航空母舰吧——现代舰艇动力系统问题答疑专帖



航空母舰吧是比较专业的军事贴吧,但毕竟贴吧里学生军主力,对现舰艇动力了解欠缺的人不少,谨以此贴做为普及,希望借此提高学生军迷的整体素质
本帖旨在从动力系统工作原理角度为军迷提供础知识以及必要的分析,并非情报贴
当然毕竟仅楼主一人水平以及知识范围有限,无法回答所有军迷关心的问题,希望吧里其它老将也参与进来
好了,请对舰艇动力感兴趣的同学踊跃提问

楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-08 16:44:00 +0800 CST  
首先为了方便理解,个别字母必要说明
D:diesel engine 柴机
G:gas turbine 燃机
A:and 并(联合使用)
O:or 或(交替)
CO:combined 联合
红色原盘:离合器,类似气刹车,双耦合轮胎抱死则连接,放气则断开连接
绿色原盘:各种齿轮箱
紫色部分:柴机,每个一个圆球代表一个气缸
蓝色部分:燃机
柴燃联合:CODAG联合,即D与G同时并车驱动轴系,代表舰,F124
柴燃交替:CODOG联合,即D与G交替使用(巡航段使用D更节省燃料),代表舰,052D
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CODAG原理


CODOG原理


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然而无论是CODAG还是CODOG,都有机械传动无法无级变速,无法合理分配原动机能量的缺点,采用CODOG的舰艇巡航用D,高速用G,两套原动机系统只能交替使用,始终无法发挥全部效能,浪费舰艇载荷,容易限制舰艇的最高航速,类似德国的F124采用CODAG,虽然可以部分解决这个问题,但依然要通过复杂的此轮机构(图上看两者对比已经很明显了),并且类似主炮与雷达依然无法直接使用原动机发出的能量,这都是传统动力系统的缺点
而电推舰艇,尤其是全电综合,通过电气化(调压或者调频)控制电机,完美的实现了无级变速,避免了无意义的高工况运转,提高了燃料利用率,这是它相对于传统动力的优点,缺点,发电机组电能转换效率虽然在90%以上,但依然低于传统的直接将能量传至轴系,但这点可以通过燃料利用率来克服,总体效率依然更高,代表舰,45级,虽然原动机WR21输出太弱并卵
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电推并不是什么高大上的技术,大功率电机以及高效精确的变频元件才是其难点,实际现代大部分常规潜艇都是电推,比如基洛,苍龙锂电池版,039早期型号
而我国的部分海警船也已经采用了更加适合其冲撞灵活性任务的吊舱式电推
这是其原理:转动红色吊舱,直接实现最高效率倒车


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-08 19:49:00 +0800 CST  
4楼看这个,S导左边就能得出航速


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-08 20:39:00 +0800 CST  
答疑帖手动置顶,欢迎同学们踊跃提问,顶顶顶

楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-10 16:19:00 +0800 CST  
9楼柴电燃的问题看下这个:
这是类似柴电燃(CODLAG)的COGLAG(把辅助柴机换成了小燃机)结构,是倭族的秋月改,平城25年计划,目前采用这种动力的舷号117,118的秋月都已经下水,倭族虽早已沦为美帝反潜大队,但其个别技术仍不可轻敌
其原理与柴电燃相同,都是使用燃机做直推加速动力,而巡航状态下使用小燃机或柴机等发电带动电动机电推,全速状态下利用电动机转速调节方便的特性配合燃机燃机转速并车,提供最大输出


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-19 21:39:00 +0800 CST  
这是英国一种新概念常规潜艇SSGT
注意看它围壳(就是常说的指挥塔)顶上的纺锤体,那里面就是燃机,这种半潜的航渡方式把燃机露出水面,直接吸收空气做氧化剂,充分利用了燃机比功率大,低频噪音小的优势

虽然有暴露的可能,但对于在无威胁海域航渡充电中的潜艇,这是一种不错的思路



楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-20 10:29:00 +0800 CST  
楼上提到了COGAS,简单说明所谓的COGAS,就是燃蒸联合推进,热效率远超单纯的燃机,也就是更省油跑的更远,但也有缺点,就是整套系统体积太大功率密度较低,系统偏复杂可靠性也较低一些,如果燃机余热不够,可能锅炉中还要额外喷油补燃,小船是用不了的,航母用就不错,曾经有传言我国在建的001A航母有可能使用这种组合
它的原理:合理的利用了燃气轮机排出的高温废气中的热量,在余热锅炉中加热载热剂(一般是软化水),利用这些余热再次驱动蒸汽涡轮而后与燃机并车
这是一种陆地电厂里的燃蒸联合发电系统,COGAS跟这很像,只是不发电直接用于推进

