国产075型两栖攻击舰，为何选择柴油机而非燃气轮机作为“心脏”

(本文从军舰得动力装置角度，进一步分析075两栖攻击舰为何选用柴油机而非汽轮机。本文首转于兵工科技杂志官方公众号：《兵工那些事儿》，欢迎感兴趣的广大军迷前来关注！)

075型两栖攻击舰，为何选择柴油机而非燃气轮机作为“心脏”075型两栖攻击舰服役后，对于其动力系统选择的争论一直没有平息过，目前世界两栖攻击舰，蒸汽轮机、柴油机和燃气轮机三种动力选择可谓并驾齐驱，其中燃气轮机成为新一代两栖攻击舰的主流选择。那么,075型两栖攻击舰为什么选择了柴油机作为动力？

与汽轮机及柴油机相比，燃气轮机的技术发展史相对较短。自1939年瑞士制成第一台发电用燃气轮机装置以来，至今已有多个国家海军的水面舰艇以燃气轮机作为推进动力装置，各种燃气轮机装置的装机总容量已得以显著提升。

舰船燃气轮机装置在第二次世界大战以后开始发展。我国燃气轮机的发展是从20世纪50年代末期正式开始的，除了设计制造航空发动机和工业用燃气轮机装置外，在船舶燃气轮机装置方面，也先后设计制造了一系列机组。近年来，我国的舰船燃气轮机装置的研究和制造正在迅速发展中，在水面舰艇特别是导弹驱逐舰上大规模应用了国产燃气轮机作为主动力装置。

舰用燃气轮机按其用途可分为主燃气轮机和辅助燃气轮机。主燃气轮机通过齿轮减速器驱动螺旋桨，作为舰艇推进动力。用于驱动各种常用、备用和应急的泵和发电机等设备的燃气轮机则为辅助燃气轮机。

主燃气轮机按其使用方式的不同又可分为全工况燃气轮机、巡航燃气轮机和加速燃气轮机。能满足所有各种运行工况要求的燃气轮机为全工况燃气轮机，舰艇巡航时使用的燃气轮机为巡航燃气轮机，在舰艇高速航行时才起动的燃气轮机为加速燃气轮机。

在全世界范围内，燃气轮机自20世纪50年代以来获得了迅速的发展。特别是在航空型燃气轮机舰用化改装成功后，在各国海军动力装置中占有重要的地位，其优势主要如下：

1)单机功率较大。以美国LM-2500燃气轮机为例，其最高功率可达30000千瓦以上。随着燃气轮机功率的不断提升，一定程度上动摇了汽轮机装置在大、中型舰艇主推进装置领域的统治地位。

2)起动、加速性能好。以美国LM-2500燃气轮机为例，其平均起动时间为48秒，从空负荷到全功率的加速时间不超过30秒。

3)重量轻、体积小。燃气轮机(包括减速齿轮箱)的重量尺寸指标比同等功率的汽轮机或中速柴油机更为轻小(但对小功率燃气轮机组而言，其重量尺寸相比高速柴油机，优势并不显著)。节省下的空间有利于增加武器设备的携带量以增强战斗力，或携带更多燃料以增大续航力。

4)机组独立运作能力强，生命力好。燃气轮机组的系统简单、附属装置少，故独立运作能力较强，遭受攻击的可能性小；特别是采用了密封的箱装体结构与有减振支座的挠性接头后，更提高了其抗冲击、抗爆炸和抗核污染的能力，并在机舱局部浸水的情况下仍能继续工作，大大提高了生命力。针对LM-2500机组的试验表明，在船体附近受到200g的爆炸冲击下，机组仍能照常工作。

5)振动和噪音小。与汽轮机相似，由于燃气轮机为回转式机械，加之采用了具有减振支座的箱装体结构后，振动和噪音对舰体的影响更小。但燃气轮机的空气噪音较大，通常需要在进排气道中装消音器。由于振动和噪音小且不易通过船体向水下传播，有利于提高舰艇的隐蔽性，也有利于本舰声纳设备的运作，从而提高了全舰的战斗性。

6)检修方便，便于管理。这是由燃气轮机的结构和运行特点所决定的。双轴燃气轮机的动力涡轮的寿命通常与舰艇服役时间相同，燃气发生器的大修间隔期目前已逾8000小时。如上文所述，舰用燃气轮机通常采用单元体组合结构和箱装体，便于检修和更换，有利于隔热、隔声及隔振，并易于实现自动化和遥控，改善了机舱工作条件。在维修时，多采用“以换代修”法，即把待修的燃气发生器吊出机舱，以新品进行更换。根据LM-2500机在舰上的使用经验，整台燃气轮机的移换时间通常不超过24小时，舰艇不必进坞。机组的操纵易于实现自动化，管理工作量较少，可相应减少机舱人员。

