文/林少兰 陈晟 陈鸿

近年来，美国福特级航母和DDG1000驱逐舰，英国45型驱逐舰，德国F125护卫舰在全电综合推进的道路上你追我赶。电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究。国外已经开发了多种类型的电力推进系统，并在多种船舶上应用。这种电力系统不仅能提高舰艇的战斗力和生存力，还能降低费用，是海军高技术装备的一个重要发展方向。

综合电力推进系统组成

舰船综合电力系统是指通过电力网络将发电、日常用电、推进供电、高能武器发射供电、大功率探测供电综合为一体的电力系统。它由发电模块与技术、供配电网络及保护模块与技术、变配电模块与技术、推进模块与技术、储能及能量管理模块与技术、全系统集成技术等五大模块六大技术组成。发电模块由原动机和发电机组成，用于产生电能;供配电网络及保护模块由电缆、汇流排断路器和保护装置等组成，用于传输电能和自动识别、排除电网故障;变配电模块用于将电能分配至舰船的各个用电设备，并根据用电设备的不同电能需求实现电制、电压和频率的变换，推进模块由推进电机和变频调速器组成，推进电机将输入电能转化为机械能，推动舰船航行，变频调速器为推进电机输入电能并控制其转速，从而调节舰船航速;储能模块用于在故障状态下为重要负载提供短时电能支撑，同时为高能武器发射提供瞬时大功率脉冲电能，缓冲其充电和发射期间对舰船电网的冲击;能量管理模块用于各功能模块的监测、控制和综合管理，协调各模块的工作状态，满足舰船在不同工况下各类负载的用电需求。

技战术优势

（一）电力供应灵活、可靠、质量高

电力系统具备综合全电力作战功能，可以为舰上所有负载提供灵活、可靠、高质量的电力。由于综合电力系统是将舰上的日用电和推进用电结合在一个电力系统内，因此，全舰包括推进和日用发电机组在内的总的装机数量可减少。无论是用于推进的发电机组，还是用于日用的发电机组都能根据实际负载的需要，统一地、有选择地进行启动、停机，并使各发动机接近最佳油耗的工况运行，运行经济性好。美国海军估计，全电舰艇的建造成本比一般的燃气涡轮动力水面舰艇便宜15%～19%，运行费用可节约36%～89%。

（二）操纵灵活，自动化，机动性好

传统的机械动力推进系统当中，推进器是通过齿轮箱与推进轴连接在一起驱动螺旋桨的，而综合电力推进系统则是通过电缆与动力系统连接驱动螺旋桨，其可靠性和可维护性大大增强了。该系统便于实现自动化，操纵灵活，机动性好。除了减少总装机数量外，还可小使用推进减速齿轮装置和可调螺距螺旋桨。节约的费用足可补偿电机等设备的采购费用。电机转速易于调节，电能分配自动化、电子化。不但正反转都能提供恒定转矩，因此起动加速性好，制动快，正反车速度切换快，而且在高耗能武器和高速驱动之间调节电力方便快捷，精确高效。

（三）动力系统的布置更具有灵活性

在传统机械传动的舰艇上，舰艇的主机必须安装在传动轴附近，这就限制了动力舱的位置，必须离传动轴近，在船舶底部，集中在一个或几个相邻的舱室里。而且，这传动轴总还有点长度，得穿透好几个舱室，还要转动，不利于水密舱的密封。全电推进的舰艇，发动机和发电机理论上可以安装在船舱的任一地方，当然电动机还是要安装在传动轴上，但是电动机的体积和重量比一整套发动机、变速齿轮要小得多，因此可以安装在靠近舰尾的地方，主轴长度也大为缩短。

（四）静音效果好

综合电力系统是提高舰船声隐身性能的有效途径。声场一直是潜艇声呐探测水面舰船以及鱼雷等武器末端跟踪制导的主要途径。水面舰船的噪声源包括船壳产生的流体噪声、螺旋桨产生的噪声和机械振动产生的噪声，舰船在巡航状态时机械噪声是主要的噪声源，由原动机、推进装置和轴系、各类旋转和往复机械装置等产生。综合电力系统与机械推进系统相比，原动机与推进电机不存在机械连接，缩短了轴系，隔断了机械振动噪声的主要传递途径，降低了水下辐射噪声，大大提高了舰船的声隐身性能。

（五）舰船战斗力强

由于减少了原动机数量，特别是取消了大型传动轴承和齿轮箱的使用，可腾出有效空间以装载更多货物或武器：同时，电机又能为未来的激光、电磁等高能武器提供足够的电力;减少原动机数量，提升了舰船的操纵性，推进器由电机控制，能在全速范围内实现无级调速，比起机械传动能大大提高对指令的响应速度;此外，舰船的续航力也得到了提升，不仅降低了耗油量，同时节省的重量可装载更多的燃油。电力系统推进突破了将发动机、推进器、传动轴系布置在条直线上的传统设计模式，用电缆完全取代机械连接，原动机可以布置在任何地为一，使全舰系统和设备布置更加灵活，可降低舰船排水量。

（六）加载高能武器多

当前，激光武器、电磁炮、电热化学炮、粒子束、微波等新概念高能武器发展十分迅速，有的已逐步进入工程应用阶段。此类高能武器应用于舰船是必然趋势，但它们都需要大功率电能支持。在可预见的将来，支持舰载高能武器系统的电力需求将呈几何级数增长。根据舰船吨位航速和舰载高能武器的使用，一艘中型航母，如英国正在建造的CVF航母，电能总需求高达100兆瓦以上，其中辅助设备用电不到10%，绝大部分电能用作电力推进和发射高能武器。如何调节和保障电力推进、高能武器所需的电能，成为制约高能武器舰载化的瓶颈。

