斯普鲁恩斯(斯普鲁恩斯级驱逐舰)

前言:动力系统几十年来一直是中国海军的主要技术瓶颈,由于缺乏先进的发动机技术和制造能力,051型驱逐舰的吨位被限制在3500吨,052型驱逐舰也只增加了700吨,高性能舰用燃气轮机一度让中国海军的新一代驱逐舰发展停滞了许多年,特别是055驱逐舰的发展。

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一:“阿利.伯克”级驱逐舰上的LM2500燃气轮机

海军舰艇主要分为蒸汽机,柴油机和燃气轮机,2000~3500吨的护卫舰大多用耗油低的柴油机,不过航速只有航速20多节,排水量增到4000吨,航速要求30多节时柴油机的功率就不能满足需要了,因此燃气轮机就成为主流,美国“阿利.伯克”级驱逐舰使用的燃气轮机功率是任何柴油机都达不到的,当然油耗也相当高,所以“阿利.伯克”级驱逐舰4500海里的续航力是美国军舰中最少的,还不如4000余吨的“佩里”级护卫舰.,除了燃气轮机油耗高之外,还因为“阿利.伯克”级驱逐舰是世界第一种装备相控阵雷达的驱逐舰,设计初衷是作为“提康德罗加”级巡洋舰的副手,所以要求经济,可以大量装备,造价不能超过“提康德罗加”级的75%,

为了抵御饱和攻击,又要装上大量导弹,不得不牺牲了燃油贮备量,连直升机机库也省了,不过航母编队有补给船,为几艘驱逐舰加油不成问题。作为航母的护卫,可靠性是非常重要的,可不能动不动就趴窝,所以大量采用经过验证的装备,而且必须时刻保持严整的队形,以随时跟上核动力航母30节的最高航速,同时“宙斯盾"系统很娇贵,高航速下需要减少摇摆才能正常工作,所以“阿利.伯克”级驱逐舰把长宽比降到7.9:1以提高稳性,舰体肥大也意味阻力大增,“阿利.伯克”级驱逐舰动力比提康德罗加级巡洋舰高25%,航速反而低了0.5节,要保持着高航速就需要有一颗强大的心脏。

美国早在1975年服役的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰已经使用LM2500燃气轮机了,这台燃气轮机源自通用电气公司用于C-5"“银河”巨型运输机的TF39涡扇发动机,“斯普鲁恩斯”级驱逐舰装备了四台LM2500燃气轮机,总功率达86000马力,使“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的最大航速达到33节,而且紧急启动,紧急加速与低噪声性能超过任何柴油机,迅速装上了1977年服役的“佩里”级护卫舰和1983年服役的“提康德罗加"级巡洋舰。

“阿利.伯克”级驱逐舰同样装四台LM2500燃气轮机,但热效率从35.5%提高到36.2%,总功率提升到十万马力,使“伯克”级得以在7.9:1舰体的情况下也保持30节高航速,冷战时的美国海军航母编队编有2艘“提康德罗加"级巡洋舰和2~4艘“伯克"级驱逐舰负责防空,2艘“斯普鲁恩斯”级驱逐舰和2艘“佩里”级护卫舰负责反潜,冷战后“斯普鲁恩斯”级驱逐舰和“佩里”级护卫舰全部退役,“阿利.伯克”级驱逐舰成了万金油。

各类打杂任务统统由“阿利.伯克”级驱逐舰来干,单舰行驶变得越来越频繁,“阿利.伯克”级驱逐舰腿短的毛病就显露出来,冷战的“阿利.伯克”2级驱逐舰增加了直升机机库,但贮油量无法增加,否则排水量就增加到万吨级,本来LM2500燃气轮机有一种“能量回收”系统,可以把高温尾气转变为饱和蒸汽在蒸汽轮机上,油耗能节省26%-29%,但海军认为过于复杂不便维护而拒绝使用。

二:052型驱逐舰上的LM2500燃气轮机

中国的第一代驱逐舰是60年代开始建造,共建造了20多年,051型驱逐舰配备的是仿制自苏联56型驱逐舰TB-8型蒸汽轮机的453型蒸汽轮机,功率达36000马力,但重量和体积很大,可靠性也不高,可是当时中国唯一成可用驱逐舰动力系统,甚至本着有什么用什么的原则用于091型核潜艇,80年代初期,国家全面削减国防预算,海军现代化处于困难时期,中国海军领导人只能将有限的经费集中于少数项目上,最终确定重点突破新型驱逐舰,因为驱逐舰涉及大量科技和产业,有着牵引和带动作用,这就是052项目,这是中国海军在80年代唯一的现代化发展计划,和空军的10号工程,陆军的123工程一样成为中国军工的重点攻关项目,优先获得所有经费,受总理专管,受052项目挤压,海军的规划项目全部被推延。

