'世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹'

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

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燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

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燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

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燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

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燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

UGT-25000燃氣輪機

中國實現彎道超車

然而蘇聯解體後,大型燃氣輪機市場幾乎完全被同類西方產品所壟斷,俄羅斯自身水面艦艇更新又陷入停頓,UGT-25000如果沒有新的外來訂單,最後很可能就是無疾而終,烏克蘭空有研製能力,最後也很可能會因為資金短缺而失去批量生產能力。就在曙光廠因為訂單而憂心忡忡之時,從中國傳來了好消息。我國的燃氣輪機制造業起步於中蘇合作的五十年代,在1959年就從蘇聯引進了M-1艦用燃氣輪機技術,並且僅僅用時11個月就完成仿製任務,後來我們雖然也嘗試過使用轟6轟炸機上的渦噴8進行航改燃計劃,但是受制於工業基礎薄弱和外部封鎖,始終未能取得長足發展。在80年代我們又從西方進口了寥寥幾部LM2500燃氣輪機作為大型水面艦艇動力之用,但最後卻因為西方毀約斷供,許多艦艇只能繼續使用較為落後的蒸汽輪機,隨著蘇聯解體後烏克蘭UGT-25000的推出,我們終於看到了突破口,雖然當時的UGT-25000仍然不夠完善,但仍然是我們能夠得到的6000噸以上水面艦艇最合適的動力!

"

引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

UGT-25000燃氣輪機

中國實現彎道超車

然而蘇聯解體後,大型燃氣輪機市場幾乎完全被同類西方產品所壟斷,俄羅斯自身水面艦艇更新又陷入停頓,UGT-25000如果沒有新的外來訂單,最後很可能就是無疾而終,烏克蘭空有研製能力,最後也很可能會因為資金短缺而失去批量生產能力。就在曙光廠因為訂單而憂心忡忡之時,從中國傳來了好消息。我國的燃氣輪機制造業起步於中蘇合作的五十年代,在1959年就從蘇聯引進了M-1艦用燃氣輪機技術,並且僅僅用時11個月就完成仿製任務,後來我們雖然也嘗試過使用轟6轟炸機上的渦噴8進行航改燃計劃,但是受制於工業基礎薄弱和外部封鎖,始終未能取得長足發展。在80年代我們又從西方進口了寥寥幾部LM2500燃氣輪機作為大型水面艦艇動力之用,但最後卻因為西方毀約斷供,許多艦艇只能繼續使用較為落後的蒸汽輪機,隨著蘇聯解體後烏克蘭UGT-25000的推出,我們終於看到了突破口,雖然當時的UGT-25000仍然不夠完善,但仍然是我們能夠得到的6000噸以上水面艦艇最合適的動力!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

1975年,我國第一部自主設計生產的民用燃氣輪機WJ6G1誕生

從上世紀90年代末開始,我國從烏克蘭引進了一批UGT-25000燃氣輪機,用作四艘六千噸級的052B以及052C驅逐艦的動力,使用過後對性能較為滿意,隨之決定從烏克蘭轉移技術並同步開展國產仿製工作。結合自身使用西方LM2500燃氣輪機的經驗,我們對UGT-25000燃氣輪機進行了深度改進生產,加裝箱體式外罩,提升了操作環境舒適度,安裝觀察窗口和活動導軌,提高了維護性,並且在內部採用了自主設計生產的零部件和加工工藝,大幅度提高了可靠性和可維護性,最重要的是通過一系列結構優化將功率進一步提升到30兆瓦(超過4萬馬力),最終誕生了青出於藍而勝於藍的國產化型號QC—280燃氣輪機!目前國產化的QC—280燃氣輪機及其改進型號已經應用在052CD和055大驅之上,解決了心臟病問題的中國海軍也從此開啟了真正的下餃子模式!從這一點來看,我國燃氣輪機技術已經趕超烏克蘭,躍升為真正的世界第三!而現如今的烏克蘭深陷內亂之中,別說是燃氣輪機生產,就連小型海軍炮艇都已經淪落到從美國進口的境地,其工業能力的下降由此可見一斑!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