7)润滑油和冷却水消耗量较少。

但同时燃气轮机也有着如下劣势：

1)经济性较差。由于燃气轮机工作循环中受材料的耐高温性能的限制，因此一定程度上制约了其热效率，使得其比油耗较高，在部分负荷工况时尤甚，且易产生失速和喘振：故应尽量避免其在低负荷工况下工作。所以很多时候，现代军用舰船都采用柴燃组合动力的方式，解决低负荷工况下燃气轮机不适用的问题，由柴油机负责低负荷工况运行，而燃气轮机则专门负责高负荷工况运行输出。

2)进排气通道截面积大，不便于进行布置。由于燃气轮机需要大量空气以降低燃气流入动力涡轮时的温度，从而确保涡轮叶片的工作温度不致过高；而且，燃气轮机不像柴油机等动力装置那样——转速受往复惯性力限制，也不会频繁出现气体的往复吞吐等现象：因此，燃气轮机进排气流道中的气体流量较高。而燃气轮机对进排气阻力的影响十分敏感，同时还需在进气管道中加设确保进气清洁度的空气滤清器及降低进气系统噪音的消音器，因此显著增大了其进排气通道的截面，致使系统的重量和尺寸得以显著增加：除了难以进行布置之外，也影响到甲板面积的利用。

3)对环境条件较为敏感。环境温度及气压等因素的变化，均会对燃气轮机的功率及效率产生影响。

4)如上文所述，由于燃气轮机气体流量较高，其所排放出的大量高温废气往往会成为热辐射源，并更易于被热制导武器作为攻击目标。

5)燃气轮机无法实现直接反转，需要配置专门的倒车装置，如采用变向离合器、可变螺距螺旋桨等设备。

随着近年来对动力涡轮叶片进行冷却等技术问题的逐步优化，燃气轮机的热力参数有了明显提升，因此其经济性也得以不断提高。航改机型舰用化的改装进程日趋成熟，燃气轮机已成为大中型水面舰艇较为理想的主推进装置。目前，舰用燃气轮机的主要发展趋势如下：采用先进合金材料、冷却技术及制造技术，持续提高燃气初温和压比，降低燃油消耗率；重点发展航改机型，并逐步实现系列化。随着对先进技术的研究和运用，以及热力循环的不断完善，舰用燃气轮机技术将日趋完善。

采用燃气轮机作为动力装置的典型两栖攻击舰型号是“美国”级。“美国”级两栖攻击舰的动力系统与美国海军以往建造的“黄蜂”级、“塔拉瓦”级、“硫磺岛”级等各级别两栖攻击舰不同，后三者采用了蒸汽轮机动力系统，而“美国”级则采用了技术先进的柴电燃联合推进装置(CODLAG)，这种推进方式安静性能好、推进效率高、启动运转速度快，是未来大型水面舰艇动力的发展趋势。采用这种推进方式的还有新近服役的西班牙“胡安·卡洛斯一世”级。舰上装有2台通用电力公司生产的LM-2500+型燃气轮机，功率达到52199千瓦；6台柴油机及2台电动机，电动机功率为3729千瓦，最大航速22节。当航速大于12节时，舰上由2台燃机通过主齿轮箱带动2根主轴驱动变距桨推进，当航速低于12节时，则由舰上2台交流电机接入主齿轮箱驱动，尽可能发挥了燃气轮机满功率运转时比功率高及柴电推进系统低速巡航省油的特点。节油效果还是十分明显的，之前使用蒸汽动力的两栖舰一天的燃油消耗量约为15万升，而“美国”级舰一天的燃油消耗量仅为5.7万升。两种动力系统交替使用，可实现快速切换。

柴油机动力装置被应用于舰艇动力装置已有多年历史。一般而言，柴油机动力装置的技术优势主要如下：

1)经济性好。柴油机不仅在全速全负荷工况时具有良好的经济性，而且在整个工作范围内的经济性也同样优于其他热力发动机。

2)起动和加速性能好，低速柴油机能直接进行反转。

3)机组设备独立工作性和抗冲击、振动的能力较好。

4)中、高速柴油机的重量及尺寸指标明显优于汽轮机——更为紧凑，但略逊于燃气轮机。

5)能在背压处于较高波动的情况下及真空度较大的条件下实现可靠运作，且功率不会显著降低。

6)所需的空气量较小，进排气通道所占用的空间较小，便于机组在舱内进行布置。

7)能制成低磁性机组，以满足特殊舰艇的特殊运用需求。

但同时，柴油机动力装置也具有如下劣势：

1)单机功率较小。以中速柴油机为例，其最高输出功率通常仅为数万kW，与汽轮机及燃气轮机相比，存在明显劣势。

2)振动噪音大。由于活塞连杆机构进行往复直线运动，因此柴油机的振动及噪声较大；当其用作于军用舰艇主推进装置时，除了会影响到舰员的工作及生活环境之外，一定程度还降低了全舰的隐蔽性。

