战术性能。2、共同使用一个主减速器，小齿轮数目多，结构复杂。3、两种不同类型机组在减速器周围布置上有一定难度。 柴燃联合。分为柴―燃交替（CODOG）和柴―燃并车联合（CODAG） 。112、113 和 F25T（出口泰国）都为 CODOG。一般来 说，CODAG 的好处是可以在高航速时将柴油机的功率并入。但这又增加能耗，而且传动系统、控制系统复杂。实际应用上也 就提高航速 6%。近年德国解决了传动系统、控制系统的问题，改善柴、燃比例，使 6%提高到 17%。F124 用的就是 CODAG。 其使用的 CODAG 投资、维护、燃油费用都比 CODOG 低。似乎前景不错。我国要发展海军，CODOG 和 CODAG 肯定是主力。 燃燃交替（英国 42 型驱逐舰 21 型 22 型护卫舰等）低速时小功率燃气轮机组运行高速时大功率燃气轮机组运行，柴燃联合低 速时柴油机组运行高速时柴油机组和燃气轮机组同时运行， 燃燃联合低速时部分燃气轮机组运行高速时全部燃气轮机组同时运 行，柴燃交替低速时柴油机组运行高速时燃气轮机组运行。 目前柴燃交替 （我国海军的 052 系列驱逐舰等） 柴燃联合 （南非“勇 敢”级护卫舰）和燃燃联合（美日全燃动力的驱逐舰和美“佩里”级护卫舰等）应用较广，柴燃联合虽动力较强油耗低较节能 但技术难度最大，功率相差扭矩转速很大的柴油机和燃气轮机并车同时驱动同一推进器较困难而驱动不同推进器舰艇布置较多推进器设计较困难，燃燃联合可以使用相同的燃气轮机组成机组难度较小虽燃气轮机动力强劲但低速运行油耗较高较不经济， 柴燃交替难度最小虽油耗低较节能但机组利用率低动力不如柴燃联合强劲。20 世纪 70 年代以后，国外新建舰艇向大型化、导 弹化方向发展，并普遍采用使用先进技术、单机功率较大的新一代柴油机作推进动力或柴油机燃气轮机联合动力装置中的巡航 机。多年来，对于排水量在 500t 以下的高速、机动性好的舰艇(如高速巡逻艇和高速导弹艇)，柴油机一直是主要的动力装置； 对 3500t 以上的大型舰艇，全燃气轮机或柴(油机)燃(气轮机)交替使用动力装置(CODOG)是主要的动力装置；对 500-3500t 左右 的现代护卫舰，不论吨位和类型如何，柴油机作动力装置具有明显的优势，且更具竞争力，因为柴油机具有热效率高、在整个 工作范围内油耗低、功率和转速范围广、有较高的功率体积比和功率重量比、空气耗量低、排温低、热辐射少、有较高的机动 性和良好的起动性，以及机种单一、装置简单、运行和管理方便、造价低等优点。现在整机功率 kW 的大功率柴油 机主要用于 4000t 以下的军用舰艇，如作柴油机电力推进潜艇主机(MTU-396/SB83 和 396SE84 型机，GMTA210SM 型机)、护 卫 舰 和 驱 逐 舰 主 机 ( 导 弹 驱 逐 舰 全 柴 油 机 推 进 系 统 的 Pidstiek18VPA6-280BTC 型 机 ， 护 卫 舰 全 柴 油 机 推 进 系 统 的 MTU-20V1163TB93 和 MTU-20V956TB92 型机，以及 Pielstiek16VPA6-280STC 型机和 16VPA6-280BTC 型机。目前，由于德国 MTU 和法国 SEMTPielstick 这两家目前世界上主要舰用高速大功率柴油机公司成功地研制出了单机功率大(虽然较燃气轮机的 小)的新一代高速大功率柴油机，一方面使全柴油机动力装置(CODAD 柴油机和柴油机联合动力装置)有可能满足同等舰用功率 (30000kW)的要求；另一方面这些柴油机与燃气轮机组成的柴油机燃气轮机联合动力装置(CODAG)，足可满足 6000t 级舰艇功 率要求，加之高速大功率柴油机相继增压技术的成熟应用，解决了部分负荷下低速大扭矩问题，传动和控制系统均可简化，更 使 CODAG 动力装置有可能再次在护卫舰等舰艇动力系统中得到垂青。目前，舰艇用柴油机已达到一种采用自动化电子控制系 统的非常先进的发展阶段。相对燃气轮机而言，除比重量大和功率较小外，其主要缺点是噪声大，特别是低频噪声，这影响到 舰艇的隐蔽性。因此，必须对柴油机采用完善的降噪减振措施，现在常用的措施是采用双弹性减振机座和隔声罩。陆、电力推进动力：其实电力推进对于舰艇来说已经不算新技术。20 世纪初期，电力推进曾一度成为舰船动力的新潮方案。从 20 世纪初至 20 世纪 40 年代，各国建造了大量电力推进舰船，从民用的客轮、货轮、油轮到军用舰艇，都有采用电力推进系统的。二战期间战功卓 著的美国海军“列克星敦”级大型航空母舰，采用的就是蒸汽轮机-发电机-电力推进系统。这一时期的电力推进舰船都是用蒸 汽轮机带动交流发电机，向推进同步电机供电，再驱动螺旋桨。