21世紀(jì)艦船動(dòng)力發(fā)展趨勢(shì)Part3課件

3.6.1擺線推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)原理圖

擺線推進(jìn)器的外形和安裝圖3.6.2擺線推進(jìn)器的基本原理

擺線推進(jìn)器槳葉片（不考慮樞軸旋轉(zhuǎn)）運(yùn)動(dòng)軌跡為擺線，通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)可以使圓盤上槳葉片在任何位置時(shí)都不產(chǎn)生升力（也就無(wú)推力）、或都產(chǎn)生升力（升力在船前進(jìn)方向的分力為推力），也可以在船前進(jìn)方向的分力為負(fù)推力，使船后退。推進(jìn)器槳葉片的運(yùn)動(dòng)軌跡圖槳葉片在不同位置產(chǎn)生的升力圖3.6.3擺線推進(jìn)器的特點(diǎn)由于擺線推進(jìn)器的盤面積大，是螺旋槳盤面積的2倍等原因，擺線推進(jìn)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速較低，其轉(zhuǎn)速大約是相同尺寸和功率的螺旋槳的25％。運(yùn)行轉(zhuǎn)速低了帶來(lái)推進(jìn)器的長(zhǎng)壽命，尤其是軸承和密封裝置有較長(zhǎng)壽命。擺線推進(jìn)器能發(fā)出任何方向的推力。裝有擺線推進(jìn)器的船舶不用舵和全方位推進(jìn)器，也不裝側(cè)推裝置，具有優(yōu)良的操縱性。裝有擺線推進(jìn)器的艦船運(yùn)行機(jī)動(dòng)性能好。擺線推進(jìn)器采用無(wú)磁材料，可達(dá)到很低的磁性。槳葉垂直安裝和繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，其效果實(shí)際上不受周圍水流方向的影響，推進(jìn)效率較高，在海上運(yùn)行適應(yīng)性強(qiáng)。機(jī)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，重量大，功率小。擺線推進(jìn)器具有良好的機(jī)動(dòng)性3.6.4擺線推進(jìn)器用于擺線舵利用擺線推進(jìn)器具有產(chǎn)生不同方向推力的功能，為提高螺旋槳船的操縱性，特別在低工況下的操縱性，把擺線推進(jìn)器用作螺旋槳推進(jìn)船的舵，稱為擺線舵?？捎糜谘芯看①愅?、特殊船、海軍艦船等多種船舶。擺線舵示意圖

3.6.5擺線推進(jìn)器的應(yīng)用實(shí)例瑞典landsort級(jí)掃雷艦3.6.5擺線推進(jìn)器的應(yīng)用實(shí)例韓國(guó)反水雷艦船瑞典landsort級(jí)掃雷艦

美國(guó)海軍掃雷艦船荷蘭海軍新型防空指揮護(hù)衛(wèi)艦四、艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)4.1前言

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)是把艦船推進(jìn)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)融為一體，將全艦所需的能源以電力的形式集中提供，統(tǒng)一調(diào)度、分配和管理。主要由發(fā)配電、變電、推進(jìn)、儲(chǔ)能、監(jiān)控等部分組成。艦艇電力推進(jìn)的應(yīng)用歷史悠久，早在二戰(zhàn)期間就曾流行一時(shí)。二戰(zhàn)后，由于齒輪傳動(dòng)加工技術(shù)的提高及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，而當(dāng)時(shí)電力推進(jìn)裝置笨重、效率低、成本高等問(wèn)題比較突出，使電力推進(jìn)較少采用。時(shí)至今日，大部分水面艦船仍采用機(jī)械推進(jìn)動(dòng)力。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代之后，隨著電力電子器件、高功率密度電機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展，艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)在功率密度、效率、控制等方面更好地滿足了艦船發(fā)展的需要，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。2010年前將建造的美國(guó)14000噸(DDX)多用途驅(qū)逐艦、英國(guó)7200噸45型驅(qū)逐艦和英國(guó)60000噸航母等一批新型戰(zhàn)艦都將采用綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)。美國(guó)新世紀(jì)攻擊型核潛艇——“弗吉尼亞”級(jí)首艇2004年完工，2010年后建造的將采用綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)。這樣可進(jìn)一步降低噪聲，提高隱蔽性以及給艇內(nèi)布置帶來(lái)靈活性。4.1.1艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)把電力推進(jìn)、高能武器、探測(cè)設(shè)備和日常用電綜合為統(tǒng)一系統(tǒng)來(lái)考慮和設(shè)計(jì)。能夠?yàn)榕灤傮w設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)使用、施工建造、動(dòng)力配置和選型，以及動(dòng)力系統(tǒng)的使用管理等都帶來(lái)最大的靈活性；能夠降低艦船噪聲，提高隱身性和作戰(zhàn)能力；能夠滿足高能武器電力需求；能夠降低動(dòng)力裝置全壽命周期費(fèi)用。

