01.21 創造性的迸發——英國“郡”級艦隊防空導彈驅逐艦(四)

令人感興趣的是,作為戰後皇家海軍設計的第一種驅逐艦,除了因裝備“海參”區域艦空導彈系統而成為皇家海軍第一種擁有區域防空能力的水面艦艇外,“郡級”艦隊防空驅逐艦還創造了多個第一:皇家海軍第一種配備導彈、第一種可以起降直升機以及第一種配備燃氣渦輪推進系統的艦艇。如此多的“第一”足以說明“郡級”艦隊導彈防空驅逐艦,絕非是在一個陳舊的艦體設計基礎上簡單堆砌“海參”防空導彈的拼湊產物,而是一個徹頭徹尾的全新設計,具有某種程度的革命性。事實也的確如此。

創造性的迸發——英國“郡”級艦隊防空導彈驅逐艦(四)

比如,在20世紀初,皇家海軍曾是率先使用重油動力鍋爐的艦隊,引領了世界技術潮流,到了20世紀中葉,皇家海軍又在“郡級”艦隊防空驅逐艦上率先使用了燃氣輪機推進系統,繼續成為艦艇動力領域的弄潮兒。當然,憑藉老牌帝國的強大科技實力,英國成為第一個將燃氣輪機作為艦艇動力的國家不是偶然的。1947年,英國將由“梅特羅維克”(Metrovick)F2軸流式航空渦輪噴氣發動機改型而來的“蓋特里克”(Gatric)型燃氣輪機分別裝到了100噸級的摩托炮艇“勇先鋒”(Bold Pioneer 1)號和“勇敢的開拓者(Blod Pathfinder)號上進行試驗,該機功率為1839千瓦,發動機重1830公斤,耗油率較高,達到了639克/千瓦時。

隨後出現的同為航空改型的“海神”艦艇燃氣輪機已經有了極大的改善,功率3310千瓦,發動機重1400公斤,耗油率大幅度下降到了347 克/千瓦時,已經達到了與蒸汽輪機相當的水平。通過這些技術嘗試,皇家海軍意識到以燃氣輪機作為艦艇主動力將具有一系列優點:油門變化時,其燃氣量的變化能夠接近實時地作用在輸出軸上,加速性不僅遠優於蒸汽輪機,也優於最好的艦船柴油機;熱效率比蒸氣機裝置先進,從冷態啟動至全速工況僅需2分鐘;與蒸氣動力機比不需要鍋爐和相應的鍋爐水,重量幾乎減少2/3,功率體積比和功率重量比高,結構緊湊,系統簡單,檢修方便,操作人員少等優點。

創造性的迸發——英國“郡”級艦隊防空導彈驅逐艦(四)

當然,在早期嘗試中,皇家海軍也發現燃氣輪機上艦也不是沒有缺點,如設計、材料、製造的要求都比較高,更重要的是在部分負荷時燃氣輪機的耗油率比較高。因為燃氣輪機需要消耗滿負荷約60%的燃油來維持壓氣機工作,降低輸出功率時,壓氣機的轉速一般下降得不多,耗油量也沒有明顯下降。

不過,在1956年,羅爾斯.羅伊斯公司在貨輪“約翰.謝爾幹特”號上第一次使用燃氣輪機回熱器,從排出的廢氣中回收熱量,從而提高了熱效率降低了耗油量,證明了船用燃氣輪機上使用回熱器的可行性,為大功率燃氣輪機具備真正意義上的軍用價值鋪平了道路。皇家海軍是這樣想的也是這樣做的。在1956年1月確定的“郡級”艦隊防空驅逐艦設計方案中,正式決定以總功率達30000馬力的4臺“梅特羅維克.蓋特里克”6型(Metrovick Gatric6)燃氣輪機作為該艦的主機,從而開創了軍用大中型水面艦艇使用燃氣輪機動力。

令人感興趣的是,“郡級”艦隊防空驅逐艦的主機並不完全是由4臺“梅特羅維克.蓋特里克”6型(Metrovick Gatric6)燃氣輪機構成的,出於節省成本和減小技術風險的目的,“郡級”艦隊防空驅逐艦的動力系統還加入了兩套與1935年設計、1936年開始建造的“部族”級艦隊驅逐艦完全相同的蒸汽輪機裝置——-即由兩臺三鍋筒式鍋爐和兩臺帕森斯齒輪傳動式蒸汽渦輪機構成的動力裝置,鍋爐壓力達300psi(磅/平方英寸),總軸功率同樣為30000馬力。這套動力系統由於鍋爐蒸汽溫度和壓力較低,其功率和經濟性相對較差,但勝在機械可靠性相當優秀,能夠長時間維持高速行駛。

創造性的迸發——英國“郡”級艦隊防空導彈驅逐艦(四)

不過需要指出的是,在“郡級”艦隊導彈防空驅逐艦的4臺“梅特羅維克.蓋特里克”6型(Metrovick Gatric6)燃氣輪機與兩套蒸汽輪機裝置間的關係,並非是“交替”而是“聯合”(COSAG)——這與現代常見艦用動力裝置的構型有很大不同,即蒸汽輪機裝置提供了在80%全速以下航行所需的功率(即全功率約50%左右),加速時併入燃氣輪機共同驅動雙軸式螺旋槳,兩者通過一套複雜的並車齒輪箱進行聯動,從而即保證了“郡級”艦隊防空驅逐艦在巡航工況條件下動力裝置的可靠性,又保證了在戰鬥工況條件下動力裝置的高效率,為實現31.5節的最大航速奠定了堅實的基礎。


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