UGT-25000燃氣輪機

中國實現彎道超車

然而蘇聯解體後,大型燃氣輪機市場幾乎完全被同類西方產品所壟斷,俄羅斯自身水面艦艇更新又陷入停頓,UGT-25000如果沒有新的外來訂單,最後很可能就是無疾而終,烏克蘭空有研製能力,最後也很可能會因為資金短缺而失去批量生產能力。就在曙光廠因為訂單而憂心忡忡之時,從中國傳來了好消息。我國的燃氣輪機制造業起步於中蘇合作的五十年代,在1959年就從蘇聯引進了M-1艦用燃氣輪機技術,並且僅僅用時11個月就完成仿製任務,後來我們雖然也嘗試過使用轟6轟炸機上的渦噴8進行航改燃計劃,但是受制於工業基礎薄弱和外部封鎖,始終未能取得長足發展。在80年代我們又從西方進口了寥寥幾部LM2500燃氣輪機作為大型水面艦艇動力之用,但最後卻因為西方毀約斷供,許多艦艇只能繼續使用較為落後的蒸汽輪機,隨著蘇聯解體後烏克蘭UGT-25000的推出,我們終於看到了突破口,雖然當時的UGT-25000仍然不夠完善,但仍然是我們能夠得到的6000噸以上水面艦艇最合適的動力!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

1975年,我國第一部自主設計生產的民用燃氣輪機WJ6G1誕生

從上世紀90年代末開始,我國從烏克蘭引進了一批UGT-25000燃氣輪機,用作四艘六千噸級的052B以及052C驅逐艦的動力,使用過後對性能較為滿意,隨之決定從烏克蘭轉移技術並同步開展國產仿製工作。結合自身使用西方LM2500燃氣輪機的經驗,我們對UGT-25000燃氣輪機進行了深度改進生產,加裝箱體式外罩,提升了操作環境舒適度,安裝觀察窗口和活動導軌,提高了維護性,並且在內部採用了自主設計生產的零部件和加工工藝,大幅度提高了可靠性和可維護性,最重要的是通過一系列結構優化將功率進一步提升到30兆瓦(超過4萬馬力),最終誕生了青出於藍而勝於藍的國產化型號QC—280燃氣輪機!目前國產化的QC—280燃氣輪機及其改進型號已經應用在052CD和055大驅之上,解決了心臟病問題的中國海軍也從此開啟了真正的下餃子模式!從這一點來看,我國燃氣輪機技術已經趕超烏克蘭,躍升為真正的世界第三!而現如今的烏克蘭深陷內亂之中,別說是燃氣輪機生產,就連小型海軍炮艇都已經淪落到從美國進口的境地,其工業能力的下降由此可見一斑!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

國產QC280艦用燃氣輪機

北極熊重開科技樹

最後再看俄羅斯,俄羅斯在蘇聯時期就不是燃氣輪機工業的主要佈局地區,因此整體上實力不強,只能生產一些小型的燃氣輪機動力。蘇聯解體之後,俄羅斯基本上所有的大型水面艦艇燃氣輪機都要依靠烏克蘭進行維護,。進入21世紀之後,開啟建造的所有新型水面艦艇都由烏方提供燃氣輪機動力,在這段時間,俄羅斯基本上可以算作一個燃氣輪機工業缺失國,但是一切都因為2014年而改變。這一年,俄烏雙方因為克里米亞問題而鬧翻,烏克蘭總統波羅申科於該年6月簽署第691/2014號總統令,實施對俄羅斯的軍品禁運!這一紙禁令對俄羅斯衝擊頗大,其中最為突出的就是俄羅斯最新的11356和22350型護衛艦上因為得不到烏方供應М7Н1型和М-90ФР型燃氣輪機,只能長期趴窩船廠!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

