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航母的动力系统是个大问题

六、航母的动力系统是个大问题

航母是漂浮在海上的城市，动不动就是4～5万吨，世界上最大的航母是美国“尼米兹”级超大航母，排水量在10万吨以上，这样的庞然大物在海上还要以30海里以上（大约相当于每小时60公里左右）的速度高速行驶，航母的动力要求有多大就可想而知了。

目前，航母使用的动力系统主要分为两类：常规动力和核动力。常规动力常见的是蒸汽动力和燃气动力。

蒸汽轮机蒸汽动力是航母使用最早、最多的动力，现在仍有一些国家的航母在使用。最具有代表性的就是俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母。老库采用KVG-4增压锅炉，与之配套的为TB-12-4型蒸汽轮机，采用增压锅炉是苏俄海军与西方国家海军在军舰动力装置方面的最大不同。

从20世纪60年代起，苏联所有军舰的常压锅炉均改装为增压锅护。增压锅炉具有尺寸小、重量轻、经济性高和生命力强等优点。看来，苏联人的装置也有比欧美厉害的。

航母使用的蒸汽动力装置，目前单机最大功率为70000马力，并可建造120000马力的机组。机炉配置一般采用2台锅炉配1台蒸汽轮机。美海军 “小鹰”号和“肯尼迪”号航母、俄海军“库兹涅佐夫”号航母均采用8台锅炉、4台蒸汽轮机，驱动4部螺旋桨。“小鹰”号和“肯尼迪”号每轴功率为 70000马力，“库兹涅佐夫”号每轴功率为50000马力。

舰用蒸汽动力装置具有单机功率大、工作平稳、振动小、噪声低、使用寿命长（俄为10万工作小时，俄、美均可做到与航母同寿）、工作可靠、大修间隔长等诸多优点，是一种十分成熟的舰用动力装置。

俄罗斯的“库兹涅佐夫”号动力装置为锅炉驱动的四台蒸汽轮机，总功率为20万马力。

除了蒸汽轮机，有些中小航母还采用燃气动力。燃气动力是20世纪80年代才出现的新技术，英国在这方面走在前头。我们都知道，蒸汽机是锅炉把水烧开，形成蒸汽，然后让高压高温的蒸汽

推动叶片旋转；而燃气轮机的工作方式就不一样了，先由压气机（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，推动涡轮叶轮旋转做功，这原理有点类似于我们的汽油机。

目前，使用全燃气轮机的航空母舰，除英国海军3艘满载排水量20000吨的无敌级航母外，尚有意大利海军的“加里博迪”号和西班牙海军的“阿斯图里亚斯亲王”号。满载排水量11485吨的泰国“查克理王朝”号航母采用柴油机和燃气轮机双动力方式。

在中小型航母上，未来使用燃气轮机以机械推进方式作动力装置还在继续进行。意大利海军在2007年服役的新造航母“卡武尔”号继续采用4台LM2500燃气轮机。

在全世界范围内，美国通用电气公司生产的LM2500燃气轮机是世界上最先进的燃气轮机，是西方海军的标准动力系统，功率为25000马力，一般万 吨级战舰安装4部，达到10万马力总功率，由12节加速至32节只需53秒。目前，全世界大约有1900多台LM2500在运行。美国海军已经决定将 LM2500燃气轮机用于排水量40500吨的黄蜂级LHDS号两栖攻击舰上。此外，通用公司的LM6000PC燃气轮机的功率为42765千瓦，简单循 环，效率高达42%，是性能非常优良的燃气轮机。蒸汽轮机和燃气轮机的技术门槛相对较低，但是动力系统占空间较大，还要考虑废气排放以及航行时间较短的问 题。核动力是航母今后的发展方向。核动力性能优越、维护更简便，填充一次燃料可以50年不更换。核动力的输出功率巨大，美国“尼米兹”级航母采用A4W型 压水堆，每舰2堆，每堆推进功率140000马力，全舰总功率达到了280000马力，这动力可真够庞大的。

另外，航母核动力寿命长。美海军航母原来的旧核反应堆的堆心寿命大约为25年，在航母服役期间需要重装一次燃料。而新的反应堆，其堆芯寿命能达到与 航母同寿，即运行50～60年而不必重装燃料。新反应堆不仅能满足美国海军提高航母运行的要求，即增加每年的航行时间，增加航速，而且人员还可以比“尼米 兹”级航母减少一半，且易于维修。

目前，世界上只有美、日、德、法等少数国家具备独立研制重型燃气轮机的能力，其核心技术一直封锁。

关于航母的动力问题，一直以来，是中国无法解决的问题。中国一直缺“芯”。我们国家的电脑制造，只能进行简单的零件装配，CPU等核心技术一直无法 突破。在军事上也是如此，中国的坦克、飞机一直使用进口发动机。那么，中国的航母动力系统解决得怎么样了呢？我国某汽轮机公司已经从美国、意大利、德国、 英国、瑞士、俄罗斯等国进

