來源：中國(guó)軍網(wǎng)-解放軍報(bào) 責(zé)任編輯：徐占虎 發(fā)布：2025-08-08 14:48:25
45型勇敢號(hào)驅(qū)逐艦。
RR4500發(fā)電機(jī)組。
MT-30燃?xì)廨啓C(jī)。
DDG-1000朱姆沃爾特號(hào)驅(qū)逐艦。
在現(xiàn)代海軍發(fā)展史上，每一次動(dòng)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(fēng)帆動(dòng)力到蒸汽（機(jī)）動(dòng)力，從燃?xì)猓ㄝ啓C(jī)）動(dòng)力到核動(dòng)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(chǎng)能源革命，開始采用綜合電力系統(tǒng)（IPS）提供動(dòng)力。
與傳統(tǒng)艦船動(dòng)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(jìn)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(shì)，而且有效提升了戰(zhàn)艦航行及作戰(zhàn)效能，并將對(duì)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(jìn)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(jìn)、機(jī)械推進(jìn)、電力推進(jìn)、綜合電力系統(tǒng)推進(jìn)的發(fā)展過程。綜合電力系統(tǒng)推進(jìn)，是當(dāng)前各國(guó)謀求達(dá)到的新階段。
人力推進(jìn)不言自明。機(jī)械推進(jìn)是指艦船通過復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)獲得動(dòng)力的推進(jìn)方式。簡(jiǎn)單地說，就是由燃?xì)怛?qū)動(dòng)齒輪，通過軸系推動(dòng)螺旋槳。這種推進(jìn)方式通常能量損耗較大，且柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備所占空間較大。
20世紀(jì)80年代，隨著推進(jìn)電機(jī)、電力電子變流設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力推進(jìn)系統(tǒng)的功率密度、可靠性和效率進(jìn)一步提升，且因當(dāng)時(shí)對(duì)艦船隱蔽性、機(jī)動(dòng)性等提出了更高要求，電力推進(jìn)的優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)，并運(yùn)用到戰(zhàn)艦上。阿利·伯克級(jí)驅(qū)逐艦的動(dòng)力系統(tǒng)具有一定代表性，4臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的主要功能是通過兩根軸驅(qū)動(dòng)可控螺距螺旋槳，另有3臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)責(zé)給艦上供電。后來，為提高燃油效率，美國(guó)海軍曾在DDG-103特魯斯頓號(hào)驅(qū)逐艦上進(jìn)行了混動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，試圖在低速航行時(shí)切換為電機(jī)推進(jìn)。
20世紀(jì)90年代，歐美一些海洋國(guó)家為應(yīng)對(duì)未來海戰(zhàn)，對(duì)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(jìn)基礎(chǔ)上，相關(guān)研發(fā)人員設(shè)計(jì)了“綜合電站”以滿足艦船推進(jìn)、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(dāng)前，英國(guó)45型驅(qū)逐艦、伊麗莎白女王號(hào)航母以及美國(guó)DDG-1000朱姆沃爾特號(hào)驅(qū)逐艦，都采用了綜合電力系統(tǒng)。以朱姆沃爾特號(hào)為例，該艦搭載了2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組以及2臺(tái)輔助用的RR4500發(fā)電機(jī)組，總發(fā)電量約為78MW，其中，有68MW用于動(dòng)力推進(jìn)，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(jìn)、儲(chǔ)能、能量管理6個(gè)分系統(tǒng)組成。其中，發(fā)電分系統(tǒng)由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，用于將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；輸配電分系統(tǒng)由電纜、母線、斷路器和保護(hù)裝置組成，將電能傳送到用電設(shè)備，且具有自動(dòng)識(shí)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(shí)現(xiàn)電制、電壓和頻率的變換，給日用設(shè)備、脈沖負(fù)載和通信導(dǎo)航設(shè)備供電；推進(jìn)分系統(tǒng)由推進(jìn)變頻器和推進(jìn)電機(jī)組成，推進(jìn)變頻器為推進(jìn)電機(jī)輸入電能并控制其轉(zhuǎn)速，推動(dòng)艦船航行；儲(chǔ)能分系統(tǒng)用于系統(tǒng)電能的存儲(chǔ)和釋放，根據(jù)脈沖負(fù)載的需求為其供電，支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；能量管理分系統(tǒng)用于系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制和能量的管理。
戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯
戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)之所以成為多國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)和研發(fā)方向，源于其具有諸多面向未來海戰(zhàn)場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。
一是可為高能武器上艦提供條件。當(dāng)前，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)艦上的電子設(shè)備和裝備越來越多，對(duì)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(bǔ)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(jí)驅(qū)逐艦為例，其發(fā)電功率為7.5MW，無法滿足后續(xù)艦計(jì)劃裝備14MW大功率雷達(dá)的需求。因此，美海軍試圖將該級(jí)艦之前的機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)改為機(jī)電混合式推進(jìn)系統(tǒng)，以滿足該型雷達(dá)的需求。從一些國(guó)家的研發(fā)計(jì)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(jī)械推進(jìn)那樣的大型部件和裝置，如齒輪箱、傳動(dòng)軸等，原動(dòng)機(jī)的布置也沒有主軸束縛，變得更加靈活。這樣，設(shè)計(jì)人員就可從整體上對(duì)戰(zhàn)艦上的一些裝備和設(shè)備布局進(jìn)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(jìn)以電纜代替主軸，可顯著降低機(jī)械噪聲，提高戰(zhàn)艦的隱身性；推進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，明顯提高對(duì)指令的響應(yīng)速度，使操作人員獲得更好的操作體驗(yàn)；原動(dòng)機(jī)始終高效運(yùn)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(yùn)行的效能和可靠性，并使其具有很強(qiáng)的抗故障能力。
四是可在“減人”的同時(shí)實(shí)現(xiàn)增效。戰(zhàn)艦綜合電力系統(tǒng)通常會(huì)采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自身運(yùn)行的無人監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。如此，需要較少的人員就可對(duì)其進(jìn)行操控，還能降低艦員的工作強(qiáng)度。美國(guó)研究人員曾對(duì)阿利·伯克級(jí)和朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦做過對(duì)比，未采用綜合電力系統(tǒng)的阿利·伯克級(jí)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(jí)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(dòng)力系統(tǒng)，關(guān)系到航速、續(xù)航力、機(jī)動(dòng)性和隱蔽性等性能，相當(dāng)于艦船至關(guān)重要的“心臟”。作為艦船推進(jìn)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?？梢哉f，綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)代表了當(dāng)前世界海軍艦船最先進(jìn)的推進(jìn)方式。然而，一些技術(shù)門檻的存在和使用維護(hù)上的問題，使各國(guó)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(guó)45型驅(qū)逐艦在這方面可謂“命運(yùn)多舛”。2009年，該型艦勇敢號(hào)在其首航跨越大西洋訪問美國(guó)東岸時(shí)，突然徹底失去動(dòng)力，不得不改道加拿大維修；2012年，勇敢號(hào)在波斯灣地區(qū)執(zhí)行巡邏任務(wù)時(shí)，因高溫導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)罷工，緊急前往巴林維修。該型艦不屈號(hào)也有類似經(jīng)歷，在西非沿海行駛時(shí)，因高溫導(dǎo)致停電，全艦陷入黑暗；2016年，該型艦鄧肯號(hào)出海參加北約軍演，結(jié)果不出3天就出現(xiàn)動(dòng)力故障，被拖船拖回母港；2017年11月，英國(guó)6艘45型驅(qū)逐艦皆因動(dòng)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(guó)朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦也遭遇類似情況：2016年11月，朱姆沃爾特號(hào)驅(qū)逐艦在通過巴拿馬運(yùn)河下半段，駛往母港圣迭戈途中，突然失去動(dòng)力，不得不滯留在巴拿馬的羅德曼海軍基地內(nèi)；2018年，該級(jí)艦邁克爾·蒙蘇爾號(hào)因一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在測(cè)試中發(fā)生故障，當(dāng)年秋季之前都無法列裝，雖然后來的檢查結(jié)果顯示，是燃?xì)廨啓C(jī)葉片斷裂引發(fā)的事故，并非電動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，但這仍反映出，該燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)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(jìn)方式中，綜合電力系統(tǒng)是后來者，也是最具潛力者。總的來看，其代表的不僅是動(dòng)力升級(jí)，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(dāng)艦船的“血液”從燃油變?yōu)殡娏?，?zhēng)奪制海權(quán)的戰(zhàn)場(chǎng)已悄然出現(xiàn)在戰(zhàn)艦內(nèi)部。