UGT-25000燃氣輪機

中國實現彎道超車

然而蘇聯解體後,大型燃氣輪機市場幾乎完全被同類西方產品所壟斷,俄羅斯自身水面艦艇更新又陷入停頓,UGT-25000如果沒有新的外來訂單,最後很可能就是無疾而終,烏克蘭空有研製能力,最後也很可能會因為資金短缺而失去批量生產能力。就在曙光廠因為訂單而憂心忡忡之時,從中國傳來了好消息。我國的燃氣輪機制造業起步於中蘇合作的五十年代,在1959年就從蘇聯引進了M-1艦用燃氣輪機技術,並且僅僅用時11個月就完成仿製任務,後來我們雖然也嘗試過使用轟6轟炸機上的渦噴8進行航改燃計劃,但是受制於工業基礎薄弱和外部封鎖,始終未能取得長足發展。在80年代我們又從西方進口了寥寥幾部LM2500燃氣輪機作為大型水面艦艇動力之用,但最後卻因為西方毀約斷供,許多艦艇只能繼續使用較為落後的蒸汽輪機,隨著蘇聯解體後烏克蘭UGT-25000的推出,我們終於看到了突破口,雖然當時的UGT-25000仍然不夠完善,但仍然是我們能夠得到的6000噸以上水面艦艇最合適的動力!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

1975年,我國第一部自主設計生產的民用燃氣輪機WJ6G1誕生

從上世紀90年代末開始,我國從烏克蘭引進了一批UGT-25000燃氣輪機,用作四艘六千噸級的052B以及052C驅逐艦的動力,使用過後對性能較為滿意,隨之決定從烏克蘭轉移技術並同步開展國產仿製工作。結合自身使用西方LM2500燃氣輪機的經驗,我們對UGT-25000燃氣輪機進行了深度改進生產,加裝箱體式外罩,提升了操作環境舒適度,安裝觀察窗口和活動導軌,提高了維護性,並且在內部採用了自主設計生產的零部件和加工工藝,大幅度提高了可靠性和可維護性,最重要的是通過一系列結構優化將功率進一步提升到30兆瓦(超過4萬馬力),最終誕生了青出於藍而勝於藍的國產化型號QC—280燃氣輪機!目前國產化的QC—280燃氣輪機及其改進型號已經應用在052CD和055大驅之上,解決了心臟病問題的中國海軍也從此開啟了真正的下餃子模式!從這一點來看,我國燃氣輪機技術已經趕超烏克蘭,躍升為真正的世界第三!而現如今的烏克蘭深陷內亂之中,別說是燃氣輪機生產,就連小型海軍炮艇都已經淪落到從美國進口的境地,其工業能力的下降由此可見一斑!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

國產QC280艦用燃氣輪機

北極熊重開科技樹

最後再看俄羅斯,俄羅斯在蘇聯時期就不是燃氣輪機工業的主要佈局地區,因此整體上實力不強,只能生產一些小型的燃氣輪機動力。蘇聯解體之後,俄羅斯基本上所有的大型水面艦艇燃氣輪機都要依靠烏克蘭進行維護,。進入21世紀之後,開啟建造的所有新型水面艦艇都由烏方提供燃氣輪機動力,在這段時間,俄羅斯基本上可以算作一個燃氣輪機工業缺失國,但是一切都因為2014年而改變。這一年,俄烏雙方因為克里米亞問題而鬧翻,烏克蘭總統波羅申科於該年6月簽署第691/2014號總統令,實施對俄羅斯的軍品禁運!這一紙禁令對俄羅斯衝擊頗大,其中最為突出的就是俄羅斯最新的11356和22350型護衛艦上因為得不到烏方供應М7Н1型和М-90ФР型燃氣輪機,只能長期趴窩船廠!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

俄羅斯船廠趴窩的軍艦

不過萬幸的是俄羅斯人還是留了一手,在最重要的М-90ФР型燃氣輪機研製中,俄羅斯曾經參與聯合研發,掌握了一定的技術資料,因此在烏方斷供後,俄羅斯土星科研生產聯合體馬上開始了進口替代方案研製工作。由於具備不錯的技術積累和航發工業基礎,僅僅歷時四年,土星廠在2017就已經研製出了俄羅斯版的М-90ФР型燃氣輪機樣機,就在剛剛過去的的2018年,俄羅斯宣佈將在後續的兩艘22350型護衛艦和最新的20386疾風級護衛艦上使用最新的國產М-90ФР型燃氣輪機,並且已經準備上艦!從這裡我們也能看出,俄羅斯目前已經初步具備了艦用燃氣輪機的生產能力,可以勉強排進燃氣輪機生產的五強之中!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