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)既能滿足現(xiàn)代艦船對(duì)提高作戰(zhàn)效能的要求，同時(shí)又能降低費(fèi)用，各國(guó)海軍高度重視，是新世紀(jì)艦船動(dòng)力發(fā)展的重要方向。4.2綜合電力推進(jìn)的應(yīng)用對(duì)艦船發(fā)展影響

使艦船的艦型設(shè)計(jì)、總體布置更具靈活性，需研究新的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法；電力推進(jìn)系統(tǒng)各模塊分別在各設(shè)備廠組裝完畢，運(yùn)到船廠進(jìn)行模塊化組裝，要研究新的艦船施工建造方法；電力推進(jìn)使艦船動(dòng)力面貌發(fā)生根本性變化，對(duì)發(fā)電模塊原動(dòng)機(jī)的科研和選擇、推進(jìn)器的設(shè)計(jì)和選擇；艦船動(dòng)力政策的制訂、艦船動(dòng)力結(jié)構(gòu)的調(diào)整等都有重大影響；對(duì)艦船動(dòng)力系統(tǒng)維修理念、維修方式、相關(guān)設(shè)施建設(shè)、使用管理、人員編制和培訓(xùn)都將產(chǎn)生重大影響。4.3電力推進(jìn)系統(tǒng)按應(yīng)用方式分類

混合式電力推進(jìn)——與英國(guó)23型護(hù)衛(wèi)艦相似，聯(lián)合使用機(jī)械推進(jìn)與電力推進(jìn)，推進(jìn)用電與日用電是結(jié)合在一起的。綜合電力推進(jìn)——推進(jìn)用電和艦船日常用電共用一個(gè)電源，采用電力推進(jìn)作為唯一的推進(jìn)方式，英國(guó)45型驅(qū)逐艦、輔助油船和船塢登陸艦都屬于這種形式。綜合全電力推進(jìn)——比綜合電力推進(jìn)概念更進(jìn)一步，在綜合電力推進(jìn)的基礎(chǔ)上使用先進(jìn)的電力電子器件和儲(chǔ)能裝置，進(jìn)一步提高性能，減小費(fèi)用。電力艦——在綜合全電力推進(jìn)的基礎(chǔ)上，使用更為先進(jìn)的原動(dòng)機(jī)，輔助機(jī)械實(shí)現(xiàn)廣泛電氣化。如果電力艦上采用高性能武器，一般稱為電力戰(zhàn)艦。4.4綜合電力推進(jìn)是軍事需求與技術(shù)推動(dòng)的結(jié)果

4.4.1現(xiàn)代艦船武器系統(tǒng)和日用電對(duì)電能的需求日益提高4.4.2技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)了綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展4.4.1現(xiàn)代艦船武器系統(tǒng)和日用電對(duì)電能的需求日益提高

目前艦船上攜帶燃料的80%的能量直接用于艦船機(jī)械推進(jìn)，只有20%的能量用于發(fā)電，提供武器、輔機(jī)、生活等所需的電能。未來(lái)艦船新概念武器系統(tǒng)——直接能量武器、探測(cè)設(shè)備和電子裝置都要求艦船平臺(tái)提供更大功率的電力保障。據(jù)報(bào)道，高能激光武器在戰(zhàn)備時(shí)耗電130kW，工作時(shí)為390kW；中能級(jí)激光武器耗電大約為100kW；電化學(xué)炮平均消耗電功率在1700~3500kW范圍內(nèi)，而對(duì)空作戰(zhàn)時(shí)的峰值可達(dá)7000kW；大功率微波武器大約需要5000kW；電磁彈射器需平均功率10MW等等。這些武器在未來(lái)10~20年內(nèi)將逐步應(yīng)用到艦艇上。高能武器上艦將大大改變平臺(tái)的能量供需結(jié)構(gòu)，平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮武器系統(tǒng)的需求來(lái)統(tǒng)籌全艦的能源，把原動(dòng)機(jī)全部用來(lái)發(fā)電，使更多的電能可供武器系統(tǒng)利用。