受技术条件的限制，这些舰船的电力推进系统体积都异常庞大， 效率也并不令人满意。电力推进系统能在 20 世纪初期迎来“第一次浪潮” ，主要原因是当时的舰船日益大型化。在 2 万吨甚至 3 万多吨的战舰上，如果采用传统推进装置，长达近百米的主轴和大型机械减速装置在制造上相当有难度，而采用电力推进系 统可以绕过这一难题。20 世纪 30 年代之后，随着技术的进步，主要海军大国已经可以研制生产满足大型战舰要求的超长主轴 和大型齿轮减速装置，而电力推进装置由于增多了能量变换环节，带来了设备昂贵、传动效率低、维护保养工作量大等一系列 缺点，故从 30 年代开始，大型舰船又重新回到了采用传统轴系的直接推进技术。尽管电力推进暂时退出了海军战斗舰艇领域， 但由于电力推进的特殊优点―推进功率调整上极其灵活，所以在一些工程船以及破冰船等要求良好操纵性、转矩特性和响应特 性的特殊舰艇上仍然广泛采用电力推进。（一） 、第二次浪潮――20 世纪 70 年代后，电力部件向大功率方向飞速发展，功率一体积比不断提高。以开关技术为基础的功率电子技术不但不断提高了开关的频率，而且朝着智能化、模块化方向发展，具有代表性的几种功率电子器件首先在陆上 电网得到了应用，然后又逐步应用到了舰艇上，功率电子技术彻底改变了舰艇能量变换的面貌。80 年代以后，进入实用阶段的 永磁电机可以给舰艇电力推进设备带来更小的体积和重量，加上大功率、低油耗的新型燃气轮机面世，这使得电力推进在海军 的“复辟”有了技术上的可行性。英国 23 型“公爵”级反潜护卫舰是电力推进系统“第二次浪潮”的先行者，采用了柴一燃 一电混合推进系统，安装了高效率的电机和换能设备。进入 21 世纪后，各国海军纷纷开始策划为本国的新一代水面主力作战 舰艇配备全电推进系统，典型的如英国海军的 45 型防空驱逐舰和美国海军正在建造的 DDG 1000 驱逐舰，前者将成为世界上 第一种全电推进的水面作战舰艇，其核心为燃气轮机电力推进系统，而后者的核心则是综合电源系统模块。除了英美两国外， 目前德国、法国和荷兰等国也开始关注全电推进这一代表了水面舰艇动力系统未来发展方向的领域。我国也于 80 年代开始了 高效率永磁电机的研究，并开始探讨全电推进舰艇的可行性。舰艇电力推进系统分为 3 种，第一种为普通的电燃或者电柴联合 推进方案，典型的例子为英国海军的 23 型护卫舰，该舰配备了柴一燃一电联合动力装置(CODLAG） ，舰上配备了一台巡航用 的小功率推进电机，供舰艇在执行声呐搜索需要低速续航时使用，平时高速巡航时仍然采用燃气轮机直接驱动螺旋桨。第二种 为美国海军采用的 IPS 方案，即综合电源系统，燃气轮机（或者柴油机）驱动发电机组发电，发电机组发出的电力进入配电网 络，然后配电网络将电能分配给驱动电机和战斗系统等子系统，但舰艇上还有机械辅助设备。第三种为真正意义上的全电推进 系统(AES);由荷兰海军于 2001 年提出，是比 IPS 更为先进的面向未来的系统，即除了推进系统外，舰艇上所有的阀门、绞盘以 及方向舵等目前采用液压系统或者压缩空气系统控制的机械设施也将采用电驱动，成为真正意义上的全电战舰。（二）全电推进的优点 1、有利于舰艇动力装置配备――传统舰艇轴系的长度往往占舰艇全长的 40%，故舰艇的设计长度在很大程度上取决于推进装置轴系的布置，这就使得舰艇总体设计的优化受到一定的限制。采用全电力推进系统后，推进装置的能量就不需要靠动力 轴来传递，燃气轮机或者柴油机等原动机、发电机组和推进电机可以相对独立布置，使得总体设计自由度大大增加。采用综合全电推进系统后，不用再配置额外的日常用电发电机组，可以大大减少舰上原动机配置数量，节省空间，减少维修量。而且可 以对推进电机和发电机组进行合理的配置，以满足各种航行工况下最佳特性的要求。放到整个舰队来说，推进系统可以达到高 度统一或者通用，可以大幅度地减小后勤保障的压力，提高作战能力。另外电力推进可以选择更为合适的螺旋桨，而且只需要 重量轻、成本低的定距桨，提高了可靠性。如果电力推进舰艇再采用吊舱式电力推进装置的话，还可以将螺旋桨移到舰艇边界 层外侧，使其处于稳态流中，提高螺旋桨的推进效率。2、有利于舰艇电网电力供应――舰艇所有原动机综合在一起发电，可以使全舰电网可用电力大大增加，这不仅可以大大提高电网供电的可靠性，而且还可以满足未来舰艇新概念武器对电能的需求，如电磁炮、高功率激光或者微波武器。同时发电 原动机的运行数量和类型可以自由选择，能保证它始终处于最佳负荷状态，提高了机组的工作效率。