UGT-25000燃氣輪機

中國實現彎道超車

然而蘇聯解體後,大型燃氣輪機市場幾乎完全被同類西方產品所壟斷,俄羅斯自身水面艦艇更新又陷入停頓,UGT-25000如果沒有新的外來訂單,最後很可能就是無疾而終,烏克蘭空有研製能力,最後也很可能會因為資金短缺而失去批量生產能力。就在曙光廠因為訂單而憂心忡忡之時,從中國傳來了好消息。我國的燃氣輪機制造業起步於中蘇合作的五十年代,在1959年就從蘇聯引進了M-1艦用燃氣輪機技術,並且僅僅用時11個月就完成仿製任務,後來我們雖然也嘗試過使用轟6轟炸機上的渦噴8進行航改燃計劃,但是受制於工業基礎薄弱和外部封鎖,始終未能取得長足發展。在80年代我們又從西方進口了寥寥幾部LM2500燃氣輪機作為大型水面艦艇動力之用,但最後卻因為西方毀約斷供,許多艦艇只能繼續使用較為落後的蒸汽輪機,隨著蘇聯解體後烏克蘭UGT-25000的推出,我們終於看到了突破口,雖然當時的UGT-25000仍然不夠完善,但仍然是我們能夠得到的6000噸以上水面艦艇最合適的動力!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

1975年,我國第一部自主設計生產的民用燃氣輪機WJ6G1誕生

從上世紀90年代末開始,我國從烏克蘭引進了一批UGT-25000燃氣輪機,用作四艘六千噸級的052B以及052C驅逐艦的動力,使用過後對性能較為滿意,隨之決定從烏克蘭轉移技術並同步開展國產仿製工作。結合自身使用西方LM2500燃氣輪機的經驗,我們對UGT-25000燃氣輪機進行了深度改進生產,加裝箱體式外罩,提升了操作環境舒適度,安裝觀察窗口和活動導軌,提高了維護性,並且在內部採用了自主設計生產的零部件和加工工藝,大幅度提高了可靠性和可維護性,最重要的是通過一系列結構優化將功率進一步提升到30兆瓦(超過4萬馬力),最終誕生了青出於藍而勝於藍的國產化型號QC—280燃氣輪機!目前國產化的QC—280燃氣輪機及其改進型號已經應用在052CD和055大驅之上,解決了心臟病問題的中國海軍也從此開啟了真正的下餃子模式!從這一點來看,我國燃氣輪機技術已經趕超烏克蘭,躍升為真正的世界第三!而現如今的烏克蘭深陷內亂之中,別說是燃氣輪機生產,就連小型海軍炮艇都已經淪落到從美國進口的境地,其工業能力的下降由此可見一斑!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

國產QC280艦用燃氣輪機

北極熊重開科技樹

最後再看俄羅斯,俄羅斯在蘇聯時期就不是燃氣輪機工業的主要佈局地區,因此整體上實力不強,只能生產一些小型的燃氣輪機動力。蘇聯解體之後,俄羅斯基本上所有的大型水面艦艇燃氣輪機都要依靠烏克蘭進行維護,。進入21世紀之後,開啟建造的所有新型水面艦艇都由烏方提供燃氣輪機動力,在這段時間,俄羅斯基本上可以算作一個燃氣輪機工業缺失國,但是一切都因為2014年而改變。這一年,俄烏雙方因為克里米亞問題而鬧翻,烏克蘭總統波羅申科於該年6月簽署第691/2014號總統令,實施對俄羅斯的軍品禁運!這一紙禁令對俄羅斯衝擊頗大,其中最為突出的就是俄羅斯最新的11356和22350型護衛艦上因為得不到烏方供應М7Н1型和М-90ФР型燃氣輪機,只能長期趴窩船廠!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