作为中国海军孤注一掷的武器项目,海军把来自多个国家的最新技术全部整合到052项目上,包括法国的作战指挥系统,声呐系统、搜索雷达、电子战设备和舰空导弹,还装上了意大利的鱼雷和英国的导航雷达,动力是德国的MTU柴油机和美国的LM-2500型燃气轮机,早在70年代,中国海军就曾计划在037型猎潜艇换装燃气轮机,但配装的燃气轮机技术不过关而天折。

但海军对主战舰艇选择燃气轮机早已形成共识,052驱逐舰的研发时,中国曾经向欧洲洽谈引进"斯贝"型和“奥林普斯”型燃气轮机,但论证后认为不适合052驱逐舰,恰逢中美关系改善,美国向中国推销LM-2500型燃气轮机,并邀请中国造船业来美国考察。1984年10月,中国海军派出一个大型代表团到美国访问了40余天,在一名美国海军上校陪同下参观美国海军现役驱逐舰和建造“提康德罗加"级巡洋舰的船厂,还参观了美国海军海军基地内的科研中心、训练中心和维修保障中心,并到通用电气公司观看了LM-2500型燃气轮机的生产,

美国海军部告诉代表团,美国海军可以负责给中国海军解决维修及备品备件问题,中国海军最终决定购买LM-2500型燃气轮机作为052驱逐舰的的动力,1985年8月,中美在北京人民大会堂签订了购买LM-2500型燃气轮机的合同,答谢宴上中方还请了美国人吃了熊掌,这批20220千瓦的LM2500-30燃气轮机于1989年前交付。

不过052驱逐舰没有“阿利.伯克”级驱逐舰那么大,所以准备采用柴油机/燃气轮机交替使用,但美国没有配套的柴油机,德国MTU公司就找上门,不但同意出售12V1163TB83柴油机,而且同意转让技术,由于中国造船业没有接触到联合动力装置,又请了一家英国公司技术咨询,有了动力装置之后,中国海军于1989年9月8日在江南厂开工建造052型驱逐舰首舰,但这时中美军事合作被美国彻底终结了,2号舰建造完成后购买的LM-2500型燃气轮机已经用完了,中国海军不得不面对052项目天折的残酷现实。

三:052型驱逐舰上的UGT-25000燃气轮机

其实中国在1959年就得到苏联183K型鱼雷快艇上的M-1燃气轮机,并用11个月制造出首台样机,只是因为设计和制造缺陷试验并不顺利,后装在一艘高速炮艇上在吴淞、舟山、青岛、旅大进行海上试验,1971年移交东海舰队,这是海军第一艘采用燃气轮机的水面舰艇,中国在1958年也自行研制4410千瓦燃气轮机,1964年完成设计后进行过小批量生产,积累了设计、制造、试验、运行实践经验,后又在4410千瓦燃气轮机基础上增加空气流量和压比发展出9190千瓦燃气轮机,60年代至70年代初,很多国内产家都研制过燃气轮机,但都未能投入生产,1983年中国又在涡桨6航空发动机的基础上研制了409型燃气轮机,装在722II型气垫登陆艇上,可大型主力舰还是没有燃气轮机,新的驱逐舰不得不重回蒸汽动力的老路上。

当时中船重工703所已经开发出47000马力的453B型蒸汽轮机,比苏联1143型航母的蒸汽轮机功率还大2000马力,2台453B就达到了94000马力,接近了“阿利.伯克”级驱逐舰,中国海军就以453B型蒸汽轮机研制新的驱逐舰,项目以051驱逐舰改进型的名义启动,受限于经费,051B驱逐舰的研发经费是“拆东墙补西墙”牙缝里挤出来的,舰上装备的雷达和武器系统基本都是053护卫舰上的成熟型号,不过453B型蒸汽轮机马力够大,051B驱逐舰排水量升了6000吨级,成为海军最大的驱逐舰,1995年12月,“深圳”号驱逐舰在大连船厂开工建造,1999年2月交付南海舰队,051B驱逐舰只建造1艘,从1990年到1999年,中国海军只有3艘驱逐舰服役,而日本在这段时间服役了10余艘驱逐舰,不过这两型驱逐舰让中国造舰工业基本熟悉了大型驱逐舰的技术特点。

但是中国还是没有自主研发的燃气轮机,蒸汽轮机与燃气轮机的技术代差是无法克服的,1996年,中国向俄罗斯购买2艘“现代”驱逐舰,同年,中国开始研制052B和052C驱逐舰,2000年052B型驱逐舰首舰在上海江南造船厂动工,不久052C型驱逐舰首舰也在江南厂动工,这批052驱逐舰的动力主要是1997年4月中国的乌克兰购买的4台UGT-25000燃气轮机和2001年购买的10台UGT-25000燃气轮机,早在美国中断供应LM-2500型燃气轮机后,中国尝试和苏联引进燃气轮机,但苏联没同意,苏联解体后,中国把引进方向转向生产苏联全部舰用燃气轮机的乌克兰,乌克兰的“曙光-机械设计”生产联合体也因苏联解体俄罗斯无法维持现有舰队而陷入窘境,中国在反复比较后选择了研制中的UGT-25000第四代舰用燃气轮机。

