伍赛特

（上海汽车集团股份有限公司，上海200438）

引言

舰艇动力装置通常是指为舰艇航行提供推进动力的机械、设备与系统。通常由其来实现动力装置的技术要求，所以又可称其为主动力装置、推进装置或推进系统[1]。此外，舰艇还需要提供除推进动力以外的各种动力和能量来源，包括发电站及电力网路、压缩空气等系统，其被统称为辅助动力装置[2-6]。

舰艇动力装置是由数量总多、用途不同的机电设备和系统所构成的统一体，设备及系统之间存在着密切联系和相互影响，由此形成了一个复杂而完整的工程系统，其中以主动力装置为主体[7-9]。

1 舰用柴油机动力装置的技术特点

舰艇动力装置不仅是现代舰艇的重要组成部分，而且直接影响着舰艇的战术技术性能。柴油机由于其技术性能的某些特点，例如：在宽转速范围内具有较高的经济性，起动及加速性能好，重量尺寸轻小，空气消耗量较小，可直接反转等。此外，其还具有在较高背压和较高进气真空度下工作的较高可靠性，并能通过采用非磁材料及进行磁补偿等措施使整机具有低磁性等特点。所以，目前柴油机动力装置仍被广泛应用于护卫舰、猎潜艇、快艇、常规潜艇、扫雷艇等战斗舰艇及大量军用辅助船舶上。由于柴油机技术的进步，其在海洋军用设备中的应用，已由中、小型舰艇向更大的功率、更高的可靠性等方向发展[10-11]。目前，柴油机目在水面舰艇上的主要用途如下：

1）作为导弹快艇和巡逻型导弹护卫艇动力装置的主机。快艇的发展方向是导弹化、大型化，同时对航速要求较高。

2）作为中、小型水面舰艇的主推进装置或柴-燃联合动力装置的巡航机组。

3）作为扫雷艇用主机。这种柴油机要求低磁性[12]，为此采用非磁性材料或对柴油机进行磁补偿。将柴油机变化的磁状态视为地球磁场的函数而进行自动补偿。这样就使由铁磁材料组成的柴油机可基本不作改变，而保持其原有的机械性能和运转可靠性，这对后勤保障、维修及人员培训都带来极大的便捷性。

2 柴-燃联合动力装置的现状与技术特点

自从20世纪初期60年代以来，世界各国开始在水面舰艇上逐步采用燃气轮机作为动力装置。在多年的实践使用中证明，燃气轮机具有单机功率大、重量轻、体积小、起动、加速性能好、振动小[13]、噪声低，可以整体吊装等较为突出的优点，其适于作为中、小型水面舰艇的主机。但是，目前现有的和近期发展的燃气轮机在技术性能上仍有不足，主要是：

1）燃油消耗率高，尤其是在部分负荷下的燃油消耗率仍比柴油机约高50%[14]。

2）燃气轮机的耗气量明显高于柴油机。其需要配备独立的进排气系统，在进出口处要安装消声器和其他除盐、清洗等设备，要占用一定体积的舱室和甲板面积。

3）燃气轮的动力涡轮输出轴转速较高，为了保证螺旋桨的效率，必须设置减速器，所以小功率燃气轮机动力装置的转速更高，加上减速器重量后的比重量指标并不一定优于高速机。

此外，由于燃气轮机排气温度可达500℃左右，柴油机的排气温度一般低于350～300℃，所以其红外幅射明显高于柴油机。当环境温度有所升高时，燃气轮机的功率下降明显高于柴油机[15]。当排气背压增大时，柴油机具有较好的适应性。

由此可见，燃气轮机作为舰艇动力装置，在性能上虽然具有突出的优点，但也并非完美无缺的，目前其还不能十分完善地取代其他动力装置。

巡航柴油机与加速用的燃气轮机所组成的动力装置，称为柴油机-燃气轮机联合动力装置或简称柴-燃联合动力装置。通过采用该类装置，既能保证舰艇在巡航工况下，具有柴油机动力装置良好的经济性，以获得最大的巡航续航力，而又能在高航速工况下，具有燃气轮机动力装置功率大、重量尺寸轻小、起动加速性好等一系列优点，使舰艇具有航速高、续航力大、机动加速性好等突出的优点。