3、提高了舰艇的隐身能力――舰上的原动机可以尽可能地靠近舰艇尾部布置，使废气从舰艇尾部排出，更为重要的是，电力推进不需要减速齿轮箱，减速齿轮箱不仅仅是舰上的主要噪声来源，而且也是舰艇可靠性和生存能力的重要一环，一旦减 速齿轮箱出现问题，轻则舰艇无法高速航行，重则无法动弹，只能任凭宰割。采用电力推进后，减速齿轮箱消失，舰艇的噪声 就要小不少，被潜艇探测到的几率可以降低不少，同时生存能力和可靠性也大幅度提高。4、有利于降低舰船费用――综合电力推进系统便于实现船舶设备系统大范围的模块化，以及各级舰之间设备系统的通用化，而从大幅度地降低各类舰艇的研制成本。同时电力推进系统工作效率要远高于目前的常规推进方案，燃油消耗率也要降低 不少，这样又可以降低舰艇的运行成本。（三） 、电力推进系统的组成部分――电力推进系统的三大分系统是原动机、电能分配和存储系统、推进组件。与传统推进系统相比，全电推进的舰艇多了一个将机械能转化为电能的发电模块，以及推进组件中多了一个电动模块。全电推进系统 能否成功，关键就在于能量转化单元所增加的体积和重量，能否换回更高的推进效率和战术机动性。（四） 、原动机――对于全电推进舰艇而言，最重要的一个环节就是发电机组原动机，从技术和成本角度出发，目前供选择的动力来源有以下几类：一是采用中间冷却一加热循环技术的先进燃气轮机。这种燃气轮机很好地解决了油耗问题，具有燃气 轮机的加速性和柴油机低油耗性，而且输出功率也能满足大吨位舰艇的需求。不过目前面世的该类燃气轮机只有罗尔斯?罗伊 斯的 WR 21，独此一家。WR 21 最大输出功率为 25 兆瓦，WRZ，最大功率时的燃油耗油率仅为 184 克／千瓦?时，这样的经 济指标足以与大功率低速船用柴油机相媲美。WR 21 极低的燃油耗油率特别适合于综合电力推进系统，所以英国海军 6 艘正在 建造的 45 型驱逐舰采用 WR 21 作为发电机组的动力来源。二是先进循环燃气轮机。这种脱胎于成熟航空发动机的燃气轮机经 过几十年的发展具备了大功率、低油耗的特点，典型的如罗尔斯，罗伊斯的 MT30、乌克兰曙光机器科研生产联合体的 UGT 25000、美国通用电气的 LM 6000PC 等等。以 MT30 为例，该型燃气轮机衍生自罗尔斯?罗伊斯的经典航空发动机“特伦特” 800 系列，2002 年开始组装第一台工程样机，总重 26 吨，在常规状态下最大输出功率为 36 兆瓦，紧急情况下最大输出功率为 44 兆瓦，巡航时则可以输出 25 兆瓦的持续低油耗功率，这要比 WR 21 中间冷却回热燃气轮机以及 LM 2500+燃气轮机大得多 （WR 21 的额定功率为 25 兆瓦，是英国海军 45 型驱逐舰的动力装置；而 LM2500+的额定功率也为 25 兆瓦，是美国海军“黄 蜂”级两栖攻击舰的动力装置） 。据介绍，MT30 的热效率达到了 42％，而且在最大持续功率时的油耗只有 207 克/千瓦?时， 已经可与当今主流的舰用高速巡航柴油机相比。正是凭借出色的性能，MT30 赢得了洛克希德?马丁公司的青睐，后者为其研 制的濒海战斗舰选择了 2 台 MT30 作为动力装置。另外，作为美国海军下一代驱逐舰 DDG 1000 的主要承包商，诺思罗普?格 鲁曼也为 DDG1000 选择了 MT 30 作为动力来源。除此之外，MT 30 还是英国海军 CVF 航母的首选发动机，由此可见 MT 30 的可靠性和质量已经到了无可挑剔的地步。 三是中/高速柴油机。 典型的有德国 MTU 公司的 2000、 4000 以及 8000 系列柴油机， 其中 8000 系列最大输出功率达 9 兆瓦，其他还有法国皮尔斯蒂克公司、美国卡蒂尔皮勒公司等。和目前现有的单循环燃气轮 机相比，这类柴油机依靠相对成熟的技术和低廉的价格，更为重要的是比较理想的燃油消耗率，加上目前采用的微处理器控制 和燃油直喷等技术带来的一系列的改进， 在未来建造全电推进水面作战舰艇时也可以考虑用此类柴油机作为发电机组的动力来 源。此外，还有在水面舰艇上采用燃料电池组作为动力系统原动力的方案。但燃料电池目前还处于发展阶段，技术还不是非常 成熟，但可以作为长期发展的方向。（五） 、电能分配、存储系统――相控阵雷达、激光武器以及大型指挥自动化系统、推进电机等等这些都是电老虎，而舰艇上也有照明灯之类的小型用电设备，如何将这些大功率设备和小功率设备进行匹配、组网呢？这就要考验舰艇的大功率电能 分配系统、功率转换系统以及储能系统的水平了。出色的电能分配系统对于全电推进舰船至关重要，如果这一组件的效率得不 到提高，那么全电推进动力系统在体积和重量上就不能和传统推进系统相抗衡。从小的方面说，电能分配、存储系统首先要有 用于功率转换的功率转换电容。