这是其原理图


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-08-30 16:59:00 +0800 CST  
楼上有提到“节”的概念
节是速度单位不是长度单位,1节=1海里每小时
海里是长度单位,我国规定,1海里=1852m
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那么为什么是我国规定?
答案:这要从海里的概念说起,1海里=地球子午线圈长的360*60分之一的长度(把子午圈椭圆圆心角分成360度,每度再分成60分,这1分对应的椭圆上的弧长,就是1海里)
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而由于子午圈是椭圆,地球上不同纬度的国家对应的1分的弧长是不同的,所以各国的1海里长度也略有不同
比如美国是1851m,英国是1855m,俄罗斯最长,四舍五入可以达到1856m
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那么为什么不统一用千米而要用海里呢?这不是自找麻烦吗?
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答案:实际海里的概念对于航海很有意义,并不是自找麻烦
因为海上不像陆地,除了经纬度坐标跟星星几乎没有参造物,而如果知道了目的地的坐标跟当前我船所在坐标,通过几何算法,可以精确算出两点之间在地球上所对应的圆心角,比如如果这个圆心角是30度,那么就是1800分,此时航程(弧长)1800海里,如果我船航速20节,那么在这条弧对应的航线上航行,可以很容易的计算出90小时后就可到达目的地,也就是如果不偏航,90小时候就可以如期看到这个小岛的意思,是不是很方便?呵呵


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-09-06 12:13:00 +0800 CST  
楼上提出的无轴泵喷技术喷水推进的一种新设计,总体与传统泵喷有很大区别,这方面楼主也不太了解,可以确定的它不用轴系就可以直接将海水泵入导管内,导管中的粘阻(类似飞机进气道附面层)肯定要小于传统泵喷,总体推进效率应该更高
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说到泵喷,就楼主了解的说点吧,传统泵喷,看这个图

外面那个壳子,叫导管,不转的叶片叫定子,旋转的类似螺旋桨的东西,叫转子
然而你们发现了一个问题,他这个导管,入水端更粗,出水端更细,这就是传说中的减速导管设计,它有一个好处,由于入水端流速变慢,可以推迟转子叶片的空化,也就是说,同样的转数,传统螺旋桨已经长生大量空泡,推进效率降低,噪音骤增,而这种减速导管此时相对安静许多,并且它的外壳,也可以屏蔽一部分噪音
这种传统泵喷推进器可根据转子和定子的前后位置分为两类
1.定子前置式:定子在入水端,它可以使流入转子的水流产生预旋,起到均匀来流的作用,改善转子的进流条件,噪音较低
2.定子后置式:定子可以回收转子尾流中的部分旋转能量,推进效率相对较前置式高,但噪声会更高


所以潜艇一般采用前置式,而鱼雷采用后置式


这是一条MK48鱼雷,可以清晰的看到它的定子



这是一条基洛型潜艇,从外面隐约可以看清它的转子,是在后面的,也就是定子前置式

这是一种典型的由柴机带动的船舶喷水推进系统

我国早年大量生产的022导弹艇就是喷水推进


这是韩国的导弹艇,喷水推进


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-12-07 18:37:00 +0800 CST  
基洛图挂了,再传一下


楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-12-07 18:38:00 +0800 CST  
船与飞行器谁更容易发现谁这问题,要看怎么比,如果一个人钻到草丛里,有时候是人先发现蚊子,有时候是人先被蚊子叮
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这有一些粗略的数据,是美国对未来AMDR-S在伯克3上表现寄予的厚望(DDG1000的S波大盾已被阉割,暂时不予考虑):
SPY15: 对 F-22/J-20追踪半径为126海里,对 F-35追踪半径为268海里,信噪比是目前伯克2A使用的SPY-1D宙斯盾雷达的32倍,考虑到F-22/J-20隐形涂料的后续升级和实战条件下的电子对抗支持,假定SPY15雷达实战条件下信噪比恶化一个数量级 (10 分贝),SPY + 15:对 F-22/J-20追踪半径为71 海里,对F-35 为151海里

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也就是按照预期,对于伯克3来说,F35(B型弹仓过短可能还带不了鱼叉)这类目标使用JSM,鱼叉等武器,在巡航段就已经被击落了,而F22/J20这类目标,越出水天线的一瞬间也已经无法遁形


并且即使刨除美国现在所谓的CIC支持,较原始的SPY1D也具有一定的大气波导能力,而我国目前在052D上装载的346A雷达,这方面只会更强,对于未来伯克3VS055之争,相信我国的055双波段大盾中的S波部分至少不会低于AMDR-S中的SPY15,因为毕竟舰载AESA方面,我国无论是研发还是使用经验,都要高于美国
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当然这个探测距离只是理论上的数值,事实70KM秒杀F22/J20还不太现实,毕竟他们机动性都很强,比如此时降低到水天线以下,即使是主动弹,也很可能直接脱靶了,总体上,人想消灭蚊子,还是不太容易的
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现在再来看DDG1000的隐身效能:
08年美国宣传的DDG1000RCS是传统驱逐舰(20000-250000m^2)的1/50(也就是粗略估计在400-5000m^2左右)这样的RCS可以把传统舰载反舰导弹的效率降低到1/10


那么事实是不是这样呢?


雷达有效探测距离和RCS的四次方根呈正比,探测距离缩短一半,RCS就需要减少为原来的1/16,可以得出同样的雷达对朱姆沃尔特的探测距离是其对传统驱逐舰探测距离的1/3,也就是说它确实比飞机更不容易被发现,这很正常,就是一条无线电静默的伯克趟在那里,也不太容易被发现,但不知道美国这个1/10是怎么得出来的,这还仅是按照它自己的宣传(RCS1/50,吹?)


