海军“全电舰船时代”徐徐而至

采用全电推进的美国DDG-1000型驱逐舰

时髦的激光拦截装置，其要害恰恰是供电系统能否“给力”

电磁轨道炮的电源就如此庞大，耗电量可想而知

英国“伊丽莎白女王”号航母曾跑到远东来转悠

英国45型舰电机系统可靠性不高

说起对海军的印象，许多人会脱口而出“坚船利炮”，但“坚船”最核心的性能是什么？是动力。近年来，全电驱动舰船成为海军强国的发展重点，特别是英美全电舰船相继服役后，这一“技术新边疆”的争夺已趋向白热化。

不是新鲜事

所谓全电舰船，就是以电传动装置为主体动力系统的舰船，基本原理是原动机带动发电机发电，再由发电机驱动电动机组、带动螺旋桨旋转的传动装置。驱动发电机的原动机，主要是蒸汽轮机、柴油机、燃气轮机、核动力装置和蓄电池。

论渊源，全电舰船并非新鲜玩意。1886年，英国人就在“福特”号小艇上采用蓄电池-电动机推进装置，它横渡英吉利海峡，可谓开山之作。到了20世纪头20年，人们开始以蒸汽轮机、柴油机作为船舶原动力，以直流电机为传动装置，究其原因，是因为当时齿轮加工水平不高，无法做出大尺寸、大模数、高精度的齿轮，而采用电传动等于绕开机械传动装置的难题，实属无奈。到了30年代，齿轮技术突破，大型齿轮组拥有紧凑的体积和极高的传动效率，令庞大的发电机-电动机组相形见绌，于是以齿轮为基础的机械传动装置重回主流，延续至今。不过，电传动并未彻底消失。

上世纪50年代，全电舰船概念由英美提出，但表述不大一样，英国称全电推进系统（FEP），美国称综合电力系统（IPS）。当时，随着柴油机及电机技术进化，有的舰船采用大功率柴油机-交/直流发电机-交流电动机的组合，极少数小型舰船甚至全以蓄电池为动力源。但以当时的技术，电机尺寸还是太大太重，且造价高，经济性不如机械传动的舰船。直到上世纪末，随着电子技术、可控硅整流技术及稀土材料应用于电机，才使得电机尺寸成倍缩小，为大型舰船应用全电推进技术创造了条件，当今的代表作当属英国45型驱逐舰、伊丽莎白女王级航母和美国DDG-1000型驱逐舰、福特级航母。

优势很突出

与经典的机械传动系统相比，全电推进的优势不仅能有效提高舰船动力性能，还能简化结构设计、降低使用成本、提高推进效率。

众所周知，若是全电布局，原动机、发电机和电动机之间就能以柔性的导线相连，位置可远程灵活布置，而机械传动则是齿轮对齿轮，以传动轴机械传递动力，位置几乎恒定。这种灵活布置，能充分利用舰船内部空间，也实现了各种航速下的高安静性，因为驱动螺旋桨的动力是由电缆将电力输送到推进电机，其间取消复杂而巨大的减速齿轮箱及相关轴系，这正是舰船主要的噪声源。据测算，常规水面舰船以16-20节航速航行时，噪声可达130-150分贝，携带被动声呐的潜艇很容易在70海里外发现，但水面舰船在同等距离上却很难发现噪声只有100多分贝的潜艇。若改用全电驱动，水面舰船整体噪声会比机械传动至少降低20%至25%（即航行噪声减少40分贝），潜艇声呐探测距离将被压缩到原有的60%以内，生存力大大提高。

让人动心的是，电机控制特性好，调速范围大，可实现无级变速，甚至舰船倒车都能轻松实现。而对机械传动而言，要有减速器和变角度螺旋桨式推进装置配合，操纵起来比电机麻烦得多。不仅如此，全电推进取消了机械传动所需的减速器、传动轴和协调器，能量损耗至少下降近30%，同等条件下，原动机工作转速只需保持在最大转速的70%-80%即可，无形中延长了使用寿命，故障率也随之降低。此外，由于系统中各原动机之间及与推进装置无需机械联接，即使某一台原动机“罢工”也不会影响别的动力运转，实现了整套动力系统的高可靠性。

全电推进系统里的原动机只用于发电，因此可以根据不同的用电负荷及航速要求运行不同数量的原动机，且能将原动机运行在输出效率最高、油耗最低的区域，实现经济性最大化，好处是在舰船燃油携带量不变下续航距离比机械动力系统提高20%-30%，对后勤油料补给的依赖也大为降低。

未来有方向

对军用舰船来说，采用全电推进系统，可不只有前面提到的优点。中国工程院院士、海军工程大学电力电子研究所所长马伟明指出，舰船应用全电推进系统的本质，是为了解决高能武器上舰的问题。传统以化学能为能量的武器系统，在发展潜力上已接近饱和。例如，现役炮弹初速的“天花板”是每秒2000米，常规战术导弹速度普遍在5马赫以下。而高能武器（包括激光、微波、粒子束、电磁轨道炮等武器）天生具有速度优势，有些武器的速度都能接近光速，即使初速最慢的电磁轨道炮所发射的弹丸，初速也在每秒数千米，远超传统化学能弹丸。目前，世界上发展最快的高能武器是激光武器和电磁轨道炮，美国都已在舰船上测试了。从技术层面讲，制约高能武器上舰的主要因素就是供电，因为高能武器全是“电老虎”，舰上传统电站根本无法维持持续作战所需电力，除非引进全电推进系统。全电推进能将全舰电力统一调配，很好地实现“哪里需要去哪里”。

需要指出的是，全电驱动舰船正处于突破“可靠性”这一关的煎熬。据英国《简氏防务周刊》披露，被誉为“全电明星”的英国45型和美国DDG-1000型驱逐舰都发生过严重技术问题，像英国6艘45型舰由于全电推进系统耐高温能力较差，一度全部“趴窝”，而美国DDG-1000型首舰“朱姆沃尔特”号航行中因推进电机故障被迫拖回船厂，在舰身上切个大口子进行维修。专家认为，英美海军全电推进战舰频出故障，说明它们所采用的中压交流电网结构在技术上并不成熟，可靠性无法与传统机械推进技术媲美。与英美不同，中国科学家独创性地提出中压直流全电系统项目，它具有更高的功率密度和运行灵活性，技术上更具可行性，很可能代表舰船综合电力系统的发展方向。换言之，中国已具备全电推进系统装舰的技术条件，中国的“全电舰船”已为期不远了。

石宏 张韶华