口专用设备270多台，为包括船用燃气轮机在内的多种大型优质汽轮机进行设计和制造提供了更全面的保障。世界最大的重型数控龙门铣床也从德国引进并 投入使用，该铣床地面高度14米，深入地下4米，自重700多吨，是目前世界上加工能力最强、精度最高、加工部件最大、数控系统最先进的重型数控龙门铣 床。我国已具备建造世界上最大的船用主机的能力。

2008年12月28日，由中国航空工业第一集团公司沈阳黎明航空发动机有限责任公司与606所、清华大学、中国科学院工程热物理研究所、上海交通 大学等单位联合设计研制的R0110重型燃气轮机在沈阳顺利通过国家科技部阶段验收。国内首台R0110重型燃气轮机研制取得的成功，实现了我国自主设计 研发重型燃气轮机“零”的突破。R0110重型燃气轮机是“十五”期间863重大专项，项目预算5亿元。该项目借鉴国外技术，引进国外智力，顺利研制成 功。R0110预期输出功率114500KW（150000马力），热效率36%。R0110舰用型号论证工作已经开展，可以作为中型常规航空母舰的主动 力。

美国“尼米兹”级航母全舰总功率为28万马力，俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母动力装置总功率为20万马力，中国两台R0110重型燃气轮机完全可以达到20万马力。

R0100重型燃气轮机得到了乌克兰的技术支持，其中主要功臣是乌克兰人克卢格里亚克。克卢格里亚克1983年开始在乌克兰尼古拉耶夫机械设计局动 态和静态强度处工作，2000年担任强度处动态强度室主任。他主要擅长燃气涡轮和涡轮发电机传动装置转子临界转速计算、转子振动形式分析、支点弹性元件刚 性选择、转子曼点弹性元件强度计算、转子平衡方法等技术。2002年10月，克卢格里亚克来到沈阳黎明航空发动机集团有限公司，担任乌克兰专家组组长。在 他及其所带领的全体专家的努力和支持下，黎明公司顺利完成了R0110重型燃气轮机的设计、计算和验算等多项工作。

虽然黎明公司建厂已经50多年，在航空发动机研制方面积累了相当丰富的经验，但从总体上讲，较之美国和俄罗斯等科技强国还存在相当大的差距，其中重 型燃气轮机的研制基本处于空白状态。黎明公司专门到乌克兰去把克卢格里亚克请来担任专家组组长，为R0110重型燃气轮机研制项目顺利进行奠定了基础。

黎明公司完成了燃气轮机进气蜗壳的设计，并对燃气轮机总体结构进行了改善，完成了测量系统安装图和冷却涡轮叶片流矩阵流动计算的FORTRAN程序流动和传热的新结构计算工作。同时，又进行了国内首台干低污染排放燃烧室的计算工作。

黎明公司掌握了自行研制重型燃气轮机的技术和重型燃气轮机的设计思想、方法及原则，并对1、2、3维程序设计软件基础进行了改善，完成了对基础方案 进行部件和总体方案的计算和验算工作，用现有或自编的标准代替国外标准，建立了自己的重型燃气轮机标准化体系，掌握和改进了冷却系统的软件计算技术，完成 了总体协调图和打样图的设计工作。在双燃料喷嘴加工过程中，由于组件焊接工艺多、加工难度大、易变形不易控制等原因，公司难以生产出合格的双燃料喷嘴。克 卢格里亚克带领专家组大胆尝试技术创新，将双燃料喷嘴改为单燃料喷嘴，解决了加工生产中这一关键性技术难题，使黎明公司顺利完成了燃料喷嘴试验工作。有人 会说，中国不是建造核潜艇了吗？把核潜艇上的动力放大到航母上用不是很现成的事情吗？这个建议还是挺不错的，但是，要把核潜艇上的动力系统用到航母上，那 还不是放大这么简单的事情。法国就做过这样的事情。他们在新建的航母“戴高乐”号上使用8座核潜艇的核反应堆，结果不仅动力不足，而且建造总价格比同样功 率的美国反应堆贵了3倍以上，占用航母容积也大了3.5倍，非常不经济和不实用。

除了动力不足之外，法国的“戴高乐”号航母的核动力还故障频发。2000年，航母上的两个k-15核反应堆发生了无法冷却的故障，再后来又发生了核 反应堆的耐压壳出现裂纹，再后来又出现了驱动仓和方向舵震颤，还有隔音不完全。此外，据传，“戴高乐”号航母上的核辐射超标。最后，采用核动力的“戴高 乐”号航母航速只有27节，而原来采用燃气轮机的常规航母的航速却达到了32节。

所以，法国决定在以后的航母上，还是采用燃气轮机的动力。中国的大亚湾核电站就是采用法国的技术，掌握先进核技术的法国把核动力用到航母上都问题多多，何况中国？中国要把核动力用到航母上，还要走好长一段路。