那么它到底是不是如宣传所说看起来只是一条渔船呢?


这是一些典型水面单位的RCS数据,其中第6排的Large coaster,大型近海商船RCS与DDG1000类似,在1000-5000m^2左右,(注意Gross tonnage并不是排水量,换算成吨位后数值与载货重量差不多,也就是说此时满载排水量将是这个数值的2倍不到,按它宣传的1/50算,并且再照顾下DDG1000,给它算1500吨好了)




也就是说,DDG1000的RCS确实相当于一条渔船,只不过这是一条1500吨的渔船(比056更大,054A才4000吨并且它们都比渔船做过隐身处理)


那么现在问题就可以简化了,DDG1000作为一条排水量比056都大的1500吨级渔船,在高强度对抗的作战海域,想发现它很难吗?呵呵


这还是在它无线电静默的前提下,事实上在高强度对抗下,不开雷达是大忌,除非这条船有特殊任务,比如伏击,而如果它高速跑起来,作为最基本的分析,很难相信有几条敢在作战海域捕鱼的渔船,并且这条渔船还能跑出近30节的航速


DDG1000被发现的几率确实比伯克小,但一旦被发现,在没有伯克与舰载机掩护的情况下,以DDG1000孱弱的防空能力(现在的状态连ESSM都射不了)无异于给对手送去35亿刀


事实上,DDG1000真正的低可探测性价值在于欺负体系不健全的小国时静默状态下浅近水域的声学特性,毕竟电推,此时可以更好的发挥它那两座AGS,而显然其生存能力要低于LCS,因为起码LCS对鱼雷是基本免疫的

楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-12-14 16:32:00 +0800 CST  
有提到斯特林的,这个帖子是以前发的,介绍了一些AIP的工作原理
http://tieba.baidu.com/p/3696887264?pid=66912653704&cid=0#66912653704


实际它叫热气机,是一种区别于柴机,涡轮式引擎的典型外燃机

这是其工作原理图,用手机的同学要换电脑才能看到动态的gif



楼主 史诗般的巡游  发布于 2015-12-26 11:10:00 +0800 CST  
CODAG本质是发挥舰艇燃机+柴机的全部功率,以求达到更高的航速,由于传动装置复杂,越大的舰艇整合难度越高,从这点上看,显然小一点的船更合理,比如目前俄罗斯有一种500吨级导弹艇,就是CODAG的


核燃联合确实有人设想过,但目前看不太现实也没有必要,所谓的核燃,实际是上面提到的COGES或者COGAS的延伸,只是传统锅炉换成了压水堆,能使用核燃的军舰基本只能航母,只要压水堆与蒸汽涡轮攻率足够就不需要燃机继续并车了,而且并入一套燃机不只降低传动系统的复杂性,还要单独增加一套供油系统与燃料,基本得不偿失,我是这样看的

楼主 史诗般的巡游  发布于 2016-02-16 16:25:00 +0800 CST  
打了好多字私信一条也显示不出来,粘在这里吧


你说的热状态我也只是听过但具体原理不太了解,相信大体跑不出电路的问题



来分析猜测一下,导弹电路很复杂一些振荡回路继电元件肯定少不了,如果需要敏锐的瞬时响应发射指令,现充电点肯定是会延迟的,需要提前充电,应该更加类似一些电子电路的热备用状态



红外弹的这个对空弹药较多,确实需要冷却,因为军用红外导引头可跟民用冲厕所那种普通的热敏探测器不同,军用导引头与其说是感应温度,不如说是直接搜集特定波长的光子更贴切,与温度比起来,更加类似光敏元件只不过吸收的是红外波段的



而任何探测器,降低背景噪音都是提高探测效能的不二之选,对光敏或者说无线电波段的雷达需要滤波,有信噪比指标,红外导引头也一样,背景温度越低,自噪音越低,探测越精确,所以需要降温



当然降温一般就是液氮蒸发吸热,氦气是用不起的,呵呵,我国为了降低成本,一些导弹的固体推进剂都使用了廉价产品,所以一些导弹看起来射程偏短,而这个冷却剂蒸发过程一但开启相信很难停止,更加类似固体火箭发动机,而现代导弹都是自带惯导的,也就是陀螺仪定航(我头像就是个简易的电陀螺模型),一旦充电转起来就不会停,所以就只能发射出去了



另外空空红外弹都是高g格斗弹,需要在发射前就预热开机锁定敌机,这个过程相信也就数秒的样子,当然如果这时敌机被友军干掉了,那这枚导弹也就是废了,而如果为了节省导弹,不提前预热,那就有可能因为这数秒的预热被对方干掉,总之大炮一响,黄金万两吧

楼主 史诗般的巡游  发布于 2016-03-09 17:12:00 +0800 CST  

楼主:史诗般的巡游

字数:5836

发表时间:2015-08-09 00:44:00 +0800 CST

更新时间:2016-12-12 19:55:04 +0800 CST

评论数:271条评论

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