未来 30 年内，对于全电推进舰艇而言，配电网络中单个脉冲周期内电压从百万伏级别瞬间降 到几伏，或者在数个脉冲周期内要维持几万伏电压不变化都是合情合理的事情，这就对转换电容提出了极为苛刻的要求。目前 市场上出现的最好的商用化的转换电容的功率密度大约为 1 一 10 千瓦电能/千克，而能量密度则在 1 一 300 焦／千克左右，要 满足未来几十年海军全电推进舰艇的需要的话，其功率密度必须提高到 200 一 1000 千瓦电能／千克，能量密度必须提高到 20 千焦／千克，要达到如此高的指标，除了采用全固态电路外，新的制造工艺也是不可或缺的。全电系统的配电网络中第二项关 键技术就是变频技术， 交流推进电机应用于船舶推进， 其关键是要解决交流电机的调速控制问题。 常用的交流电机调速方式有： 变极调速、变转差率调速、变频调速。变极调速和变转差率调速在大功率应用时都存在不小的局限性。因此，在交流调速方式中，采用变频调速方式是最合适的。现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器四大部分组成。 电力电子功率变换器与控制器及电量检侧器集中于一体，称为变频器。电力推进变频器的功率开关元件较多地采用大容量全控 型电力电子器件，这些器件具有耐压高和电流密度大的共同特点，其中绝缘栅双极晶体管开关耐压值高达 9000 伏特，工作电 流大于 6000 安培， 开关功率达到 50 兆瓦。 绝缘栅双极晶体管具有驱动功率小和导通压降低两方面的优点， 而且安全工作区宽、 开关频率高，在电力推进中具有较好的应用前景。（六） 、推进组件――考虑船舶使用环境条件（海水、盐雾、霉菌等） 、战术技术状态（深潜、上浮、横摇、炮火冲击等） ，还要考虑舱内的布置、外形结构尺寸小、重量轻等要求。舰船推进电机设计具体要求大容量、高转矩、高比功率、体积小、重 量轻、 能够多工况运行以及宽调速范围和调速性等。 直流推进电机因其具有转速调整范围宽广和平滑， 过载启动和制动转矩大、 逆转运行性能好，在船舶电力推进系统中长期占统治地位。但由于直流电机有机械式换向器，存在自身弱点，结构复杂，材料 和制造工艺要求极为严格，成本高，维护保养困难。交流电动机其输出功率及转速极限值比直流电动机大得多，结构简单，成 本低，运行可靠，体积小。随着电力电子技术、数字控制技术、现代控制理论特别是矢量控制技术的发展，交流调速系统的性 能已可以与直流调速系统相媲美。永磁材料、高温超导材料迅速发展，给推进电机提供了性能优良的新材料。在水面舰船电力 推进中，交流电力推进占主导地位，已出现交流推进电机与交流异步推进电机、交流同步推进电机和永磁同步推进电机并存的 局面。目前世界各国在研究交流异步推进电机、交流同步推进电机的同时，还大力研究新型船舶推进电机，包括超导励磁的直 流电机、超导单极电机、高磁通常规励磁的单极电机、永磁推进电机等。在这些新型推进电机中，永磁推进电机较容易得到近 期效果。所以有理由相信永磁推进电机将会明显地提高未来船舶性能。代替传统直流推进电机，是推进电机发展的必然趋势， 也意味着船舶电力推进的一场崭新变革。永磁电机可以分为辐射磁场永磁电机、径向磁场永磁电机和横向磁场永磁电机，该型 电机的定子齿槽结构和电枢线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿着电机的轴向流通，因而定子尺寸和通电线圈的大 小相互独立，在一定范围内可以任意选取，横向磁场永磁电机除了工作可靠稳定外，还能够提供比传统电机大得多的转距密度 和功率密度，因而特别适合用于低转速、大转距、大功率的场合。而且该型电机不仅易于正反向运行，而且在多相时即使缺少 一相也能正常运转，可靠性好，转动时径向偏移和扭转偏移少，转距波动小，经得起海浪冲击带来的振动。目前各发达国家竞 相开发横向磁场永磁电机，如英国罗尔斯?罗伊斯公司就正在进行 20 兆瓦级的横向磁场永磁电机的研究，目前只有 2 兆瓦级 的验证模型问世，离实用尚有一段时间。而作为目前比较成熟的方案，感应电机的技术就要成熟的多。吊舱式推进的主要优点 为：吊舱可以全向回旋，向发个方向发出推进力，使舰船的机动性能更佳，舰船可以在各种气候和紧急条件下实施机动，大约 可以减少 20％的反应时间， 制动距离大幅度缩短。 而且推进装置可以在舰船制造后期进行安装， 不会与其他建造工序发生冲突， 这种模块化的推进系统在维护和更换时要比传统的推进器方便得多，吊舱式推进结构可以采用对转螺旋桨等推进技术，改善空 泡性能提高推进效率。