專家:航母爲何不用汽油和柴油發動機?

首先,航母不能使用汽油機,不但航母不能,所有的軍用艦艇都不能使用汽油機。因為汽油是易燃易爆物品,在艦船上完全是一顆定時炸彈,如果被擊中引爆,會造成殉爆的連鎖反應,從而造成更大的損失。根據美國軍用標準和我國的國軍標規定,不但軍艦不能使用汽油機和汽油,而且汽油更嚴禁上艦。就連艦載機,包括直升機、固定翼飛機和無人機,都不能使用汽油機,必須使用重油(柴油或航空煤油)發動機。

至於柴油發動機,它在普通軍艦上其實應用非常廣泛,但柴油發動機有一個缺點,就是隨著功率增加,尺寸和重量增長非常快。也就是說,在大功率條件下,同等功率的柴油發動機的體積和重量,要比燃氣輪機大得多!這就使得大功率柴油機在大型軍艦上的使用受到限制。此外,柴油發動機還有其他缺點,柴油發動機機工作中的噪聲、振動較大。艦用中高速柴油機的運動部件磨損較厲害,高速柴油機的整機壽命僅1000~2000小時。艦用柴油機在低轉速時穩定性差,因此不能有較小的最低穩定轉速,影響船舶的低速航行性能。柴油發動機的過載能力也較差,在超負荷10%時,一般僅能運行1小時。

因此,目前柴油發動機機在5000~10000噸排水量的大中型水面主戰艦艇(主要是驅逐艦)上,多與燃氣輪機並用,並充當柴燃聯合或交替動力中的一部分使用。而作為主機,柴油機多在排水量5000噸以下的中小型水面艦艇(主要是護衛艦、輕型護衛艦和快艇)中使用。當艦艇排水量超過1萬噸,則基本都使用燃氣輪機或蒸汽輪機作為動力。

水面艦艇動輒幾千上萬噸,要推動這樣巨大的龐然大物需要相當大功率,同時航空母艦這類戰鬥艦艇,航速要求較高,都要達到二十多節甚至三十節的航速。大家都知道水這類高密度流體產生得阻力隨速度呈指數級增長。隨之功率需求也是呈指數增長。要達到設計時速都是需要十幾萬馬力以上。

這裡舉幾個例子,尼米茲 10萬噸左右,動力功率約200兆瓦(約28萬馬力)。庫茲涅佐夫 6萬噸左右,總功率147兆瓦(約20萬馬力)。戴高樂 滿排40600噸,總功率為76200馬力。克萊蒙梭 3.2萬噸 動力功率約12.6萬馬力。基輔 4萬噸 動力約14萬馬力。無敵 20300噸 總功率112000馬力。阿斯圖里亞斯親王 滿排16900噸,總功率46400馬力。加里波第 滿排13370噸 ,總功率80000馬力。小鷹 8萬噸左右,總功率280000萬馬力。差克里·納呂貝特 滿排11485噸,功率11780馬力。而中國遼寧艦主機功率也在15萬千瓦左右。這樣大的功率都足夠滿足一座小型城市用電了。由此可見航空母艦是需要相當大推進功率的。

專家:航母為何不用汽油和柴油發動機?

目前世界上最大的柴油機是瓦錫蘭柴油機公司推出的14缸RT-flex96C船用柴油機(可能不準確,但功率再大也就是這個級別了),該機持續輸出最大功率為80080kW(108.920bhp),兩臺柴油機可以勉強滿足遼寧號這樣中型航空母艦,但該機長27.3m,高13.5m,整機重達2300t,這對於需要安裝大量裝備系統,空間寸土寸金的軍用艦艇來說,顯然是不可取的。而艦用柴油機方面,前兩個月新聞,世界最大的我國新一代超大功率艦用柴油機首臺樣機整機試驗才順利啟動,功率65000馬力,但離裝備艦艇還有較長距離。有的人會講可以用多臺較小柴油機串聯起來,但這會使動力系統變得無比複雜,可靠性極大降低,也是不行的。而汽油機單機功率更小,據我瞭解最大汽油機也就1000多千瓦而已,遠遠滿足不了船舶動力需求。

那什麼發動機才能滿足航母需求呢。答案就是汽輪機。汽輪機分為燃氣輪機和蒸汽輪機。中國遼寧號和美國航母都是蒸汽輪機,只是遼寧號是燒燃油加熱鍋爐產生蒸汽,而核動力航母是核裂變釋放的能量加熱鍋爐產生蒸汽而已。這種蒸汽輪機輕輕鬆鬆就能輸出數十萬馬力,而且佔用空間也相對可以接受,目前中國40兆瓦級船用燃氣輪機已研製成功,這樣四臺就基本滿足遼寧號的需求(當今世界功率最大的艦用燃氣輪機,超過英國“伊麗莎白女王”級航母所用的MT30燃氣輪機36兆瓦的功率)。而目前世界最大燃氣輪機:西門子SGT5-8000H超級燃氣輪機重390噸(相當於一架加滿油的空客A380),長13.1米,寬4.9米,高4.9米 ,功率為375MW(相當於13架空客A380引擎功率的總和,或者尼迷茲號航母總功率194MW的近兩倍),相比於最大柴油機功率和體積相比結果不言而喻,功率相等的情況下柴油機組重量是燃機的百倍左右。體積小、重量輕意味著船隻結構強度高,發動機推重比大,機動性好。當然這類燃氣輪機是陸上發電站用,無法艦用,但也充分顯示了燃氣輪機潛力無比巨大。

因此對於重型航母來講目前只有蒸汽輪機滿足要求,燃氣輪機和蒸汽輪機都能滿足中型航母需求,而目前艦用柴油機無法滿足此類航母需求。

專家:航母為何不用汽油和柴油發動機?

