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中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机

作者:熊style

从1947年开始,著名的罗尔斯•罗伊斯公司就已经启动“奥林普斯”型涡轮喷气发动机的研制计划。到1950年5月,“奥林普斯”涡轮喷气发动机的第一台原型机开始进行台架试验。按照研制计划,该型发动机将作为新型高速、远程轰炸机的动力装置,要求发动机推力大、工作稳定、耗油率低。原有的单级离心式或轴流式压气机的第一代 喷气发动机已经不能满足性能要求;

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为此采用了结构比较复杂的双转子结构,其低压压气机及低压涡轮、高压压气机及高压涡轮共轴分置,没有直接的机械联系,可以分别在各自的最佳转速下运行,效率高、压比大,是英国第一种采用双转子结构的燃气涡轮发动机。因为研制中遇到的技术困难比较多,该型发动机直到1956年7月才正式定型交付使用。开始交付使用的定名为“奥林普斯”100系列涡轮喷气发动机,各具体型号间的区别主要是空气流量和涡轮前温度的不同。经过一段时间的实际应用之后,在100系列的基础上进行了较大幅度的修改,空气流量以及推力进一步增加,发展出了新的200系列和300系列,成为当时英国“3V”轰炸机计划中“火神”战略轰炸机的动力。其中,“奥林普斯”301最大推力9072公斤,属于当时世界上先进的大推力喷气发动机之一。1962年,在“奥林普斯”320的基础上,罗尔斯•罗伊斯公司与法国斯奈克玛公司共同开始研发“协和”式超音速客机的发动机,1973年定型为“奥林普斯”593型涡轮喷气发动机,并于1976年1月推动“协和”式客机进行人类历史上第一次超音速民航飞行;

中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机
中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机

“奥林普斯”型舰船燃气轮机的研制工作始于1962年,试验机首先装备在皇家海军的一艘炮艇上进行测试。与航空发动机原型相比,“奥林普斯”型舰船燃气轮机主要由燃气发生器和动力涡轮两大部分组成。燃气发生器在总体结构方案上的改动不大,主要是选用了更好的耐热合金和抗腐蚀材料,以适应舰船动力装置长时间大负荷运行、以及抵抗海上盐雾侵蚀的要求。同时,在涡轮叶片等关键部件上,采用了当时先进的气冷技术,不但提高了性能,而且延长了部件的使用寿命。动力涡轮为新设计的长寿命结构,可以承受较大的冲击负荷。主轴承设计为无需拆卸整个组件即可检修,大大提高了舰上的维护效率。1966年,罗尔斯•罗伊斯公司推出了“奥林普斯”T M1A型舰船燃气轮机,但该机型没有大量生产。1967年,“奥林普斯”TM3B型舰船燃气轮机开始研制,由 “ 奥 林 普 斯 ” B 型 燃 气 轮 机 和 寿 命达10000小时的TM3型动力涡轮组合而成,于1969年投入试运行。1973年,装备“奥林普斯”TM3B型舰船燃气轮机的21型护卫舰投入使用,开始了“奥林普斯”型舰船燃气轮机三分天下的辉煌历程;

中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机

中国在研发6000马力燃气轮机以后,参考英国经验:在大型轰炸机涡喷发动机基础上开发燃气轮机。于是,中国利用轰六动力系统研制了“WP-8改”燃气轮机:对其燃气发生器进行了80多项修改设计以适应舰船在海上运行的恶劣环境。同时,新设计用于输出功率的动力涡轮、附件及各系统也按照舰上使用环境重新进行了设计。1974年,“W P-8 改”型舰船燃气轮机完成耐久试验,已经准备转入装备生产阶段。但是,055级驱逐舰设计的要求是燃气轮机单机功率23530千瓦,而“WP-8改”型舰船燃气轮机实际功率只达到了16170千瓦,差距明显。对于一艘排水量将近8000吨的巨舰来说,两台“WP-8改”型舰船燃气轮机根本不足以推动其达到30节以上的航速。如果能再增加两台W P-8改燃气轮机来代替原定的柴油机,组成燃-燃联合动力装置,可达到64704千瓦的主机总功率,尚属差强人意,勉强堪用。作为对比,美国“斯普鲁恩斯”级大型驱逐舰采用4台L M2500燃气轮机组成的燃-燃联合动力装置,主机总功率为82028千瓦。而且,当时中国缺乏大功率并车齿轮箱的设计、制造技术,也无法直接从欧美进口相应技术或成品;

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WP-8改国产燃气轮机的寿命问题也制约了型号定型:它的研制单位提出,初期小批量试生产的燃气轮机的寿命仅能满足200小时使用,而 大、中型军舰的自持力一般至少要达到20~30天,也就是480~720小时。换句话说,如果055大型导弹驱逐舰一直使用国产燃气轮机航行,主机可能不到10天的时间就会坏掉。然而在军舰上是没有条件进行燃气轮机大修的,也就是说, 055大型导弹驱逐舰实际上只能依靠两台巡航柴油机推进,而国产燃气轮机只能充当花瓶的角色,舰船的机动能力、作 战能力都将大打折扣。由于外部环境的不良影响,当时要把这个寿命数字迅速提高是不可能的事情,这无异于宣判“WP-8改”型舰船燃气轮机的死刑——中国海军装备国产舰船燃气轮机的梦想再次化为了泡影;