同时大量试验证明，和常规的螺旋桨推进方式相比，吊舱式推进方式可以节省大约 10％一 20％的燃油， 因此，吊舱式电力推进对舰艇推进技术的发展具有重要的意义，将是未来舰艇主要的推进方式之一，近年来不少公司已经开发 出了功率达到兆瓦级别的吊舱式推进器柒、AIP 系统动力：AIP 是“不依赖空气推进装置”的英文缩写，如今它已为人们普遍接受，日渐风靡各国海军并大有引领常规潜艇发展之势。现 有的常规动力潜艇，在水面航行时，用些油机作动力，同时给蓄电池充电；在水下航行时用蓄电池提供动力。潜艇因此要经常 浮出水面，不利于隐蔽。为了克服这一缺点，现已研制成无需从空气中获取氧气的潜艇常规动力装置，这就是所谓不依赖空气 的动力装置，简称 AIP 系统。世界潜艇 4 大 AIP 技术:其有闭式循环柴油机（CCD）AIP、斯特林发动机（SE）AIP、燃料电 池（FC）AIP 以及小型核动力(AMPS)AIP 等四种方案。四种方案的优劣如下：1、闭式循环柴油机 AIP（CCDAIP）――该系统以闭式循环柴油机为发电机原动机。为使柴油机在没有空气供气状况下工作，必须提供模拟空气成份的进气气体，使柴油机发火燃烧工作。为此，将柴油机排出的废气经 CO2 吸收器吸收部分 CO2 气体，废气中未被吸收部分气体再加入适量氧气，即组成人造大气。但由于这种人造大气中 CO2 含量总比新鲜空气多，使人 造空气的比热值低于正常空气，为保证一般标准柴油机在闭式循环状态下正常工作，一般在再循环的气体中加入适量单原子气 体氩，使混合成的人造大气与正常空气比热比值一致。这样柴油机即可在闭式循环状态下正常工作，也可以在开式空气供应时 正常工作，实现开、闭合用。为了高效地吸收柴油机废气中的 CO2，应首先将温度为 350～400℃、压力为 0.2～0.5Mpa 的废气 喷淋冷却至 80～100℃。再将冷却后的废气送进 CO2 海水吸收器中，让海水充分溶解吸收 CO2 气体，而其他成分气体在吸收 器中吸收量很少。经这种“洗涤”后的废气进入混合室与氧气、氩气混合后再循环。而溶有大量 CO2 的海水经海水处理系统 （WMS） ，排出舷外。海水处理系统利用深水能量，不需消耗较多能量而将较低压力的海水（2～5 bar）排放到深水中（如下 潜 300 m 则为 30bar） ，而水泵耗功只用于克服流动阻力，因此耗功少，整套装置效率较高。为使整个 AIP 系统协调工作，设置 计算机控制系统，以控制水处理系统的海水流量，供氧量等，使整套系统适应柴油机负荷、潜艇下潜深度的变化，保证正常工 作。为保证氧气供应，CCDAIP 设置一个较大容量的液氧罐（液氧贮存温度-180℃） 。由于氩气消耗量很小，故 AIP 装置中只 要几个较小容积的氩气瓶就足够了。2、斯特林发动机 AIP（SEAIP）――斯特林发动机（SE）AIP 以不依赖空气的斯特林机（StirlingEngine）为发电机原动机。斯特林发动机是一种外部加热的连续燃烧发动机，它通过外部燃烧的高温气体经加热管加热内部循环的工质（船用斯特林机通常用氦气作循环工质） ，内部循环工质受热膨胀推动活塞作功，使发动机输出轴功率。为了使发动机在无空气条件下连续 运行，同样需要连续不断地供应氧气燃烧供应热量，因而 SEAIP 也装有较大容量的液氧罐。为了排除燃烧后废气，有两种方法 可选择。一种是利用废气压力直接排到舷外海水，这需要较高的燃烧压力（30 bar 左右） ，且未燃烧的 O2 会随废气直接排至舷 外，导致未燃 O2 气和来不及溶解的 CO2 气冒至海面。另一种方法是象 CCDAIP 系统一样，装备排气冷却 性较好。 O2 海水吸收器及 水管理系统，这样装置会比直接排出废气的办法复杂些，但可使燃烧压力降低，燃烧不随潜深影响，不会产生气泡航迹，隐蔽3、燃料电池 FC（FCAIP）――德国已装艇海试的燃料电池为氢氧燃料电池，其基本工作原理是靠氢和氧反应直接产生电能而工作的，它唯一的副产品为水，这个过程正好与通过电解分解水的过程相反。燃料电池必须源源不断地供应氢和氧，为 此，AIP 装置不仅要有较大容量的液氧罐，而且要有一个较大容量的液氢贮存罐，而液氢要比液氧贮存条件苛刻得多。4、小型核动力 AIP(AMPS)――小型核动力 AIP 系统又称为自持式船用核反应堆发电装置，加拿大 ECSA 公司从 80 年代初即开始了小型核动力 AIP 系统的研究工作，至今已先后研究成三种型号。该公司计划将 AMPS-400 型系统装于 1000 吨级潜 艇，AMPS-1000 型装于 2000 吨潜艇上。5、4 种 AIP 特点分析――CCD-AIP 中，柴油机本身几乎无需作重大改进，主机技术成熟，其他辅助系统问题，如再循环气体混成、废气的喷淋冷却、CO2 海水吸收原理、水处理系统的原理，有关单位已有研究，不存在较大技术风险。