那最後再簡單對比一下船用蒸汽輪機、燃氣輪機和柴油機優缺點。蒸汽輪機單機功率大,維護簡單,油品要求低,可以燃燒重油,但是體積較大,啟動慢,熱效率低。燃氣輪機功率較大,體積小,啟動快,加速性好,維護簡單,但技術複雜,空氣消耗量大,紅外特徵明顯,在非額定工況下油耗較高。柴油機功率最小,熱效率高,啟動較為迅速,可靠性高,重量體積較大,熱效率高。

一說起動力燃料,大家腦海中第一個浮現出的就是油,一般都是汽油和柴油,比如我們常見的汽車。那麼,大家有沒有想過,航母是靠什麼發動的呢?難道也是柴油汽油嗎?答案是否定的。

最早的航母出現在一戰前,那時候,蒸汽鍋爐還是重型機械的主要動力,通過燃燒重油架熱水產生蒸汽作為動力,帶動螺旋槳轉動,也能為蒸汽彈射器提供蒸汽。如果說這一時段使用蒸汽鍋爐是因為柴油汽油未能廣泛使用,那後來呢?

專家:航母為何不用汽油和柴油發動機?

其實在之後的發展中,人們也試圖使用柴油或汽油,卻發現了汗多不妥之處。汽油:汽油機高轉速低扭矩,對於航母這樣的大噸位軍艦,遠遠不夠,根本拖不動。更重要的是,汽油的特性,易揮發,燃點低,易燃易爆,一旦在軍艦上爆炸,那該是多大的損失。柴油:柴油機功率不足,馬力大轉速低,一般的民用船用大型柴油機沒問題,但是放在軍艦上就夠嗆。能造出來的最大的柴油機也帶不動航母啊,更別提支撐彈射助推器了。

當然隨著時代發展,也不會再用重油架熱水產生蒸汽了,現在更多的是核動力或者燃氣動力,核動力就是替換了原來的鍋爐,用核裂變加熱水產生蒸汽,以此產生動力。燃氣機輪是將軸功率傳至變速器後帶動發電機或螺旋槳。我想,到了以後。技術會更加先進,可能會向全電方面推進,也有可能會有更適合的燃料。

我們都知道汽車用的是柴油或者汽油,但是作為一國重器的航母等其他戰艦燒的卻不是柴油或者汽油,這是為什麼呢?

專家:航母為何不用汽油和柴油發動機?

航母出現於一戰前,但真正具備攻擊能力的航母出現一戰已經結束了。航空母艦的特性決定了航母的大噸位,而汽油機由於天生的高轉低扭,航母連起步都難,而柴油機雖然出現的較早,不過能夠適應航母作戰的柴油機現在都沒有出現過,軍艦上裝備柴油機的多是軍輔船,或是對航速要求低的軍艦,例如護衛艦等等,而航母對航速是有要求的,航速低了對於艦載機起飛是不利的,不管是滑躍式起飛還是彈射起飛(彈射起飛以柴油機的特性根本沒辦法在保證航速的情況下為彈射器提供能量的),再說柴油機以目前的技術發展是不能保證航母正常作戰的。

所以從最早的航母就採用了蒸汽鍋爐動力,也就是燃燒重油加熱水產生蒸汽推動汽輪機轉動,最終帶動螺旋槳轉動為航母提供動力的,也可以為蒸汽彈射器提供所需要的蒸汽,後來航母的動力慢慢發展為核動力或是燃氣輪機。核動力只是將原來的鍋爐替換,用核裂變產生的熱量加熱水產生蒸汽還是推動汽輪機帶動螺旋槳轉動的,同時繼續為彈射器提供蒸汽或是帶動發電機發電為電磁彈射器提供動力。燃氣輪機只是單純的將軸功率傳至變速器後帶動螺旋槳或是發電機,為其提供動力的。說到最後總結一下就是,航母為什麼不用汽油機或者柴油機呢?

原因是因為汽油機高轉速低扭矩,任何船舶都不可能用汽油機,而且汽油易揮發,燃點低,易燃易爆,不安全。柴油機只能用在中小型艦艇上,艦艇需要航速快,所以需要用中速柴油機,而中速柴油機造不出馬力特別大的。超大型柴油機都是兩衝程低速柴油機,由於其馬力大,但轉速很低,每分鐘100轉左右,用於民用船沒問題,用於軍艦,顯然速度不夠。所以航母既需要大馬力又需要轉速的,不能用柴油機。當然這麼大馬力的燃氣輪機也是不太符合實際的。簡單點說汽油機拖不動航母的偉岸身姿,柴油機跑斷腿也不能讓航母跑得快。


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