艦艇動力系統及裝置發展趨勢分析

段旭陽

（海軍工程大學干部訓練大隊，湖北 武漢 430033）

艦艇動力系統及裝置發展趨勢分析

段旭陽

（海軍工程大學干部訓練大隊，湖北 武漢 430033）

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

艦艇；動力系統；先進技術；節能

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

1 艦艇動力系統的發展狀態

1.1 柴油常規動力系統

柴油常規動力系統的使用已經走過了100多年歷史，其動力系統技術較為成熟，在世界上柴油動力系統具有廣泛的使用范圍，是目前最為主要的常規動力系統。

柴油常規動力系統由柴由柴油內燃機作為動力，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，能夠產生更大的動力。得益于柴油可燃溫度較低，柴油發動機不需要點火系統，僅僅需要壓縮空氣就可以使柴油發動機運轉產生動力。在艦艇上使用柴油機做為動力系統，是將柴油燃燒過程中產生的能量轉化為機械能，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，隨著柴油機技術的發展，其馬力逐漸提高，目前低速柴油機的馬力在50000以上。柴油機常規動力系統所具有的技術優勢在于其熱轉換效能，能夠達到每分鐘100轉，充分發揮出柴油機的動力。柴油常規動力系統具有啟動速度快、動力強勁、安全可靠、耐用性強的特點，在常規動力中占有重要的地位。柴油動力系統分為二沖程和四沖程，根據其轉速的高低，可以適用于不同的艦艇上，如二沖程柴油動力系統，由于其轉速較低，可以更好地推動螺旋槳的轉動，因此在大型和遠洋艦艇上，主要使用二沖程柴油動力系統。四沖程的柴油動力系統，由于其轉速較高，對齒輪耐磨要求較高，且動力裝置構成復雜，需要加裝齒輪減速箱等，因此其主要應用于小型艦艇之上。在世界范圍內，使用柴油常規動力系統做主動力系統的艦艇有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

燃氣輪動力系統出現的較晚，第一艘服役的燃氣輪動力系統艦艇出現于2000年。燃氣輪動力系統具有體積小、質量高、故障率低、動力足的特點。如第一臺使用燃氣輪做動力系統的游輪，其航速就達到了24節。燃氣輪動力系統主要被應用于游輪和高速客船，而不適用于遠洋輪船。導致這一結果的原因在于燃氣輪動力系統需要燃燒昂貴的蒸餾油，使得燃氣輪動力系統經濟效益差。雖然燃氣輪動力系統比柴油動力系統更加環保，受限于經濟成本，而沒有得到大規模的使用。燃氣輪動力系統可以消耗較少的燃料，而產生較大的動力輸出。燃氣輪動力系統中的聯合動力裝置可以有效降低油耗，實現節能的目的。自2000年第一艘采用燃氣輪動力系統的游輪投入使用，以實踐經驗便表明了燃氣輪動力系統的高度可靠性，其熱轉換效率也高達40%左右。

1.3 電力推進系統裝置

電力推進系統裝置是新興的一種艦艇輔助裝置，其產生目的旨在提高艦艇的航行穩定性，提高艦艇的航行速度。電力推進系統裝置自誕生起，便受到了廣泛的關注，被應用于艦艇之上。電力推進系統裝置具有設計簡單、靈活布線、軸距較短、安全系數高的特點。電力推進系統裝置在設計上更加科學，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，大大提高了電力設備的可靠性。為了避免出現短路現象，電力推進系統裝置采用了備用電路，提高了安全系數。為了提高電力推進系統的工作效率，可以根據艦艇的實際需要，安裝推動電動機，提高艦艇電力設備的可靠性和安全性，降低了對輔助電力設備的依賴性，大大提高了艦艇航行中的安全性。電力推進系統裝置可以根據艦艇的航行狀態，實時調整電力的輸出，如在艦艇航行過程中，若電力系統的功率發生較大的波動，電力推進系統裝置可以及時調節主發電機的功率，使主發電機保持在恒定狀態，以降低電力設備發生故障的可能性。得益于電力推進系統裝置所具有的低速、恒功率、恒電流等特性，可以滿足不同艦艇不同的需要，電力推進系統裝置在艦艇中得到了極大的應用。但是電力推進系統裝置對艦艇的安裝環境有著特殊的要求，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裝置。