考虑到各方面因素，柴油机动力装置目前主要在高速中、小型舰艇及军用辅助船方面占有绝对优势的地位，常规动力潜艇和扫雷舰艇由于其工作条件的特殊性也更倾向于采用柴油机作为主推进装置。而且，在各类舰用发电机组方面，柴油机也占有重要地位。

目前，现代舰用柴油机主要为中速机和高速机。中速柴油机用于护卫舰、坦克登陆舰及其他军辅船；高速柴油机的应用则随着舰艇类型而有所不同。

护卫舰及快艇通常会采用高速大功率柴油机作主机，或将其用作柴-燃联合动力装置的巡航机组。扫雷艇则会使用低磁性高速柴油机。常规潜艇自20世纪60年代以来，已将由“中速柴油机+直接传动”的动力形式，逐步调整为“中速柴油机+间接传动”或“高速柴油机+间接传动”的动力形式，根据实际情况也会采用电力推进的方式。部分坦克登陆舰及其他军辅船也会采用高速柴油机作为主推进装置。

由于具备诸多既定优势，在燃气轮机技术得以迅速发展的今天，柴油机仍在中、小型水面舰艇、常规动力潜艇及各类军辅船舶领域占有绝对优势。即使舰艇采用其他类型的主推进装置，通常也会采用柴油机作为随舰应急电站的主要动力来源。在两栖攻击舰中，采用柴油机作为动力的典型型号就是075型两栖攻击舰。

075型两栖攻击舰使用四台16PC2-6B型柴油机，单台功率12兆瓦，总功率48兆瓦(6.5万轴马力)，和901型大型补给舰的配置相同。虽然两者的外观差异巨大，但是它们同属中国新开发的4万吨级“通用船舶平台”，动力系统通用化，从设计建造到后勤保障都能实现规模化效益。

目前国内唯一生产法国皮尔斯蒂克系列中速柴油机的厂家是陕柴重工，其网站也有连续的新闻报道：16PC2-6B型柴油机于2017年1月启动研制工作；12月完成零部件研制；2018年2月完成总成装配；6月26日通过性能试验和型式认可试验评审；2019年5月22日首台顺利发运交付用户。这一系列节点和075的建造基本上是同步的。

满载排水量4.8万吨的901舰尾呈流线型收窄，作为快速支援舰最高航速可以达到25节。075的线型和901差别很大，设有坞舱的艉部平坦而宽阔，采用的是在901上验证过的同平台动力系统。2.5万吨的071采用4台16PC2-6型柴油机，总功率4.7万轴马力，最高航速也能达到25节，在两栖舰只中非常突出。075的船型是从071放大发展而来，而且今后会编组在同一支两栖打击群里作战，它俩的航速将会处于同一水平。

作为对比，美国海军4.1万吨的“黄蜂”级两栖攻击舰采用2部蒸汽轮机或2部LM2500+燃气轮机(“马金岛”号)，总功率是7万马力，最高航速也只有22-23节。所以说，075型两栖攻击舰采用柴油机不但经济省油，而且在航速和机动性上也基本与“马金岛”号这样采用燃气轮机的先进两栖攻击舰相当。可以说，柴油机这一选择还是很符合实际的。成熟可靠的动力装置，有利于075型两栖攻击舰迅速、批量生产。而且，与燃气轮机相比，柴油机的价格成本也要低得多，这使得075型两栖攻击舰更具性价比。

大型舰艇到底用的是燃气轮机还是柴油机，不能光看进/排气口的面积大小。比如采用IFEP综合电力推进系统的“伊丽莎白女王”级配备了2台罗•罗MT30燃气轮机+2台瓦锡兰16V38B柴油机，分别安装在2个舰岛下方的舰体深处，但是舰岛上几乎看不到进气口，只在右舷有几个很小的百叶窗，还可能是给雷达系统冷却用的。

“女王”级的发动机进气依赖的就是顶部大圆形的进气口，旁边2个小圆形则是排气口。我们在055、052D、“伯克”级等驱逐舰上看到的大面积百叶窗实际上都不是发动机的进气口，而是为了向排烟道混入冷空间降低红外辐射信号。