俄羅斯船廠趴窩的軍艦

不過萬幸的是俄羅斯人還是留了一手,在最重要的М-90ФР型燃氣輪機研製中,俄羅斯曾經參與聯合研發,掌握了一定的技術資料,因此在烏方斷供後,俄羅斯土星科研生產聯合體馬上開始了進口替代方案研製工作。由於具備不錯的技術積累和航發工業基礎,僅僅歷時四年,土星廠在2017就已經研製出了俄羅斯版的М-90ФР型燃氣輪機樣機,就在剛剛過去的的2018年,俄羅斯宣佈將在後續的兩艘22350型護衛艦和最新的20386疾風級護衛艦上使用最新的國產М-90ФР型燃氣輪機,並且已經準備上艦!從這裡我們也能看出,俄羅斯目前已經初步具備了艦用燃氣輪機的生產能力,可以勉強排進燃氣輪機生產的五強之中!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

М-90ФР型燃氣輪機

然而我們不能忽視的一個現實是:雖然俄羅斯最近幾年在燃氣輪機領域已經取得了長足進步,但是М-90ФР型燃氣輪機的單機功率只有20兆瓦(不到3萬馬力),這一性能指標不僅與西方的MT30和LM-2500相差巨大,即使和烏克蘭的UGT-25000以及我國的QC—280相比也有不小差距。如果俄羅斯在今後想要製造六千噸級以上的大型水面驅逐艦乃至於重型導彈巡洋艦,研製生產動力更為強勁的燃氣輪機已經成為當務之急!在蘇聯解體近三十年後的今天,俄羅斯雖然仍舊具備世界前三的軍事實力,但是在大型艦用燃氣輪機領域只能算是一個從頭開始的新學生了!

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引言

燃氣輪機全稱叫燃氣渦輪發動機,它的主要優點就是能量密度極大,在同等功率下,體積和重量只有柴油機的1/3到1/5,甚至不到蒸汽輪機的1/10,並且加速快,啟動快,特別適合用作大中型水面艦艇的主動力!不過燃氣輪機的原理其實和航空渦扇發動機的基本相同,簡單來說就是通過壓氣機吞噬空氣,然後在燃燒室內與噴射成霧狀的燃油一起混合燃燒,最後燃燒產生的高溫燃氣噴射出來推動渦輪運動,從而帶動螺旋槳旋轉。正因為與渦扇發動機有著異曲同工之妙,目前主流的大推力艦用燃氣輪機都是在渦扇發動機的核心機基礎上改進研製而來,這類燃氣輪機也由此得名“航改機”!

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燃氣輪機的基本結構圖

燃氣輪機原理看似簡單,實則內部結構紛繁複雜,尤其是對加工部件的精密度和耐熱材料的性能要求極其嚴苛,目前世界上能夠研製艦用燃氣輪機的國家屈指可數!因為艦用燃氣輪機與渦扇發動機之間密不可分的關係,因此能夠獨立研發生產航空渦扇發動機的國家與燃氣輪機生產國高度重合!目前全世界能夠自主研製生產航空渦扇發動機的國家只有中美俄法英五常加一個烏克蘭,而全世界能夠獨立研製艦用燃氣輪機的國家只是從這其中去除了一個法國。

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燃氣輪機精密的內部組件

法國缺失重要技能點

那麼法國能夠研製航空渦扇發動機,為什麼卻生產不了艦用燃氣輪機呢?艦用燃氣輪機功率大,推重比高,一般只能在運輸機或者客機上搭載的大推力大涵道比渦扇發動機基礎上進行魔改,而法國能夠研製的最強發動機也只是陣風戰鬥機上使用的斯奈克瑪公司的M88型渦扇發動機,而M88雖然性能不錯,但是最大推力只有105千牛,涵道比為0.25,總體來說只是一款中等推力的小涵道比渦扇發動機,而這樣的發動機實際上並不適合改進成大功率的艦用燃氣輪機。也正是因為如此,法國和意大利研製的歐洲“地平線”級驅逐艦最後不得不使用了美國的LM-2500燃氣輪機,完全不像法國人特立獨行的國防工業風格!那麼排除了高盧雄雞,中美俄英烏這五個國家中,誰的燃氣輪機制造水平最高呢?