2 艦艇動力系統及裝置的未來發展趨勢

2.1 電力推進系統裝置的發展趨勢

電力推進系統裝置所具有的靈活、經濟、舒適等特性，是電力推進系統裝置可以不斷發展的根本原因。在未來的發展趨勢上，電力推進系統裝置將克服其本身的缺點，提高電力推進系統裝置的適用性，使電力推進系統裝置能夠滿足不同艦艇的需要。在未來的發展中，電力推進系統裝置將主要針對能量裝換損失這一缺陷，進行科學的研究。由于電力推進系統裝置在高效工作狀態下，需要更多的能量才可以滿足，否則電力推進系統將會處于高負荷運行狀態，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。因此在未來的發展過程中，如何降低電力推進系統裝置在工作時，必須進行的兩次能量轉換環節，是有效提高電力推進系統裝置經濟性的重要研究內容。隨著對電力推進系統裝置研究的深入，電力推進系統裝置更加注重綜合性能的平衡，不斷優化電力系統裝置的艦艇布局，降低對艦艇產生的噪聲，提高變頻技術在電力推進系統中的應用，以提高電力推進系統裝置的節能性。

2.2 混合動力系統的應用前景

混合動力系統是未來發展的新趨勢，其建立在柴油機和螺旋槳配合的基礎之上。柴油機工作時的轉速高低影響著螺旋槳的工作效率，兩者之間存在著規律性。混合動力系統可以使艦艇操作者將內燃機保持在一個恒定工作狀態，在滿足艦艇航行的需要，達到節能的目的。在混合動力系統的未來發展趨勢中，將更加注重柴油機和螺旋槳之間的工作規律，使兩者之間的工作狀態達到一個最佳的平衡點，這也是混合動力系統研究領域中的重點區域。混合動力系統所具備的技術可靠性高、能源消耗低、經濟成本效益高的特點，是混合動力系統成為主要研究技術的原因。在未來的發展中，混合動力系統將在實現節能環保的基礎之上，不斷提高混合動力系統的恒定功率輸出，提高混合動力系統的工作能力。

2.3 柴油動力系統的發展趨勢

常規的柴油動力系統在未來的發展趨勢上，呈現出節能、高效的發展特點。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生的能源消耗，降低對環境的污染。得益于現代科學技術的進步，柴油機技術經歷了較大的跨越式發展。目前在艦艇上使用的柴油機，其發展方向是采用模塊化設計，大大提高了柴油機的可靠性，降低了柴油機的制造成本。柴油機動力系統向集成化發展，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，將柴油機、齒輪部位、軸系和螺旋槳等部位模塊化生產，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，降低了經濟成本。柴油動力系統還將在噪聲控制、振動控制等方面實現較大程度的進步，提高采用柴油動力系統的運行舒適性。

2.4 特種推進裝置的發展趨勢

特種推進裝置主要應用于特殊要求的艦艇上，隨著海洋開發的深入化，具有特種要求的艦艇也被開發研究出來。在特種推進裝置上，主要有動力裝置加可調螺旋槳裝置、大功率噴水推進裝置。動力裝置加可調螺旋槳裝置具有極強的可操作性，在世界上，一些國家已經開始應用可調螺旋槳裝置系統，通過調節螺旋槳的轉速，使艦艇可以實現控制動力輸出、動態調整航行速度。動力裝置加可調螺旋槳裝置，可以配合主發動機，使主發動機的功率得到最大程度的發揮，滿足特種海洋作業的需要。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展，滿足不同艦艇的各種需要。

3 結語

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

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U674.7

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1671-0711（2017）01（下）-0135-02