2022世界杯买球入口导读

舰船全电力推进系统(Full Electric Propulsion,FEP;又称综合电力系统Integrated Full Electric Propulsion，IFEP;美国称之为Integrated Power Systems,IPS)是21世纪以来舰船动力系统最重要的变革之一，它除了可以降低燃料消耗提高推进效率外电力推进系统船，还可以为舰船提供充足的电力，供电子系统、武器系统使用，随着电磁武器、激光武器、高功率雷达等先进武器逐步上舰，全电推进越来越受到军事强国的青睐，英国、法国、美国等都在积极部署全电推进舰船的研发建造。

舰船全电推进系统是指由原动机(柴油机、燃气轮机或核动力系统)发出的全部功率用于带动发电机发电，这些电能再由舰船综合电力系统进行分配，一部分提供给电动机带动螺旋桨做功，另一部分提供给舰上武器系统、电子系统使用。全电推进与传统机械推进的区别如下图所示。

2022世界杯买球入口

全电推进与传统机械推进的区别

目前，全球大部分舰船采用机械推进与电力推进相结合的方式，称为混合推进系统：当航速大于设定值时(如12节)电力推进系统船，舰上由燃气轮机通过主齿轮箱带动主轴驱动螺旋桨推进，当航速低于设定值时，则由舰上的交流电机接入主齿轮箱进行驱动。这种混合推进尽可能发挥燃气轮机满功率运转时比功率高及柴电推进系统低速巡航省油的特点，比纯机械推进节省燃油。但由于其中的电力推进航速较低，无法满足高速巡航的需要。

2022世界杯买球入口

舰船混合推进系统

而采用全电推进方式，舰船主机只用来发电，除了可以提供充足的巡航电力外，还可以更好地满足电磁弹射装置、电动升降机甚至高能激光武器等高耗能武器的需要，较好解决了推进系统和舰船本身电力需求问题，是未来舰船推进系统的重要技术发展方向。

2022世界杯买球入口英国45型驱逐舰、“伊丽莎白女王”级航母，法国“西北风”级两栖攻击舰、“凯旋”级战略核潜艇，美国“朱姆沃尔特”级驱逐舰等先进舰艇都采用了全电推进系统。正在建造中的英国“继承者”级战略核潜艇，美国“哥伦比亚”级核潜艇以及后续的“福特”级航母也将采用全电推进。

1.英国

2022世界杯买球入口45型驱逐舰

45型驱逐舰是英国皇家海军主力导弹驱逐舰，采用了集成桅杆、模块化建造等诸多先进技术。动力系统方面，英国在2000年11月1日就正式决定，45型采用革命性的整合式全电力推进系统(Full Electric Propulsion,FEP)。

45型驱逐舰

45型的FEP系统包含两具革命性的WR-21中段冷却再加热(Intercolled Recuperated，IRC)燃气涡轮机组，两具WR-21的最大并连输出功率为43MW(57600马力)，每具燃气涡轮分别驱动一个21MW的交流主发电机;两具螺旋桨推进器分别由一个20MW级(27000马力)原法国科孚德机电(Converteam)公司生产的先进感应电动机((AIM))直接驱动。除主要燃气涡轮发电机之外，45型还配备两组2MW级柴油辅助发电机。

45型驱逐舰动力系统的配置：21MW的间冷回热燃气轮机和2MW柴油机共同向综合电力控制系统供电(图示中只包括一组，一共两组)

Converteam公司(Converteam是阿尔斯通集团旗下的机电业务，后来阿尔斯通被GE公司并购，现为GE子公司)是欧美舰船全电推进系统的主要供应商，为45型驱逐舰、伊丽莎白女王级航母以及美国朱姆沃尔特级驱逐舰提供推进电机。

“伊丽莎白女王”级航母

英国“伊丽莎白女王”级(Queen Elizabeth Class，QEC)航母是世界上第一艘采用综合电力推进系统(IFEP)的航母，虽然与传统的蒸汽轮机、机械传动相比，这种先进动力系统在功率方面还有差距，但在系统占舰内体积比例、动力系统重量、动力分配灵活性等方面有很大优势。

