漫談艦船動力_風聞

艦船的巡航功率和加速功率要求差別很大，典型巡航功率只有加速功率的1/4到1/5。全速航行時也需要用足加速功率。另一方面，發動機在接近全功率運轉時效率最高，長期低速運轉不僅效率低，可靠性都會受到影響。在蒸汽動力時代，典型做法是擁有多個鍋爐，可以按需要增減出力的鍋爐，其他鍋爐怠速待命；在柴油機和燃氣輪機時代，通常採用柴油機或者較小功率的燃氣輪機作為巡航發動機，大功率燃氣輪機作為加速發動機。

現代艦船典型動力有柴柴聯合（CODAD）、柴燃交替（CODOG）、柴燃聯合（CODAG）、燃燃交替（COGOG）、燃燃聯合（COGAG）、柴電燃聯合（CODLAG）、綜合全電（IEP）。更加傳統的蒸汽動力在全新的艦船上已經很少見了，山東艦可能是特例。

CODAD

CODAD用2台同型柴油機通過離合器、減速器驅動同一個螺旋槳，巡航時使用一台，加速和全速時使用兩台。CODAD較省油，但柴油機重量大、震動大、噪聲大，而功率相對較低，所以航速受限制。在主要海軍國家裏，法國和中國的護衞艦用CODAD，如“拉斐特”級和054A。英國31型也將用CODAD，估計是要降低成本。

CODOG

CODOG用一台燃氣輪機作為加速和全速動力和一台更加省油的柴油機作為巡航動力，通過離合器和減速器驅動同一螺旋槳。柴油機和燃氣輪機交替工作，不共同出力。這是對燃氣輪機功率大、起動加速快和柴油機省油的優點較好的結合。歐洲海軍大多采用CODOG，中國的052系列也是CODOG。

CODAG

CODAG在CODOG的基礎上更進一步，柴油機和燃氣輪機通過離合器、同步器、減速器等，可以只用柴油機巡航，也可以在加速和全速時柴燃共同出力，最大限度地利用了裝機功率。但燃氣輪機和柴油機的轉速、扭力和工作特性差別很大，使得兩種不同動力的耦合很複雜，不能有效協調的話，會互相打架。系統複雜性也使得可靠性相應降低。CODAG用得較少，有挪威“南森”級和德國“科隆”級。

COGOG

COGOG用一台中等功率的巡航燃氣輪機和一台大功率的加速燃氣輪機交替驅動，體積比CODOG更小，功率更大，但油耗也更高。俄羅斯“光榮”級巡洋艦、英國42型驅逐艦、日本“初雪”級護衞艦、荷蘭“科頓奈爾”級驅逐艦採用COGOG。

COGAG

COGAG和CODAD相似，只是用同型燃氣輪機替換柴油機，這是各種聯合驅動中功率最大和體積最小的，油耗也最高。美俄大型戰艦都用COGAG，包括日韓的各種“伯克”級衍生型，中國055也是COGAG。

CODLAG

但除了驅動動力，艦上還有電力需求。過去專門用柴油輔機發電就夠用了，但隨着艦上電力需求越來越大，柴油輔機越來越大，就有了與驅動動力一體化考慮的想法。CODLAG是第一步。這是電耦合的CODAG，柴油機不直接通過機械傳動系統驅動螺旋槳，而是發電，通過電動機和離合器-減速器驅動螺旋槳。柴電為巡航動力，加速和全速時燃氣輪機加入。由於電動機的轉速、扭力特性容易與燃氣輪機匹配，CODLAG的傳動系統實際上比CODAG要簡單、可靠。由於可用多個小型柴油機分散發電，CODLAG的動力佈置也比CODAG靈活，還增加冗餘備份，而且柴油發電機根本不必佈置在主機艙。在綜合配電的控制下，電力也可在驅動和系統之間合理分配。英國23型護衞艦、德國F125型護衞艦、意大利FREMM護衞艦採用CODLAG。

CODLAG也可簡化為CODLOG，柴電和燃氣輪機交替工作。法國FREMM和英國26型護衞艦就是CODLOG。用燃氣輪機替代柴油機發電，則可以有COGLOG和COGLAG，與CODLOG和CODLAG對應。日本“摩耶”級就是COGLAG。