因而开发 CCDAIP 能在技术风险小，投资少（例如引进一台 CCD 只需 150 万美元） ，且可在我们工艺、工业水平能达到的情况下早日获 得。当然，相对来说，柴油机本身结构噪声和空气噪音较大，但现代隔振技术完全可使柴油机经隔振后噪声指标达到要求。由 于水处理系统耗能少，因此 CCDAIP 系统效率可达 35%。SE-AIP 主机即斯特林发动机，外部连续燃烧加热工质作功，因此结 构噪声及空气噪音比柴油机小， 这是它一大特点。 目前， 我国已研制出 75 kW 斯特林原理样机， 其效率为 35%。 与柴油机相比， 效率稍低，而其技术成熟程度存在较大差距，工作可靠性有待进一步考验。目前存在较大难度的技术问题尚需进一步解决，如 高性能加热器材料、加热器头工作温度均匀、工质流动均匀、工质密封、功率调控、压力燃烧等。因此，研制 SEAIP 必然投资 较大（例如引进一台热气机需 300 万美元，一个舱段需要 1 亿美元） ，技术风险也比 CCDAIP 高。据称，韩国引进瑞典斯特林 发动机后认为 40～70%零部件不能自己生产，结果否定了 SEAIP 方案。另据消息，澳大利亚从瑞典购买热气机做评估试验，3 个月未达到额定功率，被否定。SEAIP 研制周期相应也会较长。燃料电池具有最高的能量与重量比，效率高（达 50～60%） ， 而且几乎是不产生废气，可无声航行。但在潜艇上贮存液态氢是有很大的技术难度。同时因为氢气易爆易燃，对使用氢的安全 有严格要求，装置中的膜要依赖美国进口，国内尚无生产能力。由此可见燃料电池技术难度大，工业基础要求较高，要使燃料 电池上艇作 AIP 动力，需要很高的技术储备，核电混合推进系统（SSN/AIP）的研制工作也在不断推进和深入，加拿大在此类 AIP 系统的研究方面走在了世界各国的前面，其研制的 AMPS 型核电混合推进系统即将迈入实用阶段。但必须指出的是，目前 无论哪种 AIP 系统，其输出功率均不能满足常规潜艇水下最大航速航行的需求。只有将 AIP 系统与当前潜艇的“柴电”动力装 置组合在一起，构成混合推进装置才具备实用价值。【蒸汽轮机和燃气轮机又什么区别？哪个比较先进】蒸汽机――蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了 18 世纪的工业革命。直到 20 世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。简单蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连 杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成，汽缸和底座是静止部分。从锅炉来的新蒸汽，经主汽阀和节流阀进入滑 阀室，受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧，推动活塞运动。蒸汽机在 20 世纪初达到了顶峰。它具有恒扭矩、可变速、 可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点，因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中，特别在军舰上成了当 时唯一的原动机。蒸汽机的弱点是：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低， 热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了 功率的提高。内燃机――内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转 活塞式发动机和自由活塞式发动机， 也包括旋转叶轮式的燃气轮机、 喷气式发动机等， 但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系 统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温 高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。内燃机以其热效率 高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。燃气轮机（是内燃机的一种）――燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将 其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮 带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮 机的输出机械功。