舰艇动力系统及装置发展趋势分析

段旭阳

（海军工程大学干部训练大队，湖北 武汉 430033）

舰艇动力系统及装置发展趋势分析

段旭阳

（海军工程大学干部训练大队，湖北 武汉 430033）

舰艇动力系统是舰艇的心脏，其工作能力和运行状态决定着舰艇的综合性能。随着现代舰艇技术的发展，舰艇动力系统及装置获得了快速发展，其性能也越来越高。在满足现代海运需求的同时，也对舰艇的动力系统提出了更高的要求。为了促进舰艇动力系统和装置的现代化，需要对其进行更为长远的战略规划。

舰艇；动力系统；先进技术；节能

动力系统是舰艇的核心部位，舰艇各个功能的实现，都离不开动力系统的支持。选择合适的动力系统，才能够使舰艇充分发挥其性能，满足舰艇建设的需要。在舰艇的整体造价中，动力系统的造价为舰艇总造价的1/5，因此舰艇动力系统及装置是极为昂贵的，选择可靠、耐用、节能的经济型动力系统，对于降低舰艇的制造费用，提高舰艇的经济效益有着重要的作用。

1 舰艇动力系统的发展状态

1.1 柴油常规动力系统

柴油常规动力系统的使用已经走过了100多年历史，其动力系统技术较为成熟，在世界上柴油动力系统具有广泛的使用范围，是目前最为主要的常规动力系统。

柴油常规动力系统由柴由柴油内燃机作为动力，依靠燃烧柴油作为动力。相比较使用汽油作为燃料的汽油机，柴油机具有更大的扭矩，能够产生更大的动力。得益于柴油可燃温度较低，柴油发动机不需要点火系统，仅仅需要压缩空气就可以使柴油发动机运转产生动力。在舰艇上使用柴油机做为动力系统，是将柴油燃烧过程中产生的能量转化为机械能，以此推动舰艇的前进。起初柴油机的马力普遍不大，仅在20000马力以下，随着柴油机技术的发展，其马力逐渐提高，目前低速柴油机的马力在50000以上。柴油机常规动力系统所具有的技术优势在于其热转换效能，能够达到每分钟100转，充分发挥出柴油机的动力。柴油常规动力系统具有启动速度快、动力强劲、安全可靠、耐用性强的特点，在常规动力中占有重要的地位。柴油动力系统分为二冲程和四冲程，根据其转速的高低，可以适用于不同的舰艇上，如二冲程柴油动力系统，由于其转速较低，可以更好地推动螺旋桨的转动，因此在大型和远洋舰艇上，主要使用二冲程柴油动力系统。四冲程的柴油动力系统，由于其转速较高，对齿轮耐磨要求较高，且动力装置构成复杂，需要加装齿轮减速箱等，因此其主要应用于小型舰艇之上。在世界范围内，使用柴油常规动力系统做主动力系统的舰艇有90%左右，在这90%之中，使用二冲进程的有50%左右，四冲进程的有25%左右。

1.2 燃气轮动力系统

燃气轮动力系统出现的较晚，第一艘服役的燃气轮动力系统舰艇出现于2000年。燃气轮动力系统具有体积小、质量高、故障率低、动力足的特点。如第一台使用燃气轮做动力系统的游轮，其航速就达到了24节。燃气轮动力系统主要被应用于游轮和高速客船，而不适用于远洋轮船。导致这一结果的原因在于燃气轮动力系统需要燃烧昂贵的蒸馏油，使得燃气轮动力系统经济效益差。虽然燃气轮动力系统比柴油动力系统更加环保，受限于经济成本，而没有得到大规模的使用。燃气轮动力系统可以消耗较少的燃料，而产生较大的动力输出。燃气轮动力系统中的联合动力装置可以有效降低油耗，实现节能的目的。自2000年第一艘采用燃气轮动力系统的游轮投入使用，以实践经验便表明了燃气轮动力系统的高度可靠性，其热转换效率也高达40%左右。

1.3 电力推进系统装置

电力推进系统装置是新兴的一种舰艇辅助装置，其产生目的旨在提高舰艇的航行稳定性，提高舰艇的航行速度。电力推进系统装置自诞生起，便受到了广泛的关注，被应用于舰艇之上。电力推进系统装置具有设计简单、灵活布线、轴距较短、安全系数高的特点。电力推进系统装置在设计上更加科学，综合舰艇的整体布局而进行排线，使电力电缆代替了原有的机械连接，大大提高了电力设备的可靠性。为了避免出现短路现象，电力推进系统装置采用了备用电路，提高了安全系数。为了提高电力推进系统的工作效率，可以根据舰艇的实际需要，安装推动电动机，提高舰艇电力设备的可靠性和安全性，降低了对辅助电力设备的依赖性，大大提高了舰艇航行中的安全性。电力推进系统装置可以根据舰艇的航行状态，实时调整电力的输出，如在舰艇航行过程中，若电力系统的功率发生较大的波动，电力推进系统装置可以及时调节主发电机的功率，使主发电机保持在恒定状态，以降低电力设备发生故障的可能性。得益于电力推进系统装置所具有的低速、恒功率、恒电流等特性，可以满足不同舰艇不同的需要，电力推进系统装置在舰艇中得到了极大的应用。但是电力推进系统装置对舰艇的安装环境有着特殊的要求，要求必须是具备高度机动性和特殊工作型的舰艇，才可以安装电力推进系统装置。