目前與未來(lái)艦船電力需求比較圖幾型艦船新概念武器系統(tǒng)以色列和美國(guó)合作研制的戰(zhàn)術(shù)高能激光武器4.4.2技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)了綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展

電力電子器件的發(fā)展高功率密度原動(dòng)機(jī)、電機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)的發(fā)展4.5綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的組成

根據(jù)功能不同，可將組成綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的所有模塊分成7種功能單元，即發(fā)電、配電、電力變換、能量?jī)?chǔ)存、推進(jìn)、平臺(tái)負(fù)載管理和電力監(jiān)控。不同的功能單元與不同類型的模塊組相對(duì)應(yīng)，在具體艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，被組合在4個(gè)分系統(tǒng)中，即發(fā)配電分系統(tǒng)、電力變換分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、能量管理分系統(tǒng)。綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)（IPS）的最大特點(diǎn)之一就是模塊化。4.6綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備

4.6.1超導(dǎo)材料與超導(dǎo)技術(shù)4.6.2發(fā)電機(jī)4.6.3配電板4.6.4變頻器4.6.5推進(jìn)電動(dòng)機(jī)4.6.6儲(chǔ)能裝置4.6.7其他設(shè)備(如變壓器、限流器等)4.6.1超導(dǎo)材料與超導(dǎo)技術(shù)

在過(guò)去的10多年中，高溫超導(dǎo)得到快速發(fā)展，其運(yùn)行簡(jiǎn)單，造價(jià)低，冷卻系統(tǒng)有較高的效率，一些高溫超導(dǎo)材料已達(dá)到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的水平。

4.6.2發(fā)電機(jī)

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)由于電站容量大，因而發(fā)電機(jī)功率較大，如與LM2500燃?xì)廨啓C(jī)配套的發(fā)電機(jī)功率達(dá)到20MW。大功率發(fā)電機(jī)一般采用中壓（3300V、4160V、6600V、11000V）系統(tǒng)。艦用發(fā)電機(jī)向高效、高功率密度發(fā)展，永磁與高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)是發(fā)展方向。永磁與高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相比，具有質(zhì)量輕，緊湊性好，效率和可靠性高的特點(diǎn)，高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面極具優(yōu)勢(shì)。永磁與高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在部分負(fù)荷工況時(shí)也具有較高的效率。美國(guó)超導(dǎo)公司研制出一種50MW、3600r/min的高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。通用電氣公司也設(shè)計(jì)和開發(fā)了一臺(tái)100MVA的高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。美國(guó)超導(dǎo)公司2001年試制的3730kW高溫超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)4.6.3配電板

配電板是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)保護(hù)和人對(duì)艦艇電力實(shí)施控制、分配、監(jiān)測(cè)的部位。配電板的技術(shù)水平主要取決于二個(gè)方面：一是電器和電工測(cè)量?jī)x表等配套設(shè)備的技術(shù)水平；二是配電板的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和制造工藝水平。配電板的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)是由目前的集中式過(guò)渡到分布式?，F(xiàn)代艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)一般采用中壓系統(tǒng)。艦船中壓配電板和中壓斷路器4.6.4變頻器

變頻器的作用是通過(guò)改變推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓、頻率來(lái)調(diào)節(jié)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。按變頻原理不同可分為脈寬調(diào)制變頻器（PWM）、循環(huán)變頻器、同步變頻器等類型，冷卻方式可采用風(fēng)冷或水冷。用于20MW先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的艦用變頻器4.6.5推進(jìn)電動(dòng)機(jī)

