1、 蒸汽动力是中国国产航母必须挑战的一道坎相较于核动力，国产航母的常规动力则是一道必须翻过去的坎。因为在无法获得满足航母要求的核动力之前，常规动力是必然的选择。这里中国的选择只有两条路：要么走大功率蒸汽动力方案，要么借鉴西方走燃气轮机路线。让人略感沮丧的是，中国在这两方面都缺乏技术优势，并长期落后于世界先进水平。在核动力诞生之前，蒸汽动力可以说在海军强国的包括航母在内的大中型水面舰艇中占据绝对的霸主地位。美国战后发展的几型常规动力航母，从“弗莱斯彻”级到“小鹰”级，均采用蒸汽动力，而苏联的航母也同样采用蒸汽动力。蒸汽虽然具有系统复杂、配置自动化系统较难、占用的舱容大、施工周期长、维护工作量多以及
2、经济性较差等缺陷，但是其单机功率大、技术成熟、寿命长、安全可靠、对燃料要求低的优点，十分符合航母这种大吨位水面舰艇。然而由于中国建国以来长期没有实力发展大型水面舰艇，起步时引进的苏联驱逐舰蒸汽动力水平低，因此中国海军在有实力大量建造中型以上驱护舰艇的时候，多使用柴油机+燃气轮机的混合动力。因此中国只有单轴26.47MW( 36000马力)蒸汽动力的生产能力，而缺乏发展性能指标接近或超过世界先进水平的50000-70000马力蒸汽动力的技术。然而由于长期没有大型舰艇的建造需求，我国连蒸汽动力相关研究、设计专业队伍都严重缺乏，目前除某些工程学院还保留该专业设置外，原设有蒸汽动力专业的院、校均已取消
3、该专业。在燃气轮机上，我国虽然很早重视到了其对于现代化水面舰艇的意义，但由于整体涡轮发动机产业落后，长期处于屡战屡败而又屡败屡战的境地。在上世纪50-70年代，中国就以前苏联技术为基础，自主设计、实验、制造200-25000kw 燃气轮机。1982年西安航空发动机公司利用国产涡扇9型研制出410A 型舰用燃气轮机，功率为13000马力。410A 研发历时8年，于1988年元月完成150小时持久试车，运行安全，但缺点是燃气等熵功率比设计计算值约低5%，输出功率低了约3.8%，而被国内用户否决。1985年，中国从美国引进了4台 LM2500舰用燃气轮机，用于两艘052型驱逐舰。但1989年后中国海
4、军引进 LM2500技术的计划和合作生产 FT-8燃气轮机的计划，均被美方单方面终止。当时我军甚至一度面临新型主力驱逐舰无动力可用的危险境地。直到1993年中国从乌克兰引进单台功率为33000马力的 GT25000燃气轮机全套设计资料和加工工艺，才缓解了这一危机。目前 GT25000国产化率接近90%，国内型号为 QC-280。特别是在“亚丁湾”护航5年以来，中国主力驱逐舰的国产燃气轮机经受住了条件恶劣、缺少后勤保障的挑战，仍旧保持较高的稳定性和可靠性。由于西方国家将燃气轮机列为关键的国防安全技术，因此至今拒绝向中国转让任何相关技术，但国内无论是军用还是民用对燃气轮机的需求非常强烈，因此在引进
5、乌克兰技术基础之上，中国也具备一定的技术基础，已经拥有了重型燃气轮机大型部件(非热端部件)加工、整机装配/试车、系统成套能力；具有了重型燃气轮机超级合金冶炼、热端部件制造初步能力；建立起了研究开发、设计、部件试验基本条件。中国一航采用乌克兰技术研制 R0110(110MW)燃气轮机就是典型代表。但 R0110重型燃气轮机主要应用于发电领域，在舰艇上使用必须经过船用化的改造。乌克兰的舰用燃气轮机是走的专用设计路线，而西方国家主要走的是依靠先进航空发动机开发舰用燃气轮机的路线。由于对燃气轮机技术的渴求，这两种路线在中国是并行存在的。如果使用 QC-280舰用燃气轮机，那么使用4台最多驱动20000
6、吨左右的轻型航母。目前英国的无敌级、意大利的“加里博迪”号航母和西班牙的“阿斯图里亚斯亲王”号这些轻型航母都采用了全燃动力。 “阿斯图里亚斯亲王”号使用的就是两台 LM-2500燃气轮机。但中国要想建造中型以上航母，就必须研发舰用高功率燃气轮机。例如60000吨的英国伊丽莎白女皇级航母，使用4台 MT-30燃气轮机，该机是目前可用的功率最大舰用燃气轮机，单机功率达到了36MW，即50000马力，这已经接近了重型蒸汽动力的水平。中国只有跨越现有QC-280的档次，研制一款具有国际水平的先进燃气轮机，才能满足国产航母的需要。否则中国就要在蒸汽动力上下大力气，这样才能确保中国航母动力的需要。而未来发