2 舰艇动力系统及装置的未来发展趋势

2.1 电力推进系统装置的发展趋势

电力推进系统装置所具有的灵活、经济、舒适等特性，是电力推进系统装置可以不断发展的根本原因。在未来的发展趋势上，电力推进系统装置将克服其本身的缺点，提高电力推进系统装置的适用性，使电力推进系统装置能够满足不同舰艇的需要。在未来的发展中，电力推进系统装置将主要针对能量装换损失这一缺陷，进行科学的研究。由于电力推进系统装置在高效工作状态下，需要更多的能量才可以满足，否则电力推进系统将会处于高负荷运行状态，不利于舰艇的航行，过度消耗的能量，更是加大了舰艇的运行成本。因此在未来的发展过程中，如何降低电力推进系统装置在工作时，必须进行的两次能量转换环节，是有效提高电力推进系统装置经济性的重要研究内容。随着对电力推进系统装置研究的深入，电力推进系统装置更加注重综合性能的平衡，不断优化电力系统装置的舰艇布局，降低对舰艇产生的噪声，提高变频技术在电力推进系统中的应用，以提高电力推进系统装置的节能性。

2.2 混合动力系统的应用前景

混合动力系统是未来发展的新趋势，其建立在柴油机和螺旋桨配合的基础之上。柴油机工作时的转速高低影响着螺旋桨的工作效率，两者之间存在着规律性。混合动力系统可以使舰艇操作者将内燃机保持在一个恒定工作状态，在满足舰艇航行的需要，达到节能的目的。在混合动力系统的未来发展趋势中，将更加注重柴油机和螺旋桨之间的工作规律，使两者之间的工作状态达到一个最佳的平衡点，这也是混合动力系统研究领域中的重点区域。混合动力系统所具备的技术可靠性高、能源消耗低、经济成本效益高的特点，是混合动力系统成为主要研究技术的原因。在未来的发展中，混合动力系统将在实现节能环保的基础之上，不断提高混合动力系统的恒定功率输出，提高混合动力系统的工作能力。

2.3 柴油动力系统的发展趋势

常规的柴油动力系统在未来的发展趋势上，呈现出节能、高效的发展特点。在不断提高柴油机单缸输出功率的同时，降低柴油机为此而产生的能源消耗，降低对环境的污染。得益于现代科学技术的进步，柴油机技术经历了较大的跨越式发展。目前在舰艇上使用的柴油机，其发展方向是采用模块化设计，大大提高了柴油机的可靠性，降低了柴油机的制造成本。柴油机动力系统向集成化发展，各国的柴油机研究厂商，纷纷推出了集成式的柴油动力系统，将柴油机、齿轮部位、轴系和螺旋桨等部位模块化生产，再进行集成式的组装，大大提高了柴油机的工作效率，提高了可靠性，降低了经济成本。柴油动力系统还将在噪声控制、振动控制等方面实现较大程度的进步，提高采用柴油动力系统的运行舒适性。

2.4 特种推进装置的发展趋势

特种推进装置主要应用于特殊要求的舰艇上，随着海洋开发的深入化，具有特种要求的舰艇也被开发研究出来。在特种推进装置上，主要有动力装置加可调螺旋桨装置、大功率喷水推进装置。动力装置加可调螺旋桨装置具有极强的可操作性，在世界上，一些国家已经开始应用可调螺旋桨装置系统，通过调节螺旋桨的转速，使舰艇可以实现控制动力输出、动态调整航行速度。动力装置加可调螺旋桨装置，可以配合主发动机，使主发动机的功率得到最大程度的发挥，满足特种海洋作业的需要。大功率喷水推进装置可以极大的提高客船的航行速度，大功率喷水推进装置的未来发展趋势是高功率和高效率，在动力装置上更加注重一体化的发展，满足不同舰艇的各种需要。

3 结语

舰艇动力系统对于舰艇的发展意义重大，在海洋开发不断深入的今天，做好舰艇动力系统的研究工作，对于增强我国的国防力量，增强我国的海洋开发等有着重要意义。只有研究出技术先进、可靠性高的舰艇动力系统，才能使舰艇的各项功能得到实现。从而提高舰艇航行过程中的稳定性和安全性。

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U674.7

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1671-0711（2017）01（下）-0135-02