對(duì)艦船推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求：轉(zhuǎn)矩大，體積小，重量輕，效率高，噪音小。推進(jìn)電動(dòng)機(jī)類型的選擇與供電變頻器的選擇相關(guān)。有交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)）、同步電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)等多種類型可選擇。4.6.5.1交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單、耐用、可靠、技術(shù)成熟。法國(guó)阿爾斯通（ALSTOM）公司的先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)水平最高，已被美國(guó)海軍綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)、英國(guó)海軍45型驅(qū)逐艦主推進(jìn)電機(jī)和電力艦技術(shù)演示樣機(jī)選中（美國(guó)演示試驗(yàn)還選用永磁電機(jī)）。它在功率和轉(zhuǎn)矩密度方面有很大進(jìn)展。先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用了具有高功率密度的一些新技術(shù)。主要有：電動(dòng)機(jī)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，有效的冷卻技術(shù)。20MW180r/min先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)裝置按照艦船沖擊要求設(shè)計(jì)的先進(jìn)感應(yīng)電機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)4.6.5.2同步電動(dòng)機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)在電力推進(jìn)艦船中使用普遍，是一種性能可靠的電動(dòng)機(jī)。目前采用同步推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的例子有英國(guó)船塢登陸艦“堡壘”號(hào)和“海神之子”號(hào)（雙軸，每軸一臺(tái)6MW電動(dòng)機(jī)），以及美國(guó)海軍的運(yùn)輸油船等。這些系統(tǒng)中使用的電動(dòng)機(jī)和同步變換器技術(shù)成熟，但比基于先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及脈寬調(diào)制變頻器的推進(jìn)系統(tǒng)要求占有的空間大、重量稍重些、費(fèi)用也高。同步電動(dòng)機(jī)4.6.5.3永磁電動(dòng)機(jī)

與傳統(tǒng)繞組式電動(dòng)機(jī)相比，永磁電動(dòng)機(jī)有很大優(yōu)點(diǎn)：一是沒有轉(zhuǎn)子損失；二是使用永磁材料可以突破繞組式電機(jī)的常規(guī)限制，提高功率密度；三是永磁推進(jìn)電機(jī)的重量可以減小30%，體積可以減小40%，減少建造、維護(hù)工時(shí)和費(fèi)用等。在永磁電動(dòng)機(jī)的早期研制中，各國(guó)都采用徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在減少電動(dòng)機(jī)重量和體積方面都受到一定的限制。后來(lái)美國(guó)和法國(guó)研發(fā)了軸向磁通結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)體積更小，重量更輕。英國(guó)進(jìn)行了橫向磁通電動(dòng)機(jī)的研發(fā)工作，這比軸向永磁電機(jī)的性能有進(jìn)一步的改善。4.6.5.3.1徑向磁通永磁推進(jìn)電動(dòng)機(jī)德國(guó)西門子潛艇用永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和外形圖4.6.5.3.2軸向磁通永磁推進(jìn)電動(dòng)機(jī)美國(guó)和法國(guó)對(duì)這種電動(dòng)機(jī)做了大量的研究工作。早在1990年1月，美國(guó)卡曼公司與紐波特紐斯船廠共同研究25000hp永磁電動(dòng)機(jī)。法國(guó)艦艇建造局和熱蒙公司從1987年開始研制軸向永磁電機(jī)，首先制造了400kW，500r/min，25相的樣機(jī)。1990到1996年期間，建造和試驗(yàn)1800kW（總重14t）艦用軸向永磁電動(dòng)機(jī)的演示樣機(jī)。在此基礎(chǔ)上，1997年10月為智利海軍研制艇用電動(dòng)機(jī)。法國(guó)賣給智利的“蝎子”(魷魚)級(jí)潛艇，其推進(jìn)用的軸向永磁電動(dòng)機(jī)額定功率3.3MW，160r/min，電動(dòng)機(jī)重35t。2001年7月進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的出廠試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，電動(dòng)機(jī)可長(zhǎng)期過(guò)載10%運(yùn)行，包括輔機(jī)耗功在內(nèi)電機(jī)系統(tǒng)效率為76%到93%，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為32r/min和160r/min。盤式軸向永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖軸向磁通永磁電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖4.6.5.3.3橫向磁通永磁推進(jìn)電動(dòng)機(jī)