7、展大型乃至重型航母，蒸汽动力必不可少，使用燃气动力已经没有必要，而且即便是核动力也需要蒸汽轮机的相关技术。然而在目前中国的船舶动力中，主要的形势是柴油机动力发展强劲，燃气轮机动力技术尚在攻关，但蒸汽动力无论是技术还是投入都稍显不足。柴油机动力的发展和中国造船出口的背景是分不开的。由于中低速柴油机是世界民船领域的绝对主力，有数据显示以柴油机为动力的船舶占世界商船队的95%以上。同时在军用领域，中国由于燃气动力储备不足，在柴燃联合动力上花的功夫就比较大，获得的回报也丰厚。国内建造出口国外的 F25T 型护卫舰，采用柴燃联合动力，其表现甚至超过了某些国外同级别的全燃动力护卫舰。在燃气轮机领域，200
8、2年7月国家科技部启动了863计划“燃气轮机专项” 。但这个专项主要的研制方向在重型燃气轮机(R0110)和微型燃气轮机，主要满足我国未来能源发展的重大核心装备。之所以没有将舰用燃气轮机列入其中，是因为从西方的经验来看，优秀舰用燃气轮机主要从航空发动机发展而来。目前中国已经有多种航空发动机改燃机轮机投入使用或开始研制。例如昆仑涡喷发动机改 QD128燃气轮机已经在西气东输工程中投入使用，太行涡扇发动机改燃气轮机的7000KW 级 QD70燃气轮机已在中原油田并网发电。但航空发动机改舰用燃机轮机还没有公开的报道，这一方面是中国航空发动机本身技术的薄弱，另外舰用燃气轮机和在陆地上使用环境有很大差别
9、，舰艇本身要晃动，海上高盐、高湿的环境也是不利的因素。由于航空发动机对于中国空中安全的意义已经得到了社会各界的公认，特别是已经引起了政府高层的重视。根据2012年底的消息，各界瞩目的航空发动机重大科技专项，日前已经上报国务院，并有望于近期出台。根据已有信息，该专项预计投入至少千亿元资金支持国产航空发动机的自主研发与制造，这是迄今为止所有重大专项中投资规模最大的一个。从这个力度来看，中国舰用燃气轮机的未来是相当光明的。但是从航母发展的角度来看，中国采用全燃动力毕竟还不现实。蒸汽动力已经成为首要的选择。而且蒸汽动力航母未来还可以使用蒸汽弹射器，而全燃动力则和蒸汽弹射器不兼容，只能使用更先进的电磁弹
10、射器，技术跨度更大。但相对于燃气轮机，我国蒸汽轮机的整体发展环境并不理想。无论是在民船还是军船领域，蒸汽动力的应用面都非常狭窄。过去民船的 LNG 大型液化气船采用蒸汽动力，但近年也逐渐被低速柴油机和柴-电联合动力所代替。而在军船领域，中小型舰艇早已将蒸汽动力排除在外，只有在航母这类大型舰艇和核动力舰艇，安装有蒸汽动力设备。因此中国过去忽视蒸汽动力发展也是“情有可原” 。但正如上文所述，除非中国永远不打算研发大型航母，否则必须保持一个“应用面小但技术含量高”的蒸汽动力技术。 （郑文浩）舰船动力装置主要有:蒸汽动力装置、柴油机动力装置、核动力装置、燃气动力装置和联合动力装置。前两种装置发展得比较
11、早，广泛应用于各类舰船，后面三种，系近十多年来迅速发展起来的新型动力装置。舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的全燃化动力装置。它自五十年代末期起，尤其是六十年代中期以来，已得到了极其广泛的应用。功率总数日益增长，装舰使用范围日益扩大，已由快艇发展到了护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰和直升机航空母舰等，可谓是舍我其谁。舰载燃机优缺点：在军舰动力方案选择上，燃机轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机，但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合，燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下，同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一
12、，是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的。燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的，但是由于整个转子十分轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸汽轮机更是“反应迟钝” ，整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中，产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合
