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45型勇敢號驅(qū)逐艦。

RR4500發(fā)電機組。

MT-30燃氣輪機。

DDG-1000朱姆沃爾特號驅(qū)逐艦。

在現(xiàn)代海軍發(fā)展史上，每一次動力系統(tǒng)方面的重大革新都深刻改變了海戰(zhàn)形態(tài)——從風帆動力到蒸汽（機）動力，從燃氣（輪機）動力到核動力。而今天，隨著相關(guān)技術(shù)的逐漸成熟，戰(zhàn)艦內(nèi)部悄然掀起一場能源革命，開始采用綜合電力系統(tǒng)（IPS）提供動力。

與傳統(tǒng)艦船動力、電力二維能量輸出結(jié)構(gòu)不同，戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)是將能源以電力的形式輸出，統(tǒng)籌管理、分配和使用，通過艦上電網(wǎng)為推進系統(tǒng)、作戰(zhàn)系統(tǒng)和日用設(shè)備提供電能。這種新型方式，不僅順應(yīng)了戰(zhàn)艦上用電裝備設(shè)備日益增多的趨勢，而且有效提升了戰(zhàn)艦航行及作戰(zhàn)效能，并將對未來海上作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生影響。

起源“綜合電站”

回顧世界戰(zhàn)艦的發(fā)展歷史，其推進方式有著明顯階段性。大體上來說，戰(zhàn)艦經(jīng)歷了人力推進、機械推進、電力推進、綜合電力系統(tǒng)推進的發(fā)展過程。綜合電力系統(tǒng)推進，是當前各國謀求達到的新階段。

人力推進不言自明。機械推進是指艦船通過復(fù)雜的機械傳動結(jié)構(gòu)獲得動力的推進方式。簡單地說，就是由燃氣驅(qū)動齒輪，通過軸系推動螺旋槳。這種推進方式通常能量損耗較大，且柴油機、燃氣輪機等設(shè)備所占空間較大。

20世紀80年代，隨著推進電機、電力電子變流設(shè)備、計算機控制等技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力推進系統(tǒng)的功率密度、可靠性和效率進一步提升，且因當時對艦船隱蔽性、機動性等提出了更高要求，電力推進的優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，并運用到戰(zhàn)艦上。阿利·伯克級驅(qū)逐艦的動力系統(tǒng)具有一定代表性，4臺燃氣輪機的主要功能是通過兩根軸驅(qū)動可控螺距螺旋槳，另有3臺燃氣輪機負責給艦上供電。后來，為提高燃油效率，美國海軍曾在DDG-103特魯斯頓號驅(qū)逐艦上進行了混動系統(tǒng)的實驗，試圖在低速航行時切換為電機推進。

20世紀90年代，歐美一些海洋國家為應(yīng)對未來海戰(zhàn)，對艦船作戰(zhàn)能力、操縱性能等提出了新要求。其中，在艦船電力推進基礎(chǔ)上，相關(guān)研發(fā)人員設(shè)計了“綜合電站”以滿足艦船推進、日用設(shè)備、高能武器用電需求，并逐步發(fā)展為“戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)”。當前，英國45型驅(qū)逐艦、伊麗莎白女王號航母以及美國DDG-1000朱姆沃爾特號驅(qū)逐艦，都采用了綜合電力系統(tǒng)。以朱姆沃爾特號為例，該艦搭載了2臺燃氣輪機發(fā)電機組以及2臺輔助用的RR4500發(fā)電機組，總發(fā)電量約為78MW，其中，有68MW用于動力推進，10MW用于為艦上其他設(shè)備供電。

一般來說，戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸配電、變配電、推進、儲能、能量管理6個分系統(tǒng)組成。其中，發(fā)電分系統(tǒng)由原動機和發(fā)電機組成，用于將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽惠斉潆姺窒到y(tǒng)由電纜、母線、斷路器和保護裝置組成，將電能傳送到用電設(shè)備，且具有自動識別和隔離系統(tǒng)故障的功能；變配電分系統(tǒng)根據(jù)用電設(shè)備的電能需求實現(xiàn)電制、電壓和頻率的變換，給日用設(shè)備、脈沖負載和通信導(dǎo)航設(shè)備供電；推進分系統(tǒng)由推進變頻器和推進電機組成，推進變頻器為推進電機輸入電能并控制其轉(zhuǎn)速，推動艦船航行；儲能分系統(tǒng)用于系統(tǒng)電能的存儲和釋放，根據(jù)脈沖負載的需求為其供電，支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；能量管理分系統(tǒng)用于系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和能量的管理。

戰(zhàn)場優(yōu)勢明顯

戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)之所以成為多國關(guān)注的重點和研發(fā)方向，源于其具有諸多面向未來海戰(zhàn)場的優(yōu)勢。