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陣風戰鬥機

英國依舊是艦用燃氣輪機領域的執牛耳者

不得不說全世界燃氣輪機水平最高的依舊是約翰牛英國!英國是世界上最早開展艦用燃氣輪機研究的國家,1945年就製造出世界上第一臺軍用小型燃氣輪機“加特里克”,1954年打造出5300馬力的複雜循環式燃氣輪機RM60,並且在灰鵝號炮艇上試驗成功!正是得益於在該領域深厚的功底,英國在1967年就宣佈今後所有大中水面艦艇都將使用燃氣輪機作為標準動力,全世界從此也將目光集中到了艦用燃氣輪機之上,如果說英國是艦用燃氣輪機的引領者,應當說是實至名歸!

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英國45型驅逐艦採用兩具WR-21燃氣輪機動力,功率5.76萬馬力

時至今日,英國依舊是燃氣輪機領域最為傑出的佼佼者,他們的羅爾斯·羅伊斯公司製造的MT30燃氣輪機代表了世界軍用燃氣輪機的最高水準!MT30是由波音777客機上使用的Trent 800航空渦扇發動機核心機改進而成,零部件通用率達到80%!作為世界上功率最大的燃氣輪機,MT30額定工作功率達到36兆瓦(5萬馬力),最大功率接近41兆瓦,熱效率超過40%,比大部分船用蒸汽輪機的功率和能效比都要高!而MT30最得意之處在於其擁有世界最強功率的同時,還保持著非常苗條的身材!它的核心渦輪動力裝置淨重只有9.6噸,即使加上完全安裝完畢的箱體重量也只有21噸!這在動輒上百噸的蒸汽輪機面前,無異於一個小哪吒般的存在,如果應用於水面艦艇,不僅能夠獲得翻江倒海的充沛動力,還可以節省海量的空間用於其他武器裝備或者生活設施安裝,簡直不要太爽!

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MT30燃氣輪機俯視圖

正因為MT30優異的技術指標和良好的通用性能,目前它已經成為許多新銳西方軍艦的標配動力,大至6萬噸級的伊麗莎白女王級航母和萬噸級的朱姆沃爾特驅逐艦,小至2000噸級獨立級濱海戰鬥艦和3000噸級的韓國FFX護衛艦都紛紛採用MT30燃氣輪機作為動力!其中最值得一提的就是伊麗莎白女王級航母,其僅僅使用兩臺MT30燃氣輪機就獲得了接近80兆瓦(10萬馬力)的推進功率(庫茲涅佐夫級航母採用4臺TB12蒸汽輪機,功率約18萬馬力),最高速度超過25節,並且因為燃氣輪機小體積和能效高的優勢,該航母已經使用了新潮的全電推進動力,部分指標比美國福特級航母更為先進,萬萬不可小視!

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伊麗莎白女王級航母

教會徒弟,餓死師傅,美製燃氣輪機佔領世界大部分市場

艦用燃氣輪機技術的第二把交椅由美國把持,美國在這方面應當說是英國的學生,但是得益於發達的航發工業,他們進步神速,目前已經成長了世界第一大艦用燃氣輪機制造國。美國最拿手的產品莫過於風靡全球的LM2500艦用燃氣輪機,它是由GE公司在C5大型運輸機上使用的世界上第一款大涵道比渦扇發動機TF39改進研製而成,不僅性能穩定,結構先進,大修時間更是高達1.5萬小時,最重要的是功率也十分強大。早期的LM2500最大功率約18兆瓦(2.5萬馬力),後期改進至約22兆瓦(3萬馬力),最新的LM2500+G4型最大功率29.8兆瓦(超過4萬馬力),這已經接近遼寧艦上使用的TB-12型蒸汽輪機的功率(4萬馬力)!

