中国引进舰用燃气轮机的失败经历

中國引進艦用燃氣輪機的失敗經歷

2007年，中國艦船燃氣輪機研製帶頭人之一、中國工程院院士聞雪友教授接受了採訪，在訪問中說了這麼一段話：“（WP-8改燃氣輪機）樣機研製成功，準備轉入裝備生產時，有意思的事情發生了。向來受限不能向中國出口艦船燃氣輪機的某海軍大國著名公司主動表示，可賣給中國某型船用燃氣輪機。”其實，這裏面的某海軍大國，就是一度成為全球海上霸主的老牌海軍強國——英國；某著名公司，就是大名鼎鼎的羅爾斯羅伊斯公司；而某型船用燃氣輪機，就是當時英國海軍最主要的艦船動力之一——著名的“奧林普斯”艦船燃氣輪機。

中西方蜜月期的收穫

人民海軍草創之初，裝備多為起義或繳獲之國民黨海軍艦艇，後通過香港等管道陸續購進部分英、美作為二戰剩餘物資出售的老舊艦艇。這些艦艇裏，除其中部分美制登陸艦艇尚屬較為先進、堪用之外，其餘以老、舊、殘、小居多，甚至有用民船加裝火炮充數者。建國以後，由於中國受到以美國為首的西方國家的聯合封鎖，急需壯大海軍力量。在蘇聯的幫助下，我國不但通過購入部分急用艦艇（例如驅逐艦）初步充實了海軍規模，而且通過兩次較大規模的技術引進，在國內建立了較為完善的艦艇研製體系，中、小型艦艇的裝備基本上保證了立足於國內生產。但由於本身基礎薄弱，再加上“大躍進”等活動的不良影響，在兩國關係惡化、無法再從蘇聯獲得進一步的技術交流之後，中國的艦船科研水準便流於停滯了。

1972年，尼克森閃電訪華、確定了北約“聯華抗蘇”的行動基調。隨後，中國跟美、英、法、德等北約主要科技大國開始了頻繁的接觸、交流，意圖引進部分國內暫時無法解決的先進技術、裝備，加速追趕先進發達國家的步伐。而為了在一定程度上加強中國的國防和科技實力，從而增加與蘇聯對抗的籌碼，這些國家也在不威脅北約利益的前提下，大力推動此類交流活動，同時期望能夠在中國的現代化進程中分一杯羹。這一點對於英、法、德等與中國沒有直接的地緣政治聯繫的國家來說，可能是其主要目的之一。僅在動力裝置現代化方面，到了1980年代初，中國就已經從英國引進了中等推力渦輪風扇發動機技術，從法國引進了艦船柴油機技術，從西德引進了艦船、車用柴油機技術，如此等等，不一而足。通過這些技術的引進、吸收，中國的動力裝置技術得到了長足進步，從仿造蘇聯的四五十年代水準一舉躍進到了西歐先進工業國家的六七十年代水準。

西方艦船燃氣輪機的發展

西歐國家是燃氣輪機動力裝置實用化的先行者，最早的實用案例可以追溯到1940年，當時瑞士試製了燃氣輪機動力的鐵道機車。在二戰中的大西洋戰區，德軍潛艇一度嚴重威脅盟軍的海上生命線，盟軍為此付出了高昂的代價；在太平洋戰區，美軍潛艇掐斷了日本的海上生命線，為日本帝國主義的覆滅立下了不可磨滅的功勞。由此，潛艇被當時各國海軍視為最嚴重的海上威脅之一。而戰後蘇聯海軍在獲得了德國先進潛艇技術的基礎上，也開始大量建造遠洋潛艇。固然紅海軍有填補主力艦戰力真空的無奈，但是對北約諸國海軍施加的反潛壓力也是顯而易見的。

早期反潛戰常常勞師動眾，卻往往勞而無功，除了探潛、反潛裝備不盡人意之外，反潛艦艇的動力裝置不能滿足要求也是一個重要的原因。二戰時的主要艦艇動力不外乎柴油機和蒸汽輪機兩種。柴油機動力裝置省油、加速性能好，但是自身噪音較大，特別是在水中能夠遠距離傳播的低頻噪音比較大，往往反潛艦艇還沒有發現潛艇，就已經先被潛艇發現了。而且當年的艦艇柴油機功率普遍不高，導致柴油機動力艦艇的最大航速也偏低，追擊潛艇時往往力有不逮。蒸汽輪機動力裝置剛好相反，自身噪音較低、單機功率大，但是加速性能比較差，也比較耗油。因此，使用蒸汽輪機推進的艦艇不太適合擔任低速運輸船隊的護航任務。在戰後各國海軍已經普遍縮小規模的情況下，必須採用一種能夠綜合柴油機和蒸汽輪機優點的新型動力裝置，才能滿足新一代反潛艦艇的需求。

