全电推进能解释003烟囱口偏小吗?混合动力不过是错误的想象


现代常规动力航母烟囱设计和上个世纪常规动力航母的区别在于需要考虑红外特征

前面我们说过003的烟囱口过小的问题,如果003采用蒸汽锅炉的常规动力系统,从其烟囱口大小判断,无法提供足够的推进动力,其推进功率差距在一倍以上。简单地讲003的主推进动力不可能来自蒸汽锅炉而是来自核反应堆,而烟囱只是辅助动力燃气轮机的烟囱。于是有人提出一个观点,认为003的主推进动力仍然是蒸汽锅炉,只是因为采用了全电推进系统,提高了工作效率,所以需要的动力比较小,对应的烟囱口就不需要那么大了。

这套说法显然是错误的,因为其根本就没有搞清楚全电推进系统的工作原理。所谓全电是将所有原动力设备的功率全部先经发电机转换为电能,然后对电能统一分配综合利用。但这样的能量转换过程只会降低系统的工作效率而不是增加工作效率。相对于传统的推进方式,全电推进系统增加了两个能量转换过程,就是先由原动力设备的机械动能转化为电能,然后用于推进的电能还要经过电动机将电能转化为螺旋桨的推进动能。这两个过程只会降低系统的工作效率,而不会增加系统的工作效率。

车上运载的就是福特级航母的传动轴

而传统的推进方式实际上效率更高,核反应堆产生的蒸汽推动蒸汽轮机做功。经过齿轮减速器减速后通过传动轴直接传递给螺旋桨,这样的能量转换效率是很高的,能达到百分之九十几接近百分之一百。而不会有全电推进系统两次能量转换的效率损失。当然全电推进系统的优点还是比传统推进方式多得多,首先是可以取消传动轴,这样对于动力设备的布置就可非常灵活,只要用电缆连起来就可以了。然后是可以实现对动力的灵活调度。蒸汽轮机发出的电力可以用来推进也可以供应舰上用电设备使用,而辅助动力发出的电也可以用来作为推进动力。总之能源综合利用的灵活性可以大大提高。综上所述,003采用全电推进系统就可以解释003的烟囱口过小的逻辑是无法成立的。

那么如果003的烟囱口是给燃气轮机辅助动力用的,003的动力系统是否是所谓的混合动力系统呢?如果按照003的烟囱口面积计算,能够支持的燃气轮机功率在130-150兆瓦左右,只是比福特级的发电功率高一些而已,全部用来做推进功率是不够的。福特级的发电功率是100兆瓦,甚至有资料说是174兆瓦。以福特级做参考,003的推进功率需求可能要超过福特级。因为003的水线宽度超过福特级但水线长度不及福特级,003的航行阻力可能更大一些。所以003的主推进动力只能是核动力,003的动力系统也并不是所谓混合动力。至于003为何不靠核动力提供辅助动力所发出的电力,前面文章已经说得很清楚了这里就不再重复了。

黄色圆圈内被熏黑的地方就是辽宁舰辅助动力发电系统的排烟口

如果003采用的是全电推进系统,那么无论是核动力系统或者燃气轮机辅助动力系统提供的动力都是有可能用于推进的。所以站在这个角度来说,说混合动力也不算完全没有依据。但是很早以前就有公开照片显示,003的动力舱后方有传动轴预留开孔,所以可以确定003并未使用全电推进系统。因为如果003是全电推进,其动力系统提供的动力就直接交给动力舱里的发电机发电了,不会有大型传动轴出现。所以003的动力系统就是核动力系统,只是因为需要的辅助动力功率比较大,所以使用了燃气轮机,而燃气轮机的空气消耗量大,所以不得不单独在舰岛上装个烟囱。如果是柴油机做辅助动力,可能也就是在舷侧开个小的排气管就完了,或者像辽宁舰一样在水线附近开个排气口。但是随着技术的发展,辅助动力的功率大小会逐渐向推进功率靠拢,这必然成为一个趋势。所以说到底003用的就是标准的核动力系统,其它的想法都是想多了!

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