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LM2500艦用燃氣輪機

這款燃氣輪機不僅對內裝備了美軍黃蜂級兩棲攻擊艦、提康特羅加巡洋艦、阿利伯克級驅逐艦、佩裡級護衛艦,還向全世界各國出售2000多臺,運用在300多艘不同噸位軍艦之上,安全運行時間累計超過兩千萬個小時,幾乎佔據全世界主流水面艦艇動力的半壁江山!值得一提的是,在上世紀八十年代的的中美蜜月期期間,美國曾經向我們提供了LM2500燃氣輪機並答應後續提供技術,後來因為蘇聯解體、國際形勢變化,美國單方面背信毀約,最終我們只得到4臺實用化的該型燃氣輪機,將其用於052型僅有的兩艘驅逐艦哈爾濱號和青島號之上!裝備了LM2500燃氣輪機的052驅逐艦不僅能夠輕鬆跑出32節的高速,而且操縱調速也比蒸汽輪機快速方便,進一步證明了這款動力的優秀!

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哈爾濱艦上的LM2500燃氣輪機

中俄烏出自同門

除了英美兩國之外,其他能夠製造軍用艦艇大功率燃氣輪機的國家還有中、烏、俄三國,先不說三國的技術排名高低,首先可以肯定地就是他們的燃氣輪機技術最初都源於蘇聯!蘇聯是研發燃氣輪機比較早的國家,首部M1型燃氣輪機在1953年就被用於魚雷快艇的動力,只比英國略晚不到9年。1946年,蘇聯專門成立了當時唯一的大型燃氣輪機生產廠—烏克蘭曙光-機器設計科研生產聯合體(MD),從五十年代到蘇聯解體,曙光工業聯合體一共研發了4代19個型號的艦用燃氣輪機,被26種各類艦艇所使用,交付數量超過1000臺,高峰時期佔據了全世界燃氣輪機總產量近三分之一!

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波季級魚雷艇,蘇聯第一種燃氣輪機動力軍艦

烏克蘭—曾經的王者

蘇聯解體前量產的最後一型燃氣輪機為第三代的UGT-15000燃氣輪機(15兆瓦,約等於2萬馬力),主要用於著名的無畏級護衛艦,不過這一蘇聯第一種隱身艦艇最終只生產了四艘就草草收場。而作為UGT-15000的繼任者,UGT-25000(25兆瓦,3.5馬力)在蘇聯解體之前只完成了第一部樣機的試製工作,蘇聯解體後失去了大型水面艦艇訂單的烏克蘭將其作為發電用燃氣輪機繼續跟進研製,在90年代中期初步完成定型生產任務。UGT-25000結構設計緊湊,在功率上也比較充沛,熱效率也達到37.5%,但是長度達到10米,重量也有16噸之重,而且可靠性不夠成熟,相比美國的LM2500應該說是各有優勢,這一產品的推出讓烏克蘭榮登當時燃氣輪機的第三把交椅。

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UGT-25000燃氣輪機

中國實現彎道超車

然而蘇聯解體後,大型燃氣輪機市場幾乎完全被同類西方產品所壟斷,俄羅斯自身水面艦艇更新又陷入停頓,UGT-25000如果沒有新的外來訂單,最後很可能就是無疾而終,烏克蘭空有研製能力,最後也很可能會因為資金短缺而失去批量生產能力。就在曙光廠因為訂單而憂心忡忡之時,從中國傳來了好消息。我國的燃氣輪機制造業起步於中蘇合作的五十年代,在1959年就從蘇聯引進了M-1艦用燃氣輪機技術,並且僅僅用時11個月就完成仿製任務,後來我們雖然也嘗試過使用轟6轟炸機上的渦噴8進行航改燃計劃,但是受制於工業基礎薄弱和外部封鎖,始終未能取得長足發展。在80年代我們又從西方進口了寥寥幾部LM2500燃氣輪機作為大型水面艦艇動力之用,但最後卻因為西方毀約斷供,許多艦艇只能繼續使用較為落後的蒸汽輪機,隨著蘇聯解體後烏克蘭UGT-25000的推出,我們終於看到了突破口,雖然當時的UGT-25000仍然不夠完善,但仍然是我們能夠得到的6000噸以上水面艦艇最合適的動力!