磁通方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向垂直的電動(dòng)機(jī)稱為橫向磁通電動(dòng)機(jī)。橫向磁通永磁電動(dòng)機(jī)主要由英國(guó)羅·羅公司國(guó)際研發(fā)中心和德國(guó)不倫瑞克理工大學(xué)共同開發(fā)。受英國(guó)國(guó)防部委托進(jìn)行了20MW、180r/min電動(dòng)機(jī)的研發(fā)工作。先設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)3MW樣機(jī)，為研制用于未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦的16~24MW橫向磁通永磁電機(jī)作準(zhǔn)備。由于英國(guó)45型驅(qū)逐艦采用了先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，所以暫不考慮制造20MW的橫向磁通永磁電機(jī)樣機(jī)。橫向磁通永磁電機(jī)是一種新結(jié)構(gòu)布局的電動(dòng)機(jī)，優(yōu)化了磁通集中的原理，改進(jìn)了電動(dòng)機(jī)的電磁性能，提高了轉(zhuǎn)矩密度。橫向磁通永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

4.6.5.4超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)

近年來(lái)，高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速。美國(guó)超導(dǎo)公司宣布：世界上第一臺(tái)735kW高溫超導(dǎo)交流同步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)成功。2002年7月美國(guó)超導(dǎo)公司又宣布3.7MW、1800r/min已完成研究開發(fā)和試制。2003年7月完成海試，費(fèi)用800萬(wàn)美元。2003年3月，美國(guó)海軍與美國(guó)超導(dǎo)公司簽訂了7000萬(wàn)美元合同，研制36.5MW船用交流同步高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，研制時(shí)間規(guī)定為37個(gè)月，2006年上半年完成試制，預(yù)計(jì)大功率低速高扭矩艦用超導(dǎo)推進(jìn)電機(jī)不久將會(huì)問(wèn)世。隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)技術(shù)將有更快的進(jìn)步。至今世界上研發(fā)成功的功率最大的高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)該高溫超導(dǎo)電機(jī)，功率3.7MW，1000r/min，電壓6.6kV，磁場(chǎng)導(dǎo)線圈BSCCO-2223，工作溫度為-405°F，定子繞組由水冷卻。外形尺寸：1594×1118mm，重量6804kg，效率97.7%。美國(guó)海軍訂購(gòu)的艦用5MW高溫超導(dǎo)同步電動(dòng)機(jī)

5MW電動(dòng)機(jī)外形圖5MW電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

4.6.6儲(chǔ)能裝置

儲(chǔ)能裝置對(duì)艦船電力系統(tǒng)而言可調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率；消除電網(wǎng)的低頻功率振蕩，改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高電能質(zhì)量；同時(shí)也為高能武器提供脈沖能量保證。能量貯存技術(shù)包括飛輪、電化學(xué)電池、可再生燃料電池、超導(dǎo)磁性能量貯存器以及大容量電容器等。超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)是利用超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)電感線圈，由交流電網(wǎng)經(jīng)變流器轉(zhuǎn)換電能而向超導(dǎo)線圈供電，將能量（電磁能）儲(chǔ)存在超導(dǎo)線圈中。在需要時(shí)可以將此能量經(jīng)逆變器送回電網(wǎng)或作其它用途。超導(dǎo)儲(chǔ)能的特點(diǎn)：一是轉(zhuǎn)換效率高達(dá)95%；二是響應(yīng)速度快；三是壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便和無(wú)污染超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)物圖4.7幾種典型的綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)方案4.7.1美國(guó)DD（X）驅(qū)逐艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖4.7.1美國(guó)DD（X）驅(qū)逐艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)永磁電動(dòng)機(jī)

DD（X）驅(qū)逐艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)電動(dòng)機(jī)原方案為先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)又采用永磁電動(dòng)機(jī)進(jìn)行陸上試驗(yàn)，永磁電動(dòng)機(jī)有更輕的重量、低工況更高的效率和運(yùn)行噪聲更低；試驗(yàn)用燃?xì)廨啓C(jī)

DD（X）驅(qū)逐艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)采用2臺(tái)大功率燃?xì)廨啓C(jī)MT30和2臺(tái)小功率燃?xì)廨啓C(jī)。陸上試驗(yàn)時(shí)的發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)采用MT30燃?xì)廨啓C(jī)（原方案為WR-21）和小檔功率RR公司的MT5和GE公司的LM500燃?xì)廨啓C(jī)；發(fā)電機(jī)組的使用情況在大部分時(shí)間內(nèi)使用兩臺(tái)小檔功率燃?xì)廨啓C(jī)，當(dāng)航速超過(guò)27節(jié)時(shí)，使用大檔燃?xì)廨啓C(jī)，使運(yùn)行機(jī)組較少。DD（X）驅(qū)逐艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)裝置圖綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)陸上試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