与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为 2～5 千克/千瓦，而航机一般低于 0.2 千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也 可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料 消耗量高。【全燃联合动力装置】全燃联合动力（COGAG）就是使用相同型号的燃气轮机，低速巡航时用一部分燃气轮机，高速航行时所有燃气轮机一起工作，所以叫全燃联合动力。如果是巡航只用巡航燃气轮机（功率小） ，加速时只用加速燃气轮机（功 率大） ，就是全燃交替动力（COGOG） 。战斗舰艇为获得较高航速，需要大功率动力装置；但其 80%的时间是在巡航工况下运 行，航速较低，所需功率很小，约为全速功率的 1/3～1/5。一种主机很难满足舰艇对主动力装置的全工况要求。根据不同类型 主机的特性合理地配置和组合的联合动力装置，能较好地满足舰艇在高速和巡航等工况下的不同要求。在全速工况时，加速机 和巡航机均投入运转的，为同时工作型；全速工况时仅加速机运转，巡航工况时仅巡航机运转的，为交替工作型。联合动力装 置中各机组之间，一般只有机械连系或各自独立传动推进；唯蒸燃复合动力装置，既有机械连系又有热力联系 (利用燃气轮机 废气余热产生汽轮机所需的蒸汽)。燃气轮机功率大，启动快，但经济性较差，一般用作加速主机，仅在全速工况时投入运行； 柴油机功率较小，但经济性好，一般用作巡航主机。两者组合成柴油机－燃气轮机联合动力装置，可满足舰艇对动力装置的全 工况要求。由不同类型或型号的主机联合组成的舰艇动力装置。通常由加速主机、巡航主机、传动装置、轴系、推进器等构成。 主要有蒸汽轮机－燃气轮机联合动力装置、柴油机－燃气轮机联合动力装置、柴油机－电机联合动力装置、全燃联合动力装置 和蒸燃复合动力装置等。战斗舰艇为获得较高航速，需要大功率动力装置；但其 80%的时间是在巡航工况下运行，航速较低， 所需功率很小，约为全速功率的 1/3～1/5。一种主机很难满足舰艇对主动力装置的全工况要求。根据不同类型主机的特性合理 地配置和组合的联合动力装置，能较好地满足舰艇在高速和巡航等工况下的不同要求。在全速工况时，加速机和巡航机均投入 运转的，为同时工作型；全速工况时仅加速机运转，巡航工况时仅巡航机运转的，为交替工作型。联合动力装置中各机组之间， 一般只有机械连系或各自独立传动推进；唯蒸燃复合动力装置，既有机械连系又有热力联系 (利用燃气轮机废气余热产生汽轮 机所需的蒸汽)。燃气轮机功率大，启动快，但经济性较差，一般用作加速主机，仅在全速工况时投入运行；柴油机功率较小， 但经济性好，一般用作巡航主机。两者组合成柴油机－燃气轮机联合动力装置，可满足舰艇对动力装置的全工况要求。20 世纪 30 年代，德、苏等国舰艇开始采用联合动力装置。50 年代，燃气轮机应用于舰艇以后，蒸－燃联合动力装置得到很快发展， 并在驱逐舰、护卫舰上得到应用。60 年代，柴－燃联合动力装置用于中小型水面舰艇。随着燃气轮机的发展，1966 年英国首 先采用由不同型号的燃气轮机组成全燃联合动力装置，装备于护卫舰。从此，全燃联合动力装置在各国水面舰艇的建造中，日 益广泛应用。苏联 M25 型燃蒸联合循环(COGAS)动力装置介绍COGAS 装置――前苏联一直是舰船燃气轮机的最大使用者，也是利用 COGAS 装置的先驱。它首先把 COGAS 装置用于大型 滚装式货船，也首先把它用于大型战舰。 1、M25 型 COGAS 装置――早在 70 年代乌克兰尼古拉也夫市的“机器设计”科学生产联合体即研制成功利用 D159 航改型燃 气轮机排气余热的 M25 型船用 COGAS 装置(图 3)。其系统图示于图 4。图中可看到燃气轮机 4 的排气进入直流式余热锅炉 5， 余热锅炉的蒸汽供入汽轮机 2 做功。 燃气轮机和汽轮机的功率通过减速器并车输送给螺旋桨轴。 M25 型 COGAS 装置的性能如 下：正车功率：18.4MW，其中，燃气轮机功率 14MW，汽轮机功率 4.4MW，耗油率：0.204kg/(kW*h)，热效率：41.3%，倒 车最大功率：5MW，机组长度：14m，重量：150t，大修寿命：燃气轮机 25000 小时，汽轮机 50000 小时，余热锅炉 50000 小时，减速器 50000 小时。M25 动力装置于 1979 年装在前苏联排水量为 22691 吨“斯米尔诺夫船长”级大型滚装式货船上。 