燃氣輪機正是能夠滿足這些苛刻要求的新型動力裝置。作為一種持續回轉式工作的熱機，其雜訊、振動遠遠小於柴油機，在加裝了防振、隔音設施後，甚至優於同為持續回轉式工作的蒸汽輪機。油門變化時，其燃氣量的變化能夠接近即時地作用在輸出軸上，加速性不僅遠優於蒸汽輪機，也優於最好的艦船柴油機。燃氣輪機動力裝置還有體積小、重量輕、比功率大、單機功率較大、啟動迅速等等優點。這使得燃氣輪機在經過各工業大國海軍的試驗後，迅速獲得了推廣。

當然，燃氣輪機也不是沒有缺點，其首要缺點就是設計、材料、製造的要求都比較高，缺乏科研實力的國家基本無力自行研發。第二個缺點對於海軍來說不算大缺點，但總是令負責預算審定的官員們不滿，就是在部分負荷時燃氣輪機的耗油率比較高。因為燃氣輪機需要消耗滿負荷約60%的燃油來維持壓氣機工作，降低輸出功率時，壓氣機的轉速一般下降得不多，

耗油量也沒有明顯下降。通過採用現代化的設計和材料，或者採用回熱器等輔助設備，最新型的燃氣輪機不但耗油率有了明顯下降，部分負荷的油耗也降低了，從而基本上解決了低負荷油耗偏高的問題。

憑藉老牌帝國的強大科技實力，英國成為第一個將燃氣輪機作為艦艇動力的國家，同時也是第一個將航空噴氣發動機改為艦艇燃氣輪機的國家。1947年，英國將由航空噴氣發動機改型而來的G1型燃氣輪機裝到了100噸級的摩托炮艇MGB-2009上進行試驗，該機功率為1839千瓦，發動機重1830公斤，耗油率較高，達到了639克/千瓦時。隨後出現的同為航空改型的“海神”艦艇燃氣輪機已經有了極大的改善，功率3310千瓦，發動機重1400公斤，耗油率大幅度下降到了347 克/千瓦時，已經達到了與蒸汽輪機相當的水準。在經歷了多年試用，並通過專門設計和航空改型兩種途徑發展的機型進行對比後，1968年，英國海軍做出了一個令世界主要國家海軍大為震動的決定：此後皇家海軍設計、建造的大、中型水面艦艇，將全部採用燃氣輪機作為推進裝置，同時把由兩臺“太因”RM1A（單機功率3000千瓦）和兩臺“奧林普斯”TM3B（單機功率20880千瓦）組合而成的燃-燃交替動力裝置，確定為未來一段時間內中型艦艇的“標準動力單元”。第一型採用這套新標準動力裝置組合的新型軍艦，是1973年開始服役的21型護衛艦（此時已經把巡航機換成了功率更大的“太因”RM1C）。皇家海軍隨後建造的42型驅逐艦、22型護衛艦也繼續沿用了這套標準動力裝置組合。日本海上自衛隊在1970年代末開始服役的“初雪”級新型通用驅逐艦，也引進裝備了這套動力裝置組合。

“奧林普斯”燃氣輪機的燃氣發生器剖視圖。

“奧林普斯”型渦輪噴氣發動機是“火神”戰略轟炸機的動力，也是“奧林普斯”燃氣輪機的改裝原型機。

“奧林普斯”的由來

從1947年開始，著名的羅爾斯羅伊斯公司就已經啟動了“奧林普斯”型渦輪噴氣發動機的研製計畫。到1950年5月，“奧林普斯”渦輪噴氣發動機的第一臺原型機開始進行臺架試驗。按照研製計畫，該型發動機將作為新型高速、遠程轟炸機的動力裝置，要求發動機推力大、工作穩定、耗油率低。原有的單級離心式或軸流式壓氣機的第一代噴氣發動機已經不能滿足性能要求，為此採用了結構比較複雜的雙轉子結構，其低壓壓氣機及低壓渦輪、高壓壓氣機及高壓渦輪共軸分置，沒有直接的機械聯繫，可以分別在各自的最佳轉速下運行，效率高、壓比大，是英國第一種採用雙轉子結構的燃氣渦輪發動機。因為研製中遇到的技術困難比較多，該型發動機直到1956年7月才正式定型交付使用。開始交付使用的定名為“奧林普斯”100系列渦輪噴氣發動機，各具體型號間的區別主要是空氣流量和渦輪前溫度的不同。經過一段時間的實際應用之後，在100系列的基礎上進行了較大幅度的修改，空氣流量以及推力進一步增加，發展出了新的200系列和300系列，成為了當時英國“3V”轟炸機計畫中“火神”戰略轟炸機的動力。其中，“奧林普斯”301最大推力9072公斤，屬於當時世界上先進的大推力噴氣發動機之一。1962年，在“奧林普斯”320的基礎上，羅爾斯羅伊斯公司與法國斯奈克瑪公司共同開始研發“協和”式超音速客機的發動機，1973年定型為“奧林普斯”593型渦輪噴氣發動機，並於1976年1月推動白天鵝般優雅的“協和”式客機進行了人類歷史上第一次超音速民航飛行。