4.7.2美國(guó)護(hù)衛(wèi)艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)

選擇了兩種布置方案：一種是交流推進(jìn)匯流排系統(tǒng)，另一種是直流推進(jìn)匯流排系統(tǒng)。采用二臺(tái)WR21燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組（擬改用MT30燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)發(fā)電機(jī)組），以及二臺(tái)20MW的推進(jìn)電機(jī)，均采用高壓推進(jìn)匯流排（6.6kV交流電或4kV直流電）。4.7.3美國(guó)航空母艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)方案

航母空艦所需的發(fā)電機(jī)數(shù)量和推進(jìn)功率都有增加。圖示的推進(jìn)方案是在每根軸上使用二臺(tái)串接的20MW電動(dòng)機(jī)。WR-21燃?xì)廨啓C(jī)擬改用MT30燃?xì)廨啓C(jī)。4.7.4英國(guó)45型驅(qū)逐艦綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)圖

4.7.5民船吊艙綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)

世界上最大的柴油機(jī)電力推進(jìn)的游船“瑪麗女王二世”客船排水量為150000t，主尺度：345×41×10m，最高航速30kn。動(dòng)力采用CODAG柴燃聯(lián)合綜合全電力推進(jìn)裝置。由2臺(tái)LM25000+燃?xì)廨啓C(jī)、4臺(tái)瓦特西拉柴油發(fā)電機(jī)組成?？偣β?18MW。4部吊艙推進(jìn)器，每部功率為21.5MW，重量為250t，4部中靠后的2部吊艙能360°旋轉(zhuǎn)，而靠前的2部不能旋轉(zhuǎn)。裝有3部3.2MW的首側(cè)推器使船可以原地轉(zhuǎn)向。五、常規(guī)潛艇AIP發(fā)展趨勢(shì)5.1前言

常規(guī)動(dòng)力潛艇具有噸位小、噪聲低、機(jī)動(dòng)性好、造價(jià)低（約為核潛艇1/5~1/4）、技術(shù)簡(jiǎn)單、沒有核泄漏和退役后核廢料處理問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，但常規(guī)潛艇必須定期上浮充電，暴露率高，限制了常規(guī)潛艇的作戰(zhàn)使用。針對(duì)常規(guī)潛艇暴露率高和水下一次續(xù)航力小的問(wèn)題，世界各國(guó)都在尋求解決方法，其最佳途徑是發(fā)展AIP潛艇。常規(guī)潛艇AIP動(dòng)力是依靠潛艇內(nèi)部所帶的能源物質(zhì)提供能量，不必用空氣中的氧，因此潛艇不必上浮，故稱不依賴空氣的動(dòng)力。較成熟的AIP技術(shù)（按能量轉(zhuǎn)換裝置的不同）主要有：（1）燃料電池（FC）；（2）熱氣機(jī)（SE）；（3）閉式循環(huán)柴油機(jī)（CCD）；（4）閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)（MESMA）；（5）小核堆（AMPS）。5.1.1潛艇AIP技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)

一.應(yīng)用更廣泛，許多國(guó)家新造常規(guī)潛艇都在考慮裝AIP裝置；二.選擇何種AIP已從多方案論證、研制，趨向某一方案重點(diǎn)應(yīng)用研制，更多的國(guó)家選擇燃料電池AIP方案；三.研制多采用國(guó)際合作的形式；四.目前以柴—電和AIP混合動(dòng)力為主，已開始提出燃料電池的單一型AIP動(dòng)力潛艇；五.液氧應(yīng)用技術(shù)成熟。氫源由金屬儲(chǔ)氫向甲醇制氫等重整制氫方向發(fā)展。5.2熱氣機(jī)（也稱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)）