该船装有二套 M25 装置，36.8MW，2 轴。在 1979 年―1982 年期间共建造了 4 艘该级货船。采用 COGAS 装置，通过燃蒸并 车，可增加 20%推进功率，并且也把来自余热锅炉的蒸汽供给汽轮发电机和舰船服务设施用。至今已有 20 套 M25 动力装置在 使用中，累计的总工作时间为 240000 小时。1997 年 5 月美国海军海上系统指挥部授于合同，采购一艘乌克兰建造的由 M25 装 置驱动的斯米尔诺夫船长级滚装船。在加入美国海军运输船队前要对该船进行改装。在保留基本推进系统时，改装工作将包括 用新的高性能 GT16000 型燃气轮机(简单循环热效率超过 36%)代替老的 D159 型燃气轮机，推进装置的控制和监视系统将完全 更换上新的基于计算机的系统。海上系统指挥部有兴趣购买经类似改装的全部该型船只。乌克兰“机器设计”科学生产联合体 还基于 M37 型燃气轮机(最大功率为 5.88MW)研制利用其排气余热组成小尺寸、 高效率的 COGAS 装置， 可用于高速渡船和豪 华游艇。据称，这些装置可以成功地与具有同等功率、性能优良的柴油机相比较。 2、基于Г Т Д 8000 型燃机的 COGAS 装置――美国海军在 80 年代曾对 COGAS 装置用于 DDG―51 型(阿里伯克级)导弹驱逐 舰进行过可行性论证，但终因其有燃气和蒸汽二套系统而增加了系统复杂性等原因一直举棋不定，至今尚未在其战舰中采用。 其护卫舰、驱逐舰和巡洋舰(核动力巡洋舰除外)一直是采用 LM2500 单一机型的燃气轮机主动力装置。 3、相比之下，前苏联却在战舰上采用 COGAS 装置方面迈出了可喜的一步。继 COGAS 装置在商船上得到成功的应用并积累 经验以后， 前苏联迅即展开了 COGAS 在军舰上应用的研究工作。 80 年代乌克兰 “机器设计” 科学生产联合体研制成基于 8MW Г Т Д 8000 型船舶燃气轮机的 COGAS 装置。 该 COGAS 装置已装用于 1982 年服役的前苏联海军排水量为 12 500 吨先进的 “光 荣级”大型导弹巡洋舰上。该级舰共装用 6 台燃气轮机，加速机组由 4 台额定功率为 15MW 的Г Т Д 15000 型燃气轮机组成， 巡航机组由 2 套基于Г Т Д 8000 的 COGAS 装置组成。2 轴装机总功率约为 88.2MW，自 1982 年至今该级舰已建成服役 4 艘。苏联海军首先把燃气轮机用于大型战舰(1963 年服役的卡辛级导弹驱逐舰)，这一次又是苏联首先把基于燃气轮机的 COGAS 装 置应用于先进的导弹巡洋舰。使用 COGAS 装置减少了耗油率，从而对于给定的燃油储量可增加战舰的续航力，或对于给定的 续航力可增加武器弹药的载重量，使战舰的战术性能指标得到提高。用在民用发电上不用考虑重量体积问题，经济性强，但是 军用就要考虑重量、体积问题免得得不偿失。【柴燃联合动力能带多大吨位的驱逐舰？】两台 UGT25000 燃气轮机加上两台单机 9000KW 的柴油机、能把驱逐舰的吨位提高到什么水平？航速和 052C 一样就行了、是 柴燃联合动力、标排 7000 吨/满载 8000、有可能吗？航速不变，4 台 9000KW 的柴油机、能把 054 护卫舰的吨位提高多少呢？ 军舰动力系统不能太大， 否则柴油机巡航不仅吃力， 柴油机自身的体积也会占用很大空间。 现在最先进的高速柴油机也就是 1.1 万马力，中速柴油机在 1 万马力左右，巡航用的高速柴油机一般为了减少体积和质量，也就是 4000 到 6000 马力段，双机也就 是 8000 到 1.2 万马力，要达到 20 节的巡航速度，驱逐舰吨位最多也就是 7000 多吨。你不能光考虑最大航速。多大都行，看你 装多少个发动机了。我想问一下，日本海军为什么用四台燃气轮机却不用柴燃联合动力，他们不怕耗能大吗？还有听说中国已 经仿制成功了乌克然的燃气轮机，可以达到世界先进水平吗？首先美国的燃气轮机还是比较先进的，油耗也是很低的。其次是 日本海军的主要任务还是配合美军作战。美国海军都是全燃气轮机动力，日本也要和美国保持一致才行。柴燃联合动力主要是 为了节省军费，但是舰上要有两套动力、两套储油设施。适合于低强度周边环境的国家和小国。乌克兰的水平就不是世界最先 进的，中国怎么能到最先进的呢？苏联的承诺品特点是笨重，寿命低，油耗也不是世界最低的。不过虽然达不到西欧的水平， 但是相差不太大，而且比蒸汽轮机和柴油机还是有优势的。从反潜的角度看全燃比柴燃有优势。日本为什么用全燃气轮机作动 力，这个跟日本海上自卫队的战术战略有关系。日本的主力是 4 支护卫队群，