对中、小型水面舰艇来说，柴-燃联合动力装置是目前发动机性能水平条件下的一种较好型式的动力装置，配备柴-燃联合动力装置的舰艇，具有动力装置总功率大、航速高，巡航经济性好、续航力大，动力装置的重量及尺寸适中等比较突出的优点。因此自1958年柴-燃联合动力装置护卫舰问世以来，已在各国海军中获得广泛的应用。

3 柴油机在水面舰艇上的应用

由于高性能的高速大功率柴油机已形成系列化生产，所以在4 000 t以下的水面舰艇上，采用全柴动力装置与采用全燃动力装置比较，主要具有以下优点：

1）燃油耗率低，尤其在低工况时更为明显；

2）空气耗率低，排气量小，排温低，红外辐射少；

3）容易解决倒车问题。

高性能的大功率高速柴油机对中小型舰艇而言，是一种具有显著优点的推进装置。其可作为护卫舰、猎潜艇、扫雷艇、快艇，常规潜艇以及高速军辅船的动力装置[16]。

3.1 护卫舰

目前，对于高性能的护卫舰对其动力装置主要有以下技术要求：需要有足够高的功率、重量轻、体积小，经济性好、性能可靠、寿命长、维护工作简便、自动化程度高且费用低廉。

为护卫舰选用柴油机时，不仅应注意到功率、比重量及尺寸等指标，更应注意油耗率、可靠性与使用寿命等要求。由于各国护卫舰的排水量和航速相差甚远，且又有全柴动力和巡航动力之分，故被选用的柴油机类型较为广泛。

其中，主要选用的是中速柴油机。少数国家选用中速大功率柴油机，我国也选用了中速柴油机。近几十年来，国外为机车等用途而研制的但具有较大通用性的中速柴油机发展很快，引起了各国海军的重视，因此在护卫舰上广泛地采用了这种机型或其变型机。在选用的同时，也应为满足舰用条件而进行必要的改装。例如部分机型用钢质曲轴箱代替原来的铸铁曲轴箱以满足抗冲击性能，同时选用非磁或低磁材料取代铁基材料以改善低磁性能等。

3.2 快艇

快艇包括鱼雷快艇、导弹快艇、高速护卫艇等各种高速攻击艇，是我海军重要的突击兵力。其主要打击目标为敌大中型水面舰艇及护航、登陆编队。是我海军近海防御中主要兵力之一。

快艇的较高航速是其主要技术优越性之一。同时，由于其排水量比较小，小于鱼雷艇而大于导弹艇。近年来，国外新建的快艇均向大型化、导弹化方向发展。快艇艇型多采用滑行艇型或水翼艇型，亦有采用半滑行型及排水型。

在该功率范围下，可通过高速和中速柴油机运用多机多轴或多机共轴等组合形式，以发挥其技术长处。因此大部分快艇的动力均为全柴推进，少数为柴-燃联合动力或全燃动力。根据以上情况，用于快艇的柴油机具有以下特点：

1）通常采用高速机或中速机，前者被大量应用在排水量较小的快艇上，后者用在排水量较大的快艇上。

2）可靠性尤为重要。快艇在进入攻击、撤离战斗时要求较高的机动性以弥补其本身防御能力较薄弱的劣势。因此柴油机的主要工况都是在中等负荷以上且瞬时的变化十分剧烈。除了能适应这些特殊需求外，在整个战斗活动过程中应能可靠地工作，也就是在规定的使用时期内不产生机械故障而被迫停机。

3）发展和采用通用机型来取代快艇专用机型。快艇的航渡和作战时间相对其他战斗舰艇而言较短，且主机的修理往往采用整机互换的方式进行（即把超过或达到使用期限的主机从艇上整机吊出送到专门的修理厂、所进行修理而立即将型号完全相同的已经修理好的备用主机换上），因此其对其寿命的要求可相对较低，也不要求在艇上进行除一般性的调整以外的检修工作。该条件的放宽为柴油机的通用性的优化提供了更良好的条件。目前已有许多国家采用该类方法来解决功率、尺寸重量与寿命、可靠性，经济性等方面因素之间的矛盾。目前，由于快艇排水量、续航力的增加对主机的重量指标要求略有降低，而对寿命和经济性却在逐渐提高。