UGT-25000燃气轮机单台功率25000~29000千瓦,效率37%,主要指标接近LM-2500早期型号,1993年11月,中乌签订了引进合同,除了出口整机外,还转让技术帮助中方国产化,但签订合同时设计工作尚未完成,直到1995年才交货,所以052B/C驱逐舰的开工时间才在1996年开始,052B/C驱逐舰装上2台UGT-25000燃气轮机和2台功率4900千瓦的MTU20V956TB92柴油机后,最大功率达57340千瓦,远远不如“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的75020千瓦,LM2500燃气轮机比较成熟,工作16000多小时可以不用大修,可利用率达0.9992,UGT-25000在重量、体积、寿命、自动化程度、油耗等方面都不LM2500型燃气轮机,由于动力不足。052驱逐舰不得不牺牲适航性和居住舒适性,将长宽比拉长到9.27,远海适应能力已经不能满足中国海军远海高强度作战的要求,于是决定研制位更大的055型驱逐舰。

四:055型驱逐舰上的QC--280燃气轮机

UGT-25000燃气轮机的国产化已经在1998年启动,2008年开始批量生产,其中燃气发生器由西安航空发动机公司生产,动力涡轮由哈尔滨汽轮机厂生产,之后年产10~15台,为大批量建造052D型和055型驱逐舰铺平了道路,与原装进口的UGT-25000燃气轮机相比,国产的UGT-25000型燃气轮机针对进口整机使用中发现的问题进行了改进,包括提高了涡轮叶片的强度和耐高温性,改进供油系统和燃烧室,加装了防震动箱体及降噪设备,提高了输出功率和可维护性,在体积、重量增加不大的情况下输出功率比LM2500燃气轮机高了40%。国产化的QC--280燃气轮机在052C型驱逐舰运行了数万小时,经过了亚丁湾护航近千小时的使用考验,中国海军对其各项性能都十分满意,由于动力充足,中国海军放弃了逐步增加吨位的老做法,直接将055型驱逐舰的排水量增加到12000吨。

大吨位就可以装备了大量武器和电子设备,但航行阻力也更大,要达到052D型驱逐舰的机动性能输出功率至少要比052D型驱逐舰提高30%以上,055型驱逐舰放弃了052D型驱逐舰的燃柴交替动力,直接装上4台QC--280燃气轮机,4台输出功率达14万马力,而美国正在建造中的“伯克"3型驱逐舰4台LM2500-30型燃气轮机输出功率只有10万马力,航速极限只能达到30节,日本“爱岩”级驱逐舰排水量比“伯克"3型驱逐舰重一千吨,动力系统却是一样的,英国45型驱逐舰动力总功率只有“伯克"3型驱逐舰的一半,上月沉没的俄罗斯“莫斯科”号巡洋舰6台燃气轮机也才13万马力,美国15000吨的“朱姆沃尔特”级驱逐舰2台MT-30燃气轮机加上和2台燃气发电机只有11万马力,全世界在动力上能和055型驱逐舰相比的军舰只有英国“伊丽莎白女王”级航母,也仅仅超过7000马力,但吨位多了5倍。

055型驱逐舰成了世界上航速最快的驱逐舰,使用1台燃气轮机就可以达到12~15节,这时续航距离达到9000海里,几乎是“伯克"3型驱逐舰的一倍,使用2台燃气轮机速度就达到20节,续航距离达到5000海里,远远超过了世界所有现役驱逐舰,日本的“摩耶”号万吨大驱之所以比原版的“伯克"3型驱逐舰大,就是因为“阿利.伯克”级的续航力太低,而日本要在美国不支持下到远海维护日本利益,就多加几个油舱,把续航力提到6000海里。

因为055型驱逐舰瘦长的舰体长宽比8.5,排水量12000吨,10到11万马力就可以航速达到30节以上,开足马力可达到34-35节,对航速超过30节的美国核潜艇威胁极大,美国核潜艇一但被发现,根本逃不脱,而且055型驱逐舰剩余功率高,不作任何改动也可以全面更新舰载雷达和武器,再增加2000~3000吨性能还是世界第一,而“伯克”3型驱逐舰9000吨的排水量已经达到极限,再加就跟不上航母了。

五:结语:

首批8艘055型驱逐舰已经全部下水,第二批055型驱逐舰可能换装综合电力推进动力装置,电力推进耗油减少10%,船体阻力减少5%~10%,噪声减少40%,再加上中国已经研制成功114500千瓦的R0110重型燃气轮机,两台R0110重型燃气轮机的最大功率229兆瓦,超过了“尼米兹"级航空母舰的198~209兆瓦,美英联合研制的MT30燃气轮机(用于“朱姆沃尔特”级驱逐舰和“伊丽莎白女王”级航母)每台功率只有37.5兆瓦,可以说,在大型舰船的燃气轮机上,中美的差距越拉越大了。

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