一是可為高能武器上艦提供條件。當前，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)艦上的電子設(shè)備和裝備越來越多，對電力的需求也水漲船高。要讓這些新裝備發(fā)揮作用，就必須補齊電力方面的缺口。采用戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)，有利于解決這些問題。以阿利·伯克級驅(qū)逐艦為例，其發(fā)電功率為7.5MW，無法滿足后續(xù)艦計劃裝備14MW大功率雷達的需求。因此，美海軍試圖將該級艦之前的機械推進系統(tǒng)改為機電混合式推進系統(tǒng)，以滿足該型雷達的需求。從一些國家的研發(fā)計劃來看，不少已將采用綜合電力系統(tǒng)作為一種選擇，以滿足高能武器、大功率電子設(shè)備在電力方面的需求。

二是有利于優(yōu)化戰(zhàn)艦上設(shè)備、裝備布局。戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)沒有像機械推進那樣的大型部件和裝置，如齒輪箱、傳動軸等，原動機的布置也沒有主軸束縛，變得更加靈活。這樣，設(shè)計人員就可從整體上對戰(zhàn)艦上的一些裝備和設(shè)備布局進行調(diào)整，使戰(zhàn)艦空間使用更加充分。

三是提高綜合作戰(zhàn)效能。這方面，戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)帶來的好處更多。如電力推進以電纜代替主軸，可顯著降低機械噪聲，提高戰(zhàn)艦的隱身性；推進電機能實現(xiàn)無級調(diào)速，明顯提高對指令的響應(yīng)速度，使操作人員獲得更好的操作體驗；原動機始終高效運行，油耗較低，續(xù)航力高；可通過多種方式和途徑保證綜合電力系統(tǒng)運行的效能和可靠性，并使其具有很強的抗故障能力。

四是可在“減人”的同時實現(xiàn)增效。戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)通常會采用先進的自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)對自身運行的無人監(jiān)測和自動控制。如此，需要較少的人員就可對其進行操控，還能降低艦員的工作強度。美國研究人員曾對阿利·伯克級和朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦做過對比，未采用綜合電力系統(tǒng)的阿利·伯克級驅(qū)逐艦編制為24名軍官、272名士兵，而采用綜合電力系統(tǒng)的朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦只需編制14名軍官、106名士兵。

技術(shù)有待完善

戰(zhàn)艦的動力系統(tǒng)，關(guān)系到航速、續(xù)航力、機動性和隱蔽性等性能，相當于艦船至關(guān)重要的“心臟”。作為艦船推進系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的聯(lián)合，綜合電力系統(tǒng)是將全艦所需的能源以電力的形式集中提供，統(tǒng)一調(diào)度、分配和管理。可以說，綜合電力推進系統(tǒng)代表了當前世界海軍艦船最先進的推進方式。然而，一些技術(shù)門檻的存在和使用維護上的問題，使各國戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)。

英國45型驅(qū)逐艦在這方面可謂“命運多舛”。2009年，該型艦勇敢號在其首航跨越大西洋訪問美國東岸時，突然徹底失去動力，不得不改道加拿大維修；2012年，勇敢號在波斯灣地區(qū)執(zhí)行巡邏任務(wù)時，因高溫導(dǎo)致動力系統(tǒng)罷工，緊急前往巴林維修。該型艦不屈號也有類似經(jīng)歷，在西非沿海行駛時，因高溫導(dǎo)致停電，全艦陷入黑暗；2016年，該型艦鄧肯號出海參加北約軍演，結(jié)果不出3天就出現(xiàn)動力故障，被拖船拖回母港；2017年11月，英國6艘45型驅(qū)逐艦皆因動力系統(tǒng)故障無法使用。

需要指出的是，這些故障均源于其使用的綜合電力系統(tǒng)。

美國朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦也遭遇類似情況：2016年11月，朱姆沃爾特號驅(qū)逐艦在通過巴拿馬運河下半段，駛往母港圣迭戈途中，突然失去動力，不得不滯留在巴拿馬的羅德曼海軍基地內(nèi)；2018年，該級艦邁克爾·蒙蘇爾號因一臺發(fā)動機在測試中發(fā)生故障，當年秋季之前都無法列裝，雖然后來的檢查結(jié)果顯示，是燃氣輪機葉片斷裂引發(fā)的事故，并非電動系統(tǒng)出現(xiàn)問題，但這仍反映出，該燃氣輪機葉片與綜合電力系統(tǒng)的匹配還存在問題。

戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)雖然好處較多，且已有不少戰(zhàn)艦采用，但這并不意味著性能上的盡善盡美。除了部分技術(shù)還不夠成熟外，戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)還存在一些其他問題，如該系統(tǒng)需要輸出效率很高的發(fā)電機組，其所占空間與自重仍然很大，只能應(yīng)用在內(nèi)部空間寬裕、搭載眾多高耗能設(shè)備和武器的大噸位艦船上。這些問題，也需通過技術(shù)的不斷提升一一解決。

然而，瑕不掩瑜，在各種戰(zhàn)艦推進方式中，綜合電力系統(tǒng)是后來者，也是最具潛力者?？偟膩砜?，其代表的不僅是動力升級，還可能是今后海戰(zhàn)方式的變化，海軍作戰(zhàn)思維的轉(zhuǎn)型。當艦船的“血液”從燃油變?yōu)殡娏鳎瑺帄Z制海權(quán)的戰(zhàn)場已悄然出現(xiàn)在戰(zhàn)艦內(nèi)部。