戰艦也玩新能源？柴電混合驅動模式或成未來主力戰艦核心

電傳動具有燃油經濟性好，雜訊輻射低，可由電腦精確控制動力分配等優點，為 DDG-1000，CVN-78，「伊麗莎白女皇」 級等新一代戰艦普遍採用。然而新建平台產量很低，DDG-51 系列等現役主力戰艦很長一段時間內仍將是西方海軍水面戰力的核心。在油價高企，軍費緊縮的現實下，對傳統艦型進行電傳動升級以節省燃油開支勢在必行，但從機械傳動躍進到全電傳動，就需要對現役艦隻的電氣和驅動系統進行深度重建，技術風險太大，成本也不可接受。MD 因此拋出了混合驅動概念，在主原動機的減速齒輪箱上接入小型發電/電動機，並將其線路與全艦電氣系統相連接。航速極低，發電機在經濟轉速下仍有剩餘功率時 (譬如執行反潛探測任務，以閑庭信步的速度拖曳線列陣聲納這類情況)，多餘的電能便可用來驅動戰艦緩慢前進，主機可完全關閉。中等航速下發電機關機，2 台 LM2500 主機的過剩功率足以提供電氣系統所需能量。由於主機功率是為能耗極大的衝刺速度設計的，只要戰艦不達到速度極限，高速航行時發電機仍可處於關閉狀態，電氣系統繼續依賴從主動力系統引出的過剩能量運轉。示意圖為 DDG-51 系列的改裝方案，類似的升級措施也可應用於 CG-47 系列巡洋艦。

柴油機在較大功率範圍內具有比較理想的燃油經濟性，而燃氣輪機必須以較高功率運轉方能有效利用燃料，DDG-51 系列導彈驅逐艦共配備 4 台 LM2500 燃氣輪機和 3 台燃氣輪發電機 (發電機原動機的廢氣排放口分別位於 2 座主煙囪內和尾部上方，機庫之間，見下圖)，總功率接近 90 兆瓦 (主機80-81 兆瓦，發電機 7.5 兆瓦)，比 DDG-1000 的動力更為充沛，可以說有些能量過剩。大功率主機在低速和中速航行時熱效率低下，而水面戰艦執行任務時，多數時間內航速往往不高 (CG-47 系列巡洋艦以 20 節或以下航速行駛的時間，占出海總時間的 93%)，傳統的機械傳動系統迫使主機長期在低效率狀態下運轉，對艦隻的燃油經濟性十分不利。採用混合傳動系統後，全燃聯合動力戰艦中低速航行時的燃油消耗水平可大幅度下降，每年能節省 16% 的加油費，經濟效益相當可觀。此外，較低的中低速燃油消耗水平無疑也對提升戰艦續航力，降低後勤體系的負擔頗有助益。

全燃氣輪機戰艦特別適合採用混合驅動模式進行升級。柴燃聯合動力艦隻低速經濟性已經很好，不必出於節油目的應用混合驅動，但作為巡航動力的柴油機噪音和振動較大，若通過機械傳動系統直接與推進器連接，會造成明顯的雜訊輻射，對安靜性不利，因此混合驅動仍具有十分重大的意義。配備 4 台 1.5 兆瓦柴油發電機，低速航行時由 2 台總功率 3 兆瓦的電動機驅動的英國 23 型反潛護衛艦，是典型的以降噪為主要設計目標的混合驅動戰艦。

本文由 長纓在手束蒼龍中 發布，2017年01月11日