4）可满足低速大扭矩的要求。当柴油机用作滑行艇和水翼艇的主动力装置时，当转速较低时，要求主机具有较高的扭矩。其能在许用转速范围内主机的扭矩均大于螺旋桨所要求的转矩且有一定的加速力矩以满足加速性要求。由于一般的自由涡轮增压柴油机限制特性的特点是在低转速区域内，其扭矩相比高转速时更低，这种趋势在增压比越高的柴油机表现得更为明显，而且转速越低该现象也会更明显。在选择柴油机时切不可忽视其限制特性，同时应满足推进特性要求。由于水翼艇存在着阻力峰，当采用具有较高增压比的柴油机时，由于该类机型具有低速大扭矩特性，因此相对增压比较低的柴油机具有更大的扭矩贮备，可使水翼艇获得较大的加速扭矩，从而能较快地越过阻力峰，使全艇具有良好的加速性能。

5）可实现远距离操纵及自动化。由于快艇上机舱容积小，高速柴油机的噪声大，快艇在进行攻击和规避时又要求很高的机动性，因此迫切要求实现可靠有效的远距离操纵和动力装置管理自动化。

3.3 登陆舰

登陆舰的排水量通常相差较为悬殊，小的仅几十吨，大的有数千吨甚至万吨以上。主要任务是载运兵员及装备在敌前实施登陆，其航速与作战舰艇相比并不高。排水量较小的登陆舰所需的功率也相对更小。因此几乎所有国家的登陆舰绝大多数都选用柴油机作动力。

以坦克登陆舰为例，其通常应具有一个从船艏到船艉的通舱以便于坦克的装载和登陆。机舱通常布设于通舱的下方。因此要求主机的高度尽可能小些，但对宽度的要求并不严格。高速和中速柴油机则具有这方面的优点。

考虑到登陆舰平时的运输任务较重且航行时间长，续航力大，因此经济性、寿命指标比较高。综合这些要求，在排水量较大的坦克登陆舰上以中速柴油机更为优越，排水量小的则以高速机为佳。

登陆舰在登陆时要求微速冲滩。退滩时，则一般先用主机倒车将舰体拉动后再同时用艉锚拖，此时螺旋桨在浅水中工作，又有大量泥沙，因此主机的负荷较大。为此，动力装置应具有大于60%持续功率的倒车功率且能保证微速航行（约为全速的1/3左右）。目前，坦克登陆舰的动力装置通常具有如下技术特点：

1）主要采用柴油机推进；

2）大型登陆舰多采用中速机，中、小型登陆舰则多用高速机；

3）柴油机的选型强调经济性、通用性，甚至主机及辅机均为同一型号，也可采用用于机车或其他水面舰艇的柴油机型；

4）采用双机或多机并车推进方式日趋增加。

3.4 扫雷艇

扫雷艇担负基地，港口和航道上的扫雷任务，长期在布雷区内航行。其对柴油机提出如下要求。

3.4.1 动力性能要求

扫雷艇动力装置的最大持续功率是根据拖带扫雷具时的最大航速的推力来决定的。扫雷舰在收放扫雷具时要求较低的航速，通常柴油机的最低功率受最低稳定转速的限制。同时，还要求柴油机有低速大扭矩的特性。

3.4.2 低噪声、低磁性和高抗冲击性能要求

低噪声与低磁性是扫雷艇防雷性能的主要因素。大多数国家在扫雷艇上设置隔振座及弹性联轴节等隔声减振措施，有的还安装柴油机的隔声罩，使噪声减少。同时，在其进行扫雷作业时，要求有更高的抗冲击性能。

上述技术要求都有利于发挥柴油机的长处，因此目前国外主要扫雷艇上几乎均采用低磁耐冲击的柴油机作主机和辅机。此外，柴油机型应选用通用机型，以便于战时能大量建造和装备部队。如美国的各级扫雷艇的主机及辅机也都选用同一机型。

3.5 其他用途

高速柴油机具有独立性好，起动加速性能快等优越性，因此不仅可用作舰艇上的常规发电机组，还可用作应急电站，同时还有部分核动力和燃气轮动力舰艇设有高速柴油机作为应急推进主机。

4 结论

尽管在整机功率等方面相比汽轮机及燃气轮机存在一定劣势，但柴油机以其经济高效、机动性好、低磁性、抗冲击性好等技术优势，在排水量为护卫舰等级以下的中小型水面舰船、军辅船及随舰发电设备领域得以充分应用。考虑到当前世界海防局势的复杂多变，针对柴油机进行的技术研发仍有着重要而深远的意义。