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1975年,我國第一部自主設計生產的民用燃氣輪機WJ6G1誕生

從上世紀90年代末開始,我國從烏克蘭引進了一批UGT-25000燃氣輪機,用作四艘六千噸級的052B以及052C驅逐艦的動力,使用過後對性能較為滿意,隨之決定從烏克蘭轉移技術並同步開展國產仿製工作。結合自身使用西方LM2500燃氣輪機的經驗,我們對UGT-25000燃氣輪機進行了深度改進生產,加裝箱體式外罩,提升了操作環境舒適度,安裝觀察窗口和活動導軌,提高了維護性,並且在內部採用了自主設計生產的零部件和加工工藝,大幅度提高了可靠性和可維護性,最重要的是通過一系列結構優化將功率進一步提升到30兆瓦(超過4萬馬力),最終誕生了青出於藍而勝於藍的國產化型號QC—280燃氣輪機!目前國產化的QC—280燃氣輪機及其改進型號已經應用在052CD和055大驅之上,解決了心臟病問題的中國海軍也從此開啟了真正的下餃子模式!從這一點來看,我國燃氣輪機技術已經趕超烏克蘭,躍升為真正的世界第三!而現如今的烏克蘭深陷內亂之中,別說是燃氣輪機生產,就連小型海軍炮艇都已經淪落到從美國進口的境地,其工業能力的下降由此可見一斑!

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國產QC280艦用燃氣輪機

北極熊重開科技樹

最後再看俄羅斯,俄羅斯在蘇聯時期就不是燃氣輪機工業的主要佈局地區,因此整體上實力不強,只能生產一些小型的燃氣輪機動力。蘇聯解體之後,俄羅斯基本上所有的大型水面艦艇燃氣輪機都要依靠烏克蘭進行維護,。進入21世紀之後,開啟建造的所有新型水面艦艇都由烏方提供燃氣輪機動力,在這段時間,俄羅斯基本上可以算作一個燃氣輪機工業缺失國,但是一切都因為2014年而改變。這一年,俄烏雙方因為克里米亞問題而鬧翻,烏克蘭總統波羅申科於該年6月簽署第691/2014號總統令,實施對俄羅斯的軍品禁運!這一紙禁令對俄羅斯衝擊頗大,其中最為突出的就是俄羅斯最新的11356和22350型護衛艦上因為得不到烏方供應М7Н1型和М-90ФР型燃氣輪機,只能長期趴窩船廠!

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俄羅斯船廠趴窩的軍艦

不過萬幸的是俄羅斯人還是留了一手,在最重要的М-90ФР型燃氣輪機研製中,俄羅斯曾經參與聯合研發,掌握了一定的技術資料,因此在烏方斷供後,俄羅斯土星科研生產聯合體馬上開始了進口替代方案研製工作。由於具備不錯的技術積累和航發工業基礎,僅僅歷時四年,土星廠在2017就已經研製出了俄羅斯版的М-90ФР型燃氣輪機樣機,就在剛剛過去的的2018年,俄羅斯宣佈將在後續的兩艘22350型護衛艦和最新的20386疾風級護衛艦上使用最新的國產М-90ФР型燃氣輪機,並且已經準備上艦!從這裡我們也能看出,俄羅斯目前已經初步具備了艦用燃氣輪機的生產能力,可以勉強排進燃氣輪機生產的五強之中!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

М-90ФР型燃氣輪機

然而我們不能忽視的一個現實是:雖然俄羅斯最近幾年在燃氣輪機領域已經取得了長足進步,但是М-90ФР型燃氣輪機的單機功率只有20兆瓦(不到3萬馬力),這一性能指標不僅與西方的MT30和LM-2500相差巨大,即使和烏克蘭的UGT-25000以及我國的QC—280相比也有不小差距。如果俄羅斯在今後想要製造六千噸級以上的大型水面驅逐艦乃至於重型導彈巡洋艦,研製生產動力更為強勁的燃氣輪機已經成為當務之急!在蘇聯解體近三十年後的今天,俄羅斯雖然仍舊具備世界前三的軍事實力,但是在大型艦用燃氣輪機領域只能算是一個從頭開始的新學生了!

世界艦用燃氣輪機發展現狀—法國缺失技能點,俄羅斯重開科技樹

俄羅斯22350護衛艦


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