在采用机械推进的舰船动力平台中，动力系统和电力系统相互独立，无法从根本上解决这些问题。舰船综合电力系统既能提供高品质、大容量的电能，又能合理进行能量的分配使用;既能保证电力推进时的充足动力，又能满足战斗状态下的高能电力需求。因此，采用综合电力系统作为舰船动力平台是实现高能武器上舰最行之有效的技术途径，而这正是各海军强国争先发展综合电力系统的又一主要原因。

运用现状

电力推进系统在民船上应用的经验也促进了其在军用领域的发展，美、英等国及北约组织的海军也都相继开展了电力推进的可行性研究和方案论证土作。目前各国家纷纷提出了发展海军综合全电力推进舰艇的军事战略。

据最新资料显示，美、英、法、德海军水面舰艇综合全电力推进系统的研制已取得重大进展。当前世界各国的电力推进船，主要采用的推进方式有两种：一种是电力推进与其他发动机推进组合的混合式推进，如英国23型护卫舰，其采用了新一代燃气轮机，柴电联合动力装置高速时用燃气轮机，低速时用柴油发电机、电动机电力推进;另一种是全电力推进，即推进电源与船上辅助用电源由船上同电站供给，如美国的新型DD21水面舰船和英国的45型驱逐舰。据称，新造“弗吉尼亚”级核潜艇的后续艇采用此种电力推进。

DDG1000主机与辅机的选型与试验还算顺利，但在电动机方面却碰到了一些麻烦。美国海军原先打算采用DRS公司研制的永磁电机，输出功率36兆瓦。但由于永磁电机的开发遭遇绝缘、运作温度等技术问题而延迟，美国海军遂决定暂以输出功率34.6兆瓦的先进感应电机作为替代。不过，美国海军仍对功率密度更高的永磁电机充满期待，仍将持续进行相关的测试，打算在DDG1000后续改型中再应用永磁电机。

在美国海军的影响下，英国皇家海军也为其45型驱逐舰安装了综合电力推进系统，尽管他们原先打算安装柴电燃动力装置。45型驱逐舰的综合电力推进系统由两套WR-21燃气轮机组成，每组输出功率20兆瓦。此外，还有两组Wartsila 12V200柴油交流发电机组用于低速航行或维持舰内基本系统的运作，每组输出功率达2.2兆瓦。

存在问题

全电推进的缺陷在于，在实战中，一旦舰艇发生战损时，伤及电力系统，就可能造成“有电难送、能送难配”的尴尬局面，导致舰艇的机动能力、作战能力，甚至损管能力受到不可估量的影响。

（一）电力线路易损

用电路传输代替轴系传输能量，简单高效，节省空间。但是柔性电缆的绝缘套管和金属外护套强度不高，即便加上薄钢管，其战时防护能力也相当有限。而机械轴系中的传动轴（包括中间轴、推力轴、艉轴)的材料均采用锻钢件。这样高强度材料建立的轴系，能够在很大程度上，对抗鱼雷、导弹、炸弹等爆炸产生的冲击波，最大限度的防止轴系产生位移、应力等冲击响应。

（二）计算机分配和控制电力脆弱

用集中化管理和分配电能，在推进系统和高能设备之间进行快速切换，短暂限制其他系统耗能，响应快、精度高、省人员。相比之下，传统的人工+机电式电力分配柜，在正常情况下由主配电板供电，当检测到主配电板失电后，联络开关自动断开，自动启动应发电机，启动失败则发出声光报警，启动完成后自动合闸供电，当主配电板恢复供电后，应急发电机组自动分闸，随后联络开关自动合闸，延时后手动或自动停止应急发电机。其效率虽低，但安全性非常高。而全电推进系统中，由于舰艇的推进电能和日常用电、武备用电三者全部依赖于计算机集中化分配，一旦配电的设备战损，即便电能的传输没有问题，仍将导致电能无法分配而出现无电可用的状况。

（三）新型武器装备对电能高依赖

传统舰载武器虽然对雷达和光电装置的依赖也是很高的，但仍有部分火炮、鱼雷等武备具备人工装填和光学瞄准发射的能力。而近年来，采用激光炮、电磁炮全面替代传统舰船火炮，航母采用电磁弹射、电磁拦阻、电动升降机等全电设备的呼声日高。美国福特号航母的电磁弹射系统的强迫储能系统要求在45秒内充满所需要的能量。最大的舰载机起飞一般需要消耗的能量为120兆焦,四部电磁弹射系统同时充电,充电总功率可达16兆瓦，另外还有电磁轨道炮、升降机、激光等其它用电设备，加起来航母总功率达60兆瓦以上。舰艇武备高能化的做法，无异于进一步将舰艇战力与电能安全高度耦合。一旦电力系统受损，不但舰艇无法机动，甚至无法进行有效的防御性作战。

（四）损管能力差

机械式推进装置的空间大是一种缺陷，但也因此提供了让人进入维修的空间。电力传输管道一般空间狭小，战损维护进入比较困难。另外，全电推进的舰艇高压电力传输面临战损时，海水大量涌入、金属管线破损、抢救空间黑暗的情况下，损管必须格外小心，否则更加容易因漏电短路造成燃烧。而电力线路的燃烧将沿着电路迅速波及全舰，这时的动力传输变成灾害传输——效率也很高。这将给本来已经困难的损管工作带来更大的危险和不便。电力和配电系统的维护复杂度，一般要高于机械装置，往往需要知识层次更高的技术人员、更加精密的检测设备、更加专业的维护工具。而在战时，特别是在战损时，这些复杂条件本身，就构成了进一步的脆弱性。