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航母采用全电推是什么意思?

作者:机械网
文章来源:本站

  

航母采用全电推是什么意思?

  全电推进方式就是推进器不再是传统的推进方式而且采用了推进电机作为动力源,来推动舰船前进的新型动力方式。我们在这里要弄明白全电动力,就要先明白传统动力都是怎么回事。

  舰船无论在水面还是水下航行都需要动力源带动螺旋桨旋转推动水流,从而产生反作用力,推动自己前进。目前舰船大多采用,蒸汽机,柴油机,汽油机,燃气轮机作为动力源,这些动力源通过运转做功,输出动力,再通过减速机,动力输出轴传递给螺旋桨。是化学能直接转变机械能的方式。这里的缺点就是,浪费能源,效率不高,很大原因在于减速机吸收了一定的能量,而且噪音还特别大。

  而全电推进就同样的动力源,带动的是发电机,直接发电,发电机通过电缆直接把能量输出给用于推进的电动机螺旋桨,省去了中间的减速机,这样的效率就提高一定的水平,也减少很多噪音(这方面对潜艇很重要)。

  全电推进看似简单,实际是很复杂的系统。首先就要设计好推进电机,而且是要在水下,要拥有强大的功率,怎么设计这就是一个需要研究的思路。有了推进电机,就要有供电系统,这个系统就要与电机相配套才行,供电系统要能合理分配全舰的各个单元的用电情况,这套供电系统就成为了全舰的核心装备了,不是哪个国家随便就能研制装备的。

  我们国家是后起之秀,同样跟随世界前沿技术的发展,全舰电力推进自然会努力公关。我们的国宝级科学家“马伟明院士”带领其科学团队,攻克了电力推进系统的难关。

  全电推进就是很好的解决了动力系统能源浪费的问题,把舰船有用的功率都能得到合理的分配,这样,全舰电力综合系统就是关键设备。所以说全电推进不只是一个推进方式改为电机推进,而且整个电力系统的一次大改革。

  这样的解释不知道是否我说的清楚,欢迎留言评论。

  全电推进指的是采用电动机作为航母的主要动力,相比传统的机械传动,占据空间更小,效率更高。缺点就是对材料学要求较高,就目前而言可靠性较差。

  其实活塞式发动机与电动机的争斗早在百年前就已经开始了。法国的圣沙蒙坦克是目前公认的世界上最早采用电动机作为动力的坦克。在此之前,坦克(虽然没有几款)采用的都是常规活塞发动机动力。这也从侧面证明,电动机和常规动力的争论其实在百年之前就已经出现了。

  而军舰采用电动推进的难度远在坦克这种地面武器之上。原因很简单,最轻的驱逐舰排水量都要在千吨以上,大型军舰更多的都是万吨以上,动辄3-5万吨的大船就不是电动机放大这么简单了。

  常规动力的军舰一般采用柴油或者重油锅炉,大型军舰一般采用重油锅炉或者核动力。以美国的小鹰级为例,小鹰级的动力采用4台蒸汽轮机,通过燃油烧热水烧出的高温高压蒸汽推动燃气轮机,然后将巨大的动力通过一根长长的联动轴传输到舰尾,然后通过螺旋桨做功传递出去。

  简单来说,常规动力就是烧油→烧开水出蒸汽→蒸汽机输出动力

  全电推进使用的燃料和发动机与常规的没有啥区别,只不过将烧热水利用蒸汽机的输出动力用轴连接的方式改变为利用动力发电,再利用电线传导给发电机。这样的好处就是减少了传动轴的空间,大幅度提高机械效率,同时减少水密难度并节省空间。

  简单来说,全电推进就是烧油→烧开水出蒸汽→发电→电动机输出动力

  一般来讲,一艘军舰上采用传动动力结构推进的机械效率不足20%,这主要是因为燃气锅炉本身的缺点再加上传动轴和变速箱导致的机械效率降低。但是如果将燃气锅炉的动力转化为电力再传导到电动机,其整体效率会提高到25%-27%。虽然依旧很低,但是考虑到整艘军舰作为如此庞大的一个整体(实际上还是因为烧热水的效率真的不高),提高1%的效率对于军舰来说都是飞的突破。

  除此之外,全电推进的另一个作用就是简化舰船内管线和布局。由于机电设备的广泛应用,军舰上的电子设备越来越多,将其中一部分动力输出发电,另一部分推进的机械结构太过复杂。让所有设备都使用电力,包括军舰战斗用电、生活用电全部统合在一起,大幅度简化军舰管线的同时也能简化资源调配。

