综合电推可能给核动力新的机会
没有核动力是人们对“福建”号最大的遗憾,“004该核动力了吧”是不灭的念想。另一方面,全核动力舰队现在没人提了,但要是能实现,肯定使得很多人两眼发光、脑门发亮。
全核动力舰队美国人试过,成本太高,实在玩不动。无限航程问题解决了,弹药供应还是解决不了。现在,美国只有核动力航母,核动力巡驱护舰没有了。当然,还有核动力潜艇,那是完全不同的问题,不能放在这里一锅煮。
综合电推把全舰的动力和电力综合考虑。动力系统发电,电力在驱动和系统用电之间按需分配。在有源电扫雷达白菜化的现在,耗电成了大问题。如果能量束武器上舰,耗电问题更大。
传统的专用发电系统成熟、可靠,但发电容量由雷达和武器的耗电决定,要保证所有系统在所有时候都能满负荷工作,需要的发电容量极大。
另一方面,推进动力由另外的动力系统提供。在加速期间最大动力需求的时候,有富裕能力的发电系统帮不上忙;在低速巡航但耗电高峰的时候,动力系统有余力但也帮不上忙。
综合电推把电力供需统筹安排,哪里最需要就往哪里调拨,在电力不够的时候可以在推进和系统用电之间权衡调度,极大地提高了效率和实际可用电力。
电推进还提供额外便利。动力系统的布置不再受到传动轴的限制,可以分散布置。既提高抗战损性,也便于与重心、烟道等配合。
综合电推在理论上很美,在实际上有很多暗坑,系统崩溃的话,威风凛凛的战舰就成了一条漂浮的死鱼。美英最新战舰都中过招。中国在电推方面技术领先,可靠性方面还需要实用经验的检验,但技术基础已经打好。
核动力的问题在于建造和使用成本太高,但这是与动力要求相连的。降低功率要求的小堆有条件模块化,建造和使用成本都大大降低。由于综合电推以电力作为纽带,电力从哪里来反而不是问题。这就是核动力的机会。
其中D为吨位,S为速度,Hp为功率。对于不同的舰型,有不同的海军部系数。但确定舰型后,可以认为海军部系数大体固定。
换句话说,假定某一军舰舰型、吨位要求已定,那速度与功率就成立方关系。假定在30节航速下需要10万马力,这就是总功率要求。如果巡航速度降低到18节,功率只需要21600马力,降低幅度接近80%!
如果说小堆额定出力25000马力,不仅足够18节巡航,还够平常的系统耗电,这依然是全功率堆的1/4,何况全功率堆并没有包括系统耗电的要求。
剩下的3/4加速和峰值功率要求用燃气轮机发电解决,启动快,加速快,高负荷状态下热效率高。
实际上,小堆产生的动力蒸汽还可以通过燃气轮机废热锅炉进一步加热,提高小堆出力,也提高燃气轮机的热效率。废热锅炉平时直流,只有在燃气轮机工作的时候才出力,但这也正好是需要额外电力的时候。除了少量增加设备和占地,这个技术不复杂,在技术上和工业界常用的热电联合很相似。
这样做的好处是:舰船巡航用核动力,燃气轮机作为加速动力,大大降低燃油消耗,大大延长续航力,大大降低海上补给要求,容易与核动力航母的补给周期相配合,也降低舰队燃油补给的压力。补给舰依然是要的,但重点转向弹药、器材和降低的燃油补给。核动力连舰上淡水的问题都解决了。
在最坏情况下,燃油用光了,依靠核动力依然可以保持巡航,直到下一次加油机会的到来。反之,核动力故障了,也可以依靠燃气轮机动力继续航行,直到返回基地大修。
其实,不仅巡驱护舰可以核燃联合动力,航母也可以。航母也不是一直全速航行的,既没有必要,也避免护航舰队“跑岔气”,常规动力的护航舰队可没有核动力航母的长跑本事。
实际上,“核混动”现在就能实现。核动力是用核反应堆取代蒸汽锅炉的蒸汽动力,用燃油锅炉置换燃气轮机和废热锅炉,也可实现“核混动”,俄罗斯的“基洛夫”级战列巡洋舰就是这样的。
当然,锅炉的启动、加速比燃气轮事得多,实际出航的时候是一直在低出力状态下工作的,降低了节油的效果,但不失为权宜之计。“福建”号要是下一步想造得更大,而不想一步到位搞全核动力,这样的核混动也是可以考虑的。65000吨级“中型偏大、大型偏中”的航母可能更加适合,燃气轮机更容易满足功率要求。
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