舰船动力装置是保证舰船正常航行、作业、停泊及船上人员正常工作和生活所必需的机械设备的综合体。 舰船动力装置的主要任务是产生各种能力,并实现能量的转化和分配,以利于舰船正常航行和作业,所以,它有舰船“心脏”之称。常见的舰船动力装置有柴油机动力装置、燃气轮机动力装置、汽轮机动力装置、核动力装置和联合动力装置等。
随着各国军事力量的发展壮大,航空母舰已经成为现代海军的重要武器,对于国家而言,航空母舰的出现就标志着国家军事能力、综合国力的提高。航空母舰其实就是搭载舰载机的大型舰艇。由于受到航母总体布置的限制,航母轴系的数量不能过多,一般不超过4 根轴系。这就造成航母航行时所需的巨大推进功率只能分摊在数量很少的几根轴系上,每根轴系所承担的功率必然很大。由于航母轴系对主机功率要求非常高,使得功率较小的主机如柴油机等就难以用作航母的推进装置。那么航,空母舰动力装置有哪些呢?
目前,航空母舰常用的动力装置可分为常规动力装置、核动力装置和联合动力装置。常规动力装置可分为常规蒸汽动力装置和燃气动力装置。舰船用蒸汽动力装置一般由主锅炉、高、(中)、低压汽轮机、倒车汽轮机、主冷凝器、调车装置、减速齿轮箱、轴系、各型独立汽轮辅机、给水预热和除氧器、控制与监测系统等组成。具有单机功率大,工作可靠,寿命长,技术成熟,转速调节方便,不需要增添特殊装置就可以实施倒车,对燃料也没有很高的要求,可以使用低质重油等特点。但由于舰船用蒸汽动力装置的单位功率的质量大,尺寸大,管路系统复杂;燃油消耗率大,装置效率低;在相同的燃料储藏量,其续航力低;机动性差,暖机所需时间长,工况过渡时间也长,对于舰船动力来说是其致命的弱点,因此从发展的眼光来看限制了舰船蒸汽动力装置的发展。
舰船用燃气轮机的结构和飞机上使用的涡轮螺旋桨发动机类似,其工作原理是空气或气体由压缩机压缩后到燃烧室与喷人的燃料混合燃烧,形成高温高压燃气,燃气进人涡轮内膨胀作功,推动涡轮叶轮高速旋转,转变成机械能,机械能的一部分用来带动压气机和附件系统工作,一部分通过减速器带动推进器,作为舰船推进动力。燃气轮机装置的主要优点是系统简单、结构紧凑、易于维护;具有优良的启动性能和加速性能,其明显缺点是巡航等低负荷工况时效率较低、油耗大。
燃气轮机示意图
燃气动力装置示意图
核动力装置是以核燃料代替普通燃料,利用核反应堆内核燃料的裂变反应产生热能并转变为动力的装置。主要包括核反应堆、产生动力的系统和设备,如核蒸汽供应系统和核电站汽轮机等,以及为保证设备正常运行、人员健康和安全所需要的系统和设备等。核燃料在核动力装置的反应堆中产生裂变反应,释放巨大能量,被不断循环的冷却水吸收,后者又通过蒸汽发生器将热量传给第二个回路中的水,使之变为蒸汽后到汽轮机中作功。
航母核动力系统示意图
与常规动力航母相比,核动力航母显示出诸多优越性:1.核动力这一巨大的动力资源使航母具有更强的机动性。核动力航母可以高速驶往世界任何海域。在最高航速上,核动力航母和常规动力航母难分伯仲,但在连续高速航行能力上,核动力航母却独占鳌头。因而在地区性危机和冲突中,核动力航母可以迅速奔赴现场,起到不可替代的威慑和实战的双重效能。2.核动力使航母节省出大量空间和载重吨位。一方面可以装载更多的航空燃油,以满足舰载机作战的需要;另一方面大大改善了舰员的居住和工作条件。3.核动力使航母减少了对基地和后勤支援的依赖。核动力航母更换一次燃料可以连续航行50万海里,不用海外基地的支援。而常规动力航母执行同样的任务,却需要事先在世界各地建立燃料补给网。当同时核动力航空母舰也存有缺点,核反应炉造价及维修费用极高。
联合动力装置的类型很多,目前主要的联合动力装置有:蒸-燃联合动力装置、核-燃联合动力装置、燃- 燃联合动力装置。联合动力装置的特点是将不同体系的动力装置联合起来,取长补短,提高综合性能。选择航空母舰的动力装置取决于其所要求的性能诸元:即排水量、最大航速、巡航航速、尺寸大小、续航力、水下噪声以及各种航态的可靠性,同时也取决于燃料的种类及费用,还要考虑国家设备制造及备件供应的工业基础以及飞机起降的主要形式等众多因素,综合权衡考虑,择优选取。
近年,美、英等国正在展开新型综合性电力推进、发电和配电系统研究,主张采用大功率半导体、永磁电机等新技术把电力推进和日用电力合成统一的综合电力系统,以实现高指标并大幅减少动力装置的费用,充分发挥舰船电力推进的长处。