  虽然好处多多,但是航母这个级别的全电推进还是很困难的。美国福特级一号舰福特号就是采用的常规推进,而非电力推进。可靠性依旧是最大的问题

  目前包括航母在内的大部分舰艇采用的推进方式还是由舰艇主机带动齿轮变速箱、主轴、螺旋桨的传统方式,全电推就是依靠舰艇主机带动发电机发电、利用产生的电力带动电动螺旋桨或者喷水推进泵的推进方式,由于全舰动力、雷达、日常用电等集成管理、应用,这种方式也被称为综合电力推进系统。

  全球各主要海军强国的主战舰艇中,只有英国的“伊丽莎白女王级”航母、45型驱逐舰和美国的DDG-1000驱逐舰采用了电力推进系统,“伊丽莎白女王号”航母是全球唯一一型采用电力推进的航母,也是现役吨位最大的电力推进舰艇。“伊丽莎白女王号”航母满载排水量约65000吨,装备2台“罗.罗”公司生产的MT-30燃气轮机、总功率约72MW,2台11MW 16缸柴油机、2台9MW 12缸柴油机,配套4座20MWe级发电机,带动电动机驱动的2具5叶螺旋桨,最大航速约27节。

  相对于传统驱动方式,综合电力推进系统的主要优点是简化了动力系统的组成、提升了舰艇响应速度、提高了自动化控制水平、降低了动力系统噪音,但由于电力推进方式对于大型舰艇来说,技术应用方面尚不成熟,包括“伊丽莎白女王号”航母、45型驱逐舰及DDG-1000驱逐舰在内,都先后出现过动力系统问题,虽然上述各舰均已服役,但总体上来说综合电力推进方式尚未得到大范围应用。

  从舰艇动力(包括航母在内)发展来讲,电力推进方式是未来舰艇动力发展的必然趋势,美国最新的“福特级”航母目前虽然采用的还是传统推进方式,但已经明确争取在3号或者4号舰上能够采用电力推进方式。随着电力推进应用技术的不断完善,距电推航母出现已为时不远。

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  航母采用全电推的意思来源于船舶设计理论:

  凡是一艘需要依靠船只本身动力装置进行移动的船,按照传统理论都要分为主机和辅机两部分,其中主机是直接推动船的螺旋浆旋转的动力,只有螺族浆的运动才能产生船的推进力,传统的大型船只的主机都采用柴油机或燃气轮机,主机发出动力以后通过曲轴和齿轮系统传到主轴上,螺旋桨则是坚定在主轴上旋转的,因此主轴是传递主机所发动力至螺旋浆的中介体,由于传递系统是传递机械力,动力消耗很大,按以往数据,柴油机发出的动力传递到螺旋浆的最高效率难超越35%,燃气轮机发出的动力传递率难超45%,所以传统方式动力传递消耗很大,传递装置产生的热量散发又造成局部船体仓位的高温,同时带来的噪音也很扰人。

  航母采用全电推就是把主机发出的动力带动发电机,发电机的电能传输与机械能传递系统完全不同,它具有可控性,这种可控性机制靠船上的电子计算机来完成,电能通过电缆传递至船只尾部的时候进入一部电动机,由电动机带动主轴旋转,从而使动力传递到螺旋桨上,笔者没有查阅相关数据,但可以肯定这种动力传递装置效率很很高,动力传递率达80%以上都有可能,这样就可以节省动力传递装置的空间,降低有关仓位的温度,消除了不必要的噪音。

  航母是一个高效的的海上移动的飞机場,造价昂贵,采用全电推系统有利用节省成本,有利于改善航母驾使人员航母维护人员的工作环境,是一门很好的新技术。

  感谢邀请,我是军事研究者狼头。

  航母动力分为几个阶段,第一,常规动力,也就是烧油的蒸汽轮机;第二,核电+蒸汽轮机阶段,第三,就是目前老美福特级采用的全核电推动方式。

  第一种的话,航母航程直接受期运载燃油的量的约束,另外发动机产生的废气和热量都将成为暴露自己的因素,航母的续航和作战综合性能受到极大限制。我们的辽宁号航母就属于这个初级阶段,真实遇上有反舰武器的强国,对于辽宁号的威胁还是很大的。

  第二种属于核动力时代,比较成熟,也是世界上现役核动力航母中的大多数当式,核反应堆先产生高压电能,然后经过变压适应蒸汽轮机,热能带动蒸汽轮机运转,这个过程中核反应堆的能量损耗是极大的。