（1）工作原理：液態(tài)氧氣化后與柴油混合燃燒，產(chǎn)生一定壓力的高溫燃?xì)猓ㄒ话銥槎▔海?3個(gè)大氣壓），通過(guò)熱交換器將燃?xì)獾臒崃總鹘o工質(zhì)（一般為氦氣），由工質(zhì)推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞做功。熱氣機(jī)是外燃機(jī)。（2）特點(diǎn)：振動(dòng)噪聲比柴油機(jī)小；工作狀態(tài)與潛艇深度無(wú)關(guān)（200米內(nèi)）;結(jié)合了柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的部分特點(diǎn)，制造難度大、造價(jià)高（瑞典75kW機(jī)組，每臺(tái)300萬(wàn)美元），沒有民用市場(chǎng)作依托；（3）國(guó)外使用情況：瑞典已交付海軍三艘SE/AIP潛艇（唯一正式交付海軍使用的SE/AIP潛艇）。韓國(guó)從瑞典購(gòu)買一套熱氣機(jī)裝置作評(píng)估試驗(yàn)。日本2002年進(jìn)行熱氣機(jī)AIP裝艇試驗(yàn)。已計(jì)劃建造1艘AIP潛艇。5.2.1瑞典熱氣機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖5.2.2裝熱氣機(jī)的瑞典“哥特蘭”（A-19）級(jí)潛艇5.2.3日本“朝潮”號(hào)潛艇改裝熱氣機(jī)的布置圖5.3閉式循環(huán)柴油機(jī)（CCD/AIP）（1）工作原理：液態(tài)氧氣化后與柴油機(jī)排出的部分廢氣（清除相當(dāng)數(shù)量二氧化碳后的氣體）混合，送到柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃燒，形成閉式循環(huán)，燃?xì)庵苯幼龉?。是?nèi)燃機(jī)。（2）特點(diǎn)：?jiǎn)螜C(jī)功率大；大部分零部件與一般柴油機(jī)相同（據(jù)德國(guó)MTU公司介紹，閉式循環(huán)柴油機(jī)可以通過(guò)對(duì)普通柴油機(jī)進(jìn)行改裝來(lái)實(shí)現(xiàn)）；振動(dòng)噪聲較大；對(duì)外排氣需要一套比較復(fù)雜的輔助裝置（水管理系統(tǒng)）；（3）國(guó)外使用情況：荷蘭和德國(guó)已完成第三代閉式循環(huán)柴油機(jī)的裝艇試驗(yàn)，正在發(fā)展第四代。荷蘭“海鱔”級(jí)潛艇曾有采用第三代閉式循環(huán)柴油機(jī)的方案。5.3.1閉式循環(huán)柴油機(jī)系統(tǒng)的組成5.3.2閉式循環(huán)柴油機(jī)在德國(guó)“U1”潛艇上布置和安裝的部件圖5.4閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)（MESMA/AIP）5.4.2安裝閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)的“阿戈斯塔”90B級(jí)潛艇“漢札”號(hào)“漢札”號(hào)潛艇是巴基斯坦海軍引進(jìn)法國(guó)技術(shù)建造的第3艘艇，水面排水量1570噸，水下排水量1960t，艇長(zhǎng)76m，吃水5m，最大航速20kn，潛深300m以上?！皾h札”號(hào)使用MESMA/AIP后水下連續(xù)航行時(shí)間超過(guò)17天，將在2006年入役。還將對(duì)該級(jí)前兩艘進(jìn)行加裝閉式循環(huán)蒸汽輪機(jī)的改裝。5.4.3法國(guó)“天蝎座”（鮋魚）級(jí)潛艇

該潛艇由法國(guó)和西班牙聯(lián)合研制，水面排水量1550t，水下排水量1700t，長(zhǎng)66.4m，寬6.2m，自持力50天，水下航速20kn（>2h），續(xù)航力78000海里。推進(jìn)系統(tǒng)裝有1臺(tái)永磁推進(jìn)電機(jī)、1部螺旋槳、柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)MESAMAIP系統(tǒng)。5.5潛艇用質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC/AIP）特點(diǎn)：無(wú)回轉(zhuǎn)機(jī)械，信號(hào)特征小，隱身性好，反應(yīng)物是水；效率高（~60%）、功率密度大；電堆單元組合方便；有民用開發(fā)和應(yīng)用市場(chǎng)作依托；在潛艇內(nèi)除液態(tài)氧外，還必須要有氫源（金屬儲(chǔ)氫或其它氫化物制氫）。國(guó)外使用情況：德國(guó)在1993年研制