伊丽莎白女王级航母结构

“伊丽莎白女王”级的主机采用了两台罗尔斯·罗伊斯公司生产的单机功率36兆瓦的MT30燃气轮机，未来该燃气轮机的功率有望提高到40兆瓦。辅助动力是瓦锡兰(Wartsila)公司生产的两台单机功率11兆瓦的16V38B柴油机组，发电机组是瓦锡兰公司生产的两台单机功率9兆瓦的12V38B柴油发电机组。

“伊丽莎白女王”级的最大输出功率在100兆瓦左右，其中80兆瓦用于驱动四台法国科孚德机电(Converteam)公司生产的先进感应电动机，最大航速约为27节，低于航母一般应具备的30节左右航速的标准。推进电机为双轴四电机推进，每个轴有两台Converteam先进感应电机(AIM)，每台电机重约110吨。

Converteam公司的AIM推进电机

Converteam的IFEP系统的其他关键设备还包括六台发电机、四台高压(11kV)配电盘、十二台VDM25000变速驱动器、谐波滤波器以及电力控制和管理系统(EPCAMS))。

在英国，Converteam UK是Power and Propulsion Sub Alliance的创始成员，与Rolls Royce、Thales UK和L3 Communications一起协调工作，为伊丽莎白女王级航母提供综合电力推进系统。

2.法国

“西北风”级两栖攻击舰

法国“西北风”级两栖攻击舰是法国海军第一种采用综合电力推进系统(Integrated Full Electric Propulsion，IFEP)的船舰，推进器采用两具Rolls Royce集团提供的MERMAID可转式吊舱电动推进器(每具功率7.5MW，共15MW，约20400马力)，取代了传统的大轴与船舵 ，在法国海军亦开创先例。

西北风级两栖攻击舰

MERMAID吊舱推进器使用的电动机与配套电力转换设备由法国Alstom集团动力转换部门(Alstom Power Conversion，APC，2005年成为独立公司Converteam，2011年9月被美国GE集团购并完成)提供。西北风级的动力机械为三组瓦锡兰(Wartsila)16 V32主柴油发电机组(每具6.2 MW，8300马力)与一具瓦锡兰 Vasaa 18V200 辅助柴油发电机组(功率3MW，4030马力)。

吊舱推进器结构图，电动机位于吊舱内，回转支撑轴承可使吊舱360度旋转，舰船主机舱内无需传动轴，用电缆连接电动机即可

“凯旋级”核潜艇

法国“凯旋级”核潜艇也采用了全电力推进，其主动力装置包括一座K15一体化核反应堆(150MWt)、两台蒸汽涡轮机、四台主发电机、循环泵、推进电机以及指挥控制设备。

K15一体化核反应堆及其电力推进系统

核反应堆与蒸汽发生器相连，产生的蒸汽推动两台蒸汽涡轮机做功，两台涡轮机分别驱动两台主发电机发电，一共四台发电机。其中两台主发电机为潜艇内部供电，另外两台主发电机为一台推进电机供电，推进电机以单轴形式驱动泵喷推进器，轴功率为30MWt。

3.美国

美国将全电推进称之为Integrated Power Systems,IPS，从20世纪80年代刘易斯·克拉克级弹药补给舰开始采用现代全电推进系统起，到现在其全电舰船已全面开花，包括“朱姆沃尔特”级驱逐舰、在建的“哥伦比亚”级弹道导弹核潜艇、“美国”级两栖攻击舰等，这些已经建造完成或正在建造中的舰船都采用了全电推进系统，而福特级航母从三号舰起也可能采用全电推进系统。