  第三种也就是美国最新的福特级航母所采用的动力当式,核反应堆+电动机,中间还是需要变压,但少了蒸汽轮机,这样设计航母的动力空间就小多了,减少了不必要的热量释放,有利于航母隐蔽性,很安静,推力也更大。

  总结,航母全电力推进,也就是单说的核动力航母的动力设计,从传统的核反应堆+蒸汽轮机,到核反应堆+航母全电力控制系统(就是中国获得最高科学奖那个技术)+电动机的模式转变,这反应了对核能控制能力的提升,也是航母最核心动力革新的展现。

  我是狼头,这是军事老兵的一点见解,希望能够抛砖引玉,欢迎拍砖。

  大家知道传统航母的动力是分为两部分,一部分用于发电,供航母上的雷达等各种电器耗电,一艘航母用电相当于一个5万人口城市用电的总和,其动力一大部分是用来发电。而另外就是通过机械传动,驱动航母前行。因为是两套独立系统,就会产生很大浪费。

  而全电推动,取消了为机械传动提供动力的环节,所有动力全部用来发电,然后雨分配给动力系统和雷达等电器,这就是马伟明院士发明的综合电力系统。综合电力全电推动在英国和美国都有运用。但马院士比他们的先进,一个是中压直流,解决了电力的稳定性问题,二是无轴泵推技术,这个对潜艇降噪至关重要,去掉了传动轴和减速箱两大噪声源,直接由电缆连接电动机驱动螺弦桨,这是个跨越,美国因为还是中压交流,都没有这个技术。这都是马院士的功劳。

  电推进技术是相当于化学推进而言;电推力器是在轨道上利用离子的反作用力产生微弱的推力的一种推力器。

  局座曾说过,舰船综合电力系统是舰船动力平台的第三次革命。它将日常供电、电力推进供电和现代高能武器供电三者合而为一。由于取消了传统的机械推进装置,从源头上降低了声隐身问题的解决难度,同时为电磁轨道炮、激光炮等新概念武器上舰创造了条件。

  全电推进技术的优势在于,驱动声音在海洋环境中几乎没有了,而且航母的加速很好、续航速度也会平稳。

  国产全电推进装置

  马伟明院士曾经说,全电推进系统中国领先美国一代 美赶上需十几年。言明,这一推进系统的核心无疑还是电动机,而在马院士的一系列论文中,提出研制“先进无轴推进系统”,这一装置除了变频器需要安装在船体内,整个系统都能吊挂在船体之外,成为吊舱推进器的组成部分,但又不额外增加吊舱的复杂程度,降低可靠性。这一系统同样比目前西方电推所采用的感应式电动机先进一代!

  所谓全电推动是指整个动力系统都是电力拖动方式。说实话,挺不放心的。

  电力系统的最大问题是过载能力差,抗故障能力差,系统能量分配相对发电机来说具有很方便的技术操作性,与之相对应的是发电机产生电能的量控制方式非常困难。

  传统燃气轮机的工作方式能量损失大,但是使用方便,过载能力超强,适应性好。

  说起来全电推最大的好处就是提高效率,基本上理论效率可以达到最大。问题是太娇气。不知道我们会不会遇上美国人同样的困惑,毕竟驱动的是军舰,功能最重要。我选择相信马院士。说良心话,忐忑......

  个人认为,归根结底还是核动力。利用核反应堆的运转,所产生出来的无穷的能量,并将这种能量转化为电力。而中间不是依靠传统的蒸汽轮机为发电机组发电。这样可以减少和简化动力系统设备的数量,还可以大幅度减轻整艘军舰的重量结约空间。这样具有十分重要的意义。

  船舶的全电推进实际上不是什么新概念,常规潜艇在潜航时就是用的电力推进。只是近年机电技术水平、尤其是容量、可靠性和电力储能方面取得了长足的进步,所以才能用于大型的作战舰艇。传统的船舶和全电推进的动力来源依旧是热机或核反应堆,差异是动力分配实现的方式不同。传统的动力依靠机械方式将动力输送至动力输出点(有一部分也会通过发电机转换成电力,提供给需要用电的辅助系统),其最大特点是主推进器与动力源通过机械变速系统和驱动轴连接;而全电推进的船舶动力源产生的能量全部由发电机转换成电能,再通过配电系统输送到各动力输出点,其主驱动器是由电机驱动(甚至会与电机做成一体式,如中国装备在新一代核潜艇上的无轴泵推系统),与动力源通过配电系统连接。

  全电推进的优势是容易做到高冗余度,动力分配(时间和空间两方面)及设备排布更灵活,易于控制振动和噪声。

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