IEP

比CODLAG更進一步就是綜合全電（IEP），由燃氣輪機和柴油機分別發電，前者用於加速負荷，後者用於巡航負荷，取消專用於發電的柴油輔機，通過綜合配電在全艦的驅動和系統用電中統一分配，更適合用電需求增長的情況。這是方向，但現階段系統可靠性似乎還有問題，常有掉鏈子的事，而且一掉就是兜底掉。現有英國45型和美國“朱姆瓦爾特”級驅逐艦使用IEP。

另一方面，蒸汽動力依然有功率大、性能可靠的優點。核動力是蒸汽輪機動力的特例，用核反應堆代替燃油鍋爐產生高壓蒸汽，推動汽輪機。但核動力成本高，運作複雜，只有美國的“企業”級、“尼米茲”級和“福特”級航母使用，還有就是早已退役的“長灘”級、“加利福尼亞”級巡洋艦、“班布里奇”級驅逐艦和若干破冰船。

核動力可以與燃油鍋爐混合，這就是CONAS。CONAS用核動力作為巡航動力，燃油鍋爐既可作為備用動力，也可為核動力產生的高壓蒸汽進一步增温加壓，增加出力。蘇聯“基洛夫”級巡洋艦是唯一已知採用CONAS的。

COSAG

但蒸汽與燃氣輪機的聯合動力大有可為。蒸燃聯合（COSAG）與COGAG相似，但用蒸汽輪機-鍋爐代替一台燃氣輪機。這把蒸汽動力的熱效率和可靠性與燃氣輪機的大功率和加速性相結合，缺點是佔地較大，重量也大。早期歐洲燃氣輪機動力艦船用COSAG較多，如英國“郡”級和“部落”級驅逐艦。

COGAS

更先進的是燃蒸聯合（COGAS），取消常規的燃油鍋爐，用燃氣輪機的高温廢氣在廢熱鍋爐裏產生高壓蒸汽，驅動蒸汽輪機。這樣的聯合循環在發電行業用得很多，熱效率可高達60%以上，而且對負荷變化的適應性好。燃氣輪機在低負荷時，廢氣温度高，熱效率低，這正好由廢熱鍋爐回收能量，提高系統熱效率。在高負荷時，廢氣能量相對不足，但這時燃氣輪機的熱效率反而是最高的。因此，COGAS在全負荷範圍內熱效率都較高，不需要區分巡航動力和加速動力。COGAS還沒有用在全新設計的艦船上的先例，但“伯克III”級考慮過，最後為了減少改動和控制成本而放棄了。

更進一步就是燃蒸電動（COGES），燃氣輪機和廢熱蒸汽輪機分別驅動發電機，然後由電動機驅動螺旋槳。這實際上也是IEP，在軍船上還沒有使用的先例，但嘉年華遊輪公司的“千禧年”級遊輪已經採用，由兩台通用電氣LM2500燃氣輪機配廢熱鍋爐，9萬總噸的大船達到24節航速。相比之下，052（112“哈爾濱”號和113“青島”號）也是兩台LM2500，儘管最高航速達到31節，但畢竟只有4800噸的滿載排水量。

中國艦船剛玩熟CODOG，開始玩COGAG，但在山東艦上還是採取保守方案，繼續採用蒸汽動力。但這肯定不是中國艦船動力的終點。

055已經採用COGAG，轉型到COGLAG是水到渠成的。這也是檢驗艦用配電和大功率推進電機的好機會。

075的動力不明，有可能是蒸汽動力。075的建造剛剛開始，系列建造中的艦船中途改變動力是有先例的，美國“黃蜂”級的最後一艘“瑪金島”號就從前面的蒸汽動力改為CODLOG。075有潛力改用COGAS，甚至COGES。這不僅是075的需要，也是為003航母鋪路。燃蒸聯合循環在發電行業裏已經是成熟技術，搬到船用沒有難以克服的技術困難。輸變電和船用調速電機則是馬偉明的拿手戲。

003的動力眾説紛紜，但大概率不是核動力。大型核動力艦船不經過核動力研究船的驗證是不可思議的。繼續採用蒸汽動力是保守路線，功率大，性能可靠，但畢竟體積大、重量大、升火慢、加速慢。在理想情況下，應該採用COGES。如果能得到075B的鋪路，這就大大降低了技術風險。003還將採用電彈，COGES是最理想的動力選擇。這也迴避了中國缺乏超大功率專用燃氣輪機的問題，容易用增加燃氣輪機和分散佈置補償。

中國軍事力量正在現代化轉型的關鍵時刻，海軍是最先漸入佳境的，也有機會最先跨入世界領先的行列，艦船動力是其中重要的一環。