“朱姆沃尔特”级驱逐舰

“朱姆沃尔特”级驱逐舰(Zumwalt-class destroyer)是美国海军新一代多用途对地打击驱逐舰，采用了美国最新开发的全电推进系统。

朱姆沃尔特级驱逐舰的动力系统

Zumwalt使用GE公司提供的集成全电力推进(IFEP)系统，该系统拥有78MW的推进功率，系统囊括船上所有发电和推进设备：包括两台十五相AIM推进电机、VDM25000变速驱动器、配电盘和高压设备，由于采用全电推进和减震基座，Zumwalt的噪音水平只有110分贝，达到了部分核潜艇的水平。

电力驱动可以提供更高的效率，消除对驱动轴和减速齿轮的需要，从而减少噪声、增加可用功率以满足高能武器的电力要求。Zumwalt的全电力推进还产生额外的储备动力，允许其装备未来更先进的高能防御系统和传感器。

“朱姆沃尔特”级驱逐舰的双泵喷推进(采用Rolls-Royce Naval Marine的AWJ-21泵喷推进器，每个泵喷由一台电机驱动)

Zumwalt先进的感应电机有十五相，而不是典型的三相电机。可以通过简单地反转电机中旋转磁场的方向，就可以使电机反转为舰艇提供后退动力。

Zumwalt的发电系统使用集成动力系统(IPS)，由一个直接连接到发电机的MT30燃气轮机组成，发电机由美国Curtiss-Wright公司提供，它为舰艇所有用电设备及驱动传动轴的电动机提供电力。

Zumwalt的电动机最初是选用永磁同步电机(PMM)，其耗电更少，推进效率更高。但由于技术不成熟，最终选用更加传统的高级感应电机(AIM)，起初AIM只是作为可能的备用解决方案。但PMM技术问题随后得到了解决电力推进系统船，而且研制计划一直在进行，等到PMM技术成熟后，美国会采用永磁电机。相对PMM，AIM缺点很明显：AIM电机更重，需要更多空间，需要开发“单独的控制器”以满足噪音要求，并且需要更多的电能。

“哥伦比亚”级核潜艇

美国正在设计建造新一代“哥伦比亚”级战略核潜艇电力推进系统船，用于接替将于2027年前后退役的“俄亥俄”级战略核潜艇。“哥伦比亚”级将会采用全电推进系统，以取得更加安静的性能。2014 年，Northrop Grumman公司被选为其涡轮发电机组的主要设计者和制造商。核动力涡轮机将蒸汽中的热能转化为机械能，而发电机将机械能转化为电能。

“哥伦比亚”级将采用全电推进系统

美国海军正在为其核潜艇开发多种推进电机，包括永磁电机(PMM，由通用动力公司和纽波特纽斯造船厂开发)和高温超导 (HTS电力推进系统船，由美国超导体公司和通用原子公司开发) 同步电机。最近的数据显示，美国海军似乎更钟情于永磁、径向间隙推进电机(尽管朱姆沃尔特级驱逐舰的设计从 PMM 转向了先进感应电机)。永磁电机正在进行测试，以应用于后期生产的“弗吉尼亚”级以及“哥伦比亚”级核潜艇。

总结

采用全电推进是未来海军舰船重要的技术发展方向之一，它不但可以提高推进效率，为舰船提供足够的电力裕度，还可以在一定程度上降低舰船的噪音。朱姆沃尔特级驱逐舰的噪音预计只有110分贝，而“哥伦比亚”级核潜艇的噪音水平将降到100分贝以下，全电推进可以为舰船提供多方面的战斗优势。

主要参考文献

[1]HMS Queen Elizabeth aircraft carrier.

2022世界杯买球入口[2]Rolls Royce tell us why not all warship are suitable for hybrid-electric propulsion.[3]UK’s £1bn destroyers need refit after engine trouble.[4]SSBN Triomphant Class.[5]US Navy’s Most Advanced Surface Combatant-USS Zumwalt Arrives In San Diego.[6]ZUMWALT-Stealth Destroyer.[7]Le Triomphant class Ballistic Missile Submarine .[8]COLUMBIA CLASS SUBMARINE.