13、给反潜军舰作动力系统。自研燃机尚未装备：我国舰用燃气轮机研发的起步并不算晚。根据“中国舰用燃气轮机总师访谈录”的介绍，1958 年我国开始着手研发计划的具体组织实施，决定成立南、北方两个联合设计组，先开展大、中、小三型机组的可行性论证和方案设计。1959年底，前苏联向我国转让了 M-1舰用燃气轮机技术，我国对该机组进行了以技术练兵为目的的仿制工作。仅用了11个月，上海轮机厂就完成了该型燃机的首台样机制造。不过由于各种原因，仿制样机经过3年才排除大量故障通过验收试验。后来该型燃机在一艘高速炮艇上进行了试验并且装备了部队。1964年完成设计的6000马力燃机组是我国第一次自行设计研制的舰用燃机，但
14、是由于研制周期过长加之原装配对象计划调整未能装备部队。与世界上其他国家主要依靠航空发动机改燃机不同，我国由于航空发动机水平落后，采取的是改进和专用研制并举的道路。1967年我国决定将轰六轰炸机上的涡喷8发动机改进为大功率舰载燃气轮机，这是我国首次进行“航改燃”实践，但是最终因为发达国家同意进口相应型号受到冲击无果而终。后来我国一直在舰用燃机方面不断尝试，但是一直没能拿出一款成熟可靠性能优良的舰载燃气轮机。唯一可用于改进第三代燃机的核心机就是我国2005年设计定型的太行发动机的核心机。但是由于现代大推力涡扇发动机复杂性和批量生产单位的生产质量问题，太行发动机目前只是初步发展成熟。因而我国先进作战
15、舰艇装备的舰用燃机都是进口燃机以及仿制型号。航空工业发展拖累舰用燃机：我国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多，既有航空动力方面的问题也有舰用燃机工业本身的体制问题。其中最主要的一个原因是我国航空动力工业缺乏长期发展规划。我国航空动力工业像很多落后国家一样是从仿制和修理开始的。在老大哥的帮助下，我国迅速建立起一个能够和世界一流水平比肩的航空工业体系，但是我国并没有为航空工业以及航空动力工业制定一个从仿制到研制的长远发展规划，而是将航空工业本身的任务局限于仿制、生产和修理，确定了以生产为主的“遍地批量厂”发展方针。我国航空工业的运行状态就是，仿制生产再仿制再生产，长期处于这种发
16、展状态下，我国航空动力工业对于现代航空动力系统的研究发展客观规律认识极为不足。航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈，与航空发动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年，中国一航开发研制的国产新型燃气轮机在珠海航展上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻型燃机，不过输出功率17兆瓦的水平也不足于我国目前发展大型水面舰艇的需要。另外，我国舰用燃机轮机主要研制和生产单位存在于航空工业之外，在体制方面非常不利于航空发动机向燃气轮机的改进工程。他山之石可以攻玉：核心机预研航空强国的动力发展经验是进行核心机预研，然后在同一个核心机上再衍生出航空发动机和舰用燃气轮机。世界着名的舰用燃机 LM25
17、00就是核心机预研工程的衍生产品。 LM2500燃气轮机衍生自美国GE 公司的 GE9核心机。GE9核心机衍生出 F101大涵道比军用加力涡扇发动机用于 B1B 超音速战略轰炸机，将 GE9的换算流量进一步减小发展出了 GE15 核心机。GE15核心机衍生出的涡喷型号 YJ101参与竞争 F-15和轻型战斗机计划（F-16 研制计划）但是输给了普惠的 F100发动机。后来竞争 YF-17也就是今天的 F/A-18舰载机项目时，GE 将 YJ101的低压压气机放大成为风扇研制出了 F404中推涡扇发动机。而将 F404的风扇放大并于 F101的小涵道比型号结合，就是 F-15和 F-16的着名动
18、力 F110。在 GE9核心机基础上衍生的舰用燃气轮机 LM2500是世界上最成功的舰用燃气轮机，装备了美国阿里伯克级等多个国家的军舰。而通用电气与法国斯奈克玛公司联合研制的 CMF56大涵道比涡扇发动机也是以 GE9核心机为基础的，CMF56 发动机装备了空客 A320等多种民航发动机，也是第三带民用涡扇发动机的典型代表。这就是说，GE9一个核心机解决了 F15，F16，F18这些世界知名战斗机、以阿里伯克级驱逐舰为代表的各类舰艇乃至民航客机所有动力问题，这不得不说是核心机预研的巨大效益。可以说，一型核心机的研制成功，意味着整个国家从天空到海洋的全面突破。美国从上世纪五十年代末就开始核心机预研计划，而我国晚了大概30年，由于起步晚，经验和工业基础不足，至今未能拿出一款大规模实用的核心机型号。我国目前航改燃工程没有合适的核心机选用。