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不幸的是,原定用于055大型导弹驱逐舰的巡航柴油机的研制也出现了问题:18V E390Z C型柴油机原本是作为053K对空导弹护卫舰的动力装置设计的,虽然研制工作从1970年代初就已经开始,但由于是中国第一次自行研发大功率舰船中速柴油机,设计者普遍缺乏研制经验,对于新机型的研制难度估计不足。前期的减缸验证机阶段试验不够充分,导致正式样机试验阶段大小问题 接连不断,而最大的问题,莫过于在于053K对空导弹护卫舰的首舰531号海试时,18V E390Z C型柴油机远未达到设计的8824千瓦功率,这个难题一直拖到了1980年代初才得到解决。在国产燃气轮机和柴油机都不能满足新舰设计要求的现实面前,055大型导弹驱逐舰使用国产动力装置推进的方案就此偃旗息鼓。 此时,中国海军审时度势,根据与美、 英缓和的大好形势,经过一段时间的接触、考察后,提出比较现实的051S方案:计划装备从英国引进的“海标枪” 区域防空导弹,准备先建造8艘,为中 国海军提供急需的舰艇区域防空能力。

中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机
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借此东风,精明的英国人提出可以提供舰船燃气轮机来装备中国海军的新型战舰的建议。这个建议与中国海军的迫切需要一拍即合,迅速获得了国内相关部门的响应。由于英国人早就已经考虑到可以使用4台“奥林普斯”系列燃气轮机组成大型舰船的动力系统(皇家方舟”级轻型航母就采用4台“奥林普斯”燃气轮机组成的燃-燃联合动力装 置),而且“奥林普斯”系列燃气轮机已经在皇家海军的众多舰艇上使用了将近10年时间,在技术上已经相当成熟,直接引进“奥林普斯”全燃推进方案可以大大降低055大型导弹驱逐舰的研制难度。1978年底,军工科研单位开展055舰方案设计,并上报了战术技术任务书建议草案。此时该舰动力装置设计已经改为采用引进英国的“奥林普斯”全燃推进方案,此时离研制任务的下达,不过区区两年半时间而已。 1978年底到1979年初,就055大型导弹驱逐舰燃气轮机动力装置、可调螺距螺旋桨及轴系等整套推进系统的引进事宜,国内有关部门与英国罗尔斯•罗伊斯公司等外商进行了谈判。由于国家外汇指标调整,缺乏采购资金,不久后谈判被迫暂时中止。1979年底,中国海军 应英国有关方面邀请,再次赴英参观考 察,并就新型驱逐舰的总体设计问题向英方求助。英国人为此提出了新舰A、B、C三个建议方案。随后,中国海军邀请英造船装备代表团来华会谈,英方带来新舰B方案深化总布置图及简要说明书。根据英方的新资料,中方谈判领导小组拟定055大型导弹驱逐舰需引进英国主要系统的意见,并向上级汇报。同时,军工科研单位参考英B方案的建议, 对原总体方案及战术技术任务书进行了修改。 然而,由于055大型导弹驱逐舰研制过程中出现的各种技术问题较多,且在 下达研制任务书前论证深度不够,以致某些战术技术要求与国内科研、生产水平有相当差距,研制尚需较长的时间;

中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机

1981年,国防科工委和国家机械委联合决定:055大型导弹驱逐舰从正式型号研究退下来,改列为预先研究。至此,寄托了中国海军蓝水之梦的055大型导弹驱逐舰计划终于宣告寿终正寝;

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从改革开放初国家的总方针、总政策来看,055大型导弹驱逐舰显然不能列入国家急需的建设项目。同时,研制此类暂时无法立足国内的大型导弹驱逐舰,需要国家支出的经费及外汇较多,当时国家还无法一时解决这些困难。这些大概就是促成领导机关决定将055大型导弹驱逐舰从正式型号研制改为预先研究项目的原因。055大型导弹驱逐舰的研制工作就这样长期搁置下来;

当美国得知罗尔斯•罗伊斯公司意图吞下 中国海军舰船燃气轮机动力装置这块大肥肉之后,当时正在与英国人争夺世界舰船燃气轮机市场的美国通用电气公司坐不住了:通用电气公司挟独揽美国海军舰船燃气轮机推进装置市场之余威,用有史以来最为成功的大功率舰船燃气轮机——LM2500型燃气轮机,一举将“奥林普斯”TM3B型燃气轮机挤出中国市场之外。虽然罗尔斯•罗伊斯公司当时已经在研制“斯贝”系列舰船燃气轮机,然而开发进度太慢且功率较低,总体性能不如LM2500型燃气轮机,无奈之下只有黯然退出;

中国舰用燃气轮机的遗憾:奥林普斯燃气轮机

但是,中国海军当年选择引进美国LM2500型燃气轮机,而放弃了“奥林普斯”TM3B型燃气轮机,确实考虑不周:LM2500型燃气轮机技术远比“奥林普斯”TM3B型燃气轮机先进,这是建立在美国先进、坚实的科研和工业基础上。直到21世纪到来之前,中国的燃气轮机工业发展仍然不能解决仿制LM2500型燃气轮机的问题,事实上造成当年舰船燃气轮机动力装置的供应只能依赖于美国的状况;

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而作为时刻受到美国提防、纯粹因为暂时利益进行相互合作的大国,中国在这样重要的主战装备上如果不尽可能做到立足于国内、反而寄希望于潜在的对抗者,是很危险的事情。从美国引进燃气轮机的决策做出之后,还不到10年的时间,这个潜在的危机就在出乎意料的情况下爆发了:美国政府一纸简单、 完全没有回旋余地的禁令,把中美军事技术交流的门缝彻底关闭,直接导致了052型导弹驱逐舰的后继型号难产,使得中国海军被迫降低主战舰艇更新换代的速度,对中国的国家安全构成了严重威胁!

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