矫不蒋理名字怎么样:专家：美海军未来战舰应广泛使用混合电力驱动

中国网 china.com.cn　　时间： 2009-08-18发表评论>>

图中所示，朱姆沃尔特级驱逐舰是使用新的电动舰船技术的先锋。
定向能
海军的电动舰船计划得益于创造性的工业部门的参与。
1、这一概念可以大大提高舰船的燃油利用效率，可以为未来武器提供更灵活的能量；
2、有两种推进发电机方案参与了竞标，一是永磁同步发电机（Superconducting motor）；一是高温超导发电机（Permanent magnet motors）；
3、现在海军面临的挑战出在动力传输和转换技术方面。
在工业部门的帮助下，美国海军将可以逐渐解决电动舰船技术上出现的挑战。
这一概念将可以提供灵活的设计选项、提高燃油利用效率以及为未来的任务系统提供充足的动力。
根据一些创造性的概念，比如说混合驱动、更强劲的电力发动机和发电机、更大的电力存储空间和分配等等，海军正在设计和建造可以利用这些技术的舰船。
海军舰船计划执行官下属负责电动舰船项目的副主管林恩·彼得斯（Lynn Petersen）上校说到：“在整个海军，从基础的科学到实际使用,都制定了基于技术缺口和需求的方案。”“新舰船的设计把所有电动和混合驱动技术都考虑了进去。”
电力驱动是一种推进配置，这种配置使舰船的发动机，比如说燃气轮动机、蒸汽轮机或者柴油发动机，使用一种电力发电机（electrical generator）。反过来，这种发电机向连接到舰船推进轴的一种大型电力发动机（a large electric motor）提供电力，还向舰船的作战系统、照明设备、供热设备、空调设备、升降机以及其它任务和“居住”需求提供电力。
现在许多战舰都是使用机械机动系统来推进的。发动机机械地同减速齿轮连在一起，而减速齿轮也和传动轴连在一起，从而为舰船航行提供动力。发动机还驱动发电机发生，为整个舰船提供电力。辅助发动机常常用来产生电力。
在传统的机械推进上，舰船的设计是受到严格的规范的，其发动机和减速齿轮一般会配置于较低的舰体的尾部。
电力驱动的一个好处是，发动机（the engines）和电动机（generators）可以在舰船的任何位置进行配置，只需要通过传输线缆与驱动电动机（drive motor）进行连接就可以了。这种灵活性使得设计者在考虑舰船的生存能力时有更大的自由。此外，推进轴由电动机驱动旋转，要比机械减速齿轮驱动旋转安静得多，这样，舰船的声学特征也降了下来。
所谓混合驱动，是将两种概念在同样的推进系统里进行配置，这样的话，操作者，可以根据所需要的速度和燃油功率的情况，选择使用电力驱动或者机械驱动。这一概念被应用到了现代汽车上，比如说丰田普锐斯（Prius）。
彼得森提到，以圣迭戈为基地的通用原子公司以及新泽西州帕瑟伯尼（Parsippany）的DRS技术公司，组成了团队，“开发可以提高燃油效率的技术”，“混合电力驱动项目的目标是，降低燃油消耗，从而减少对矿物燃油的依赖。”
他说道：“此外，混合电力驱动系统可以提高舰船长时间执行任务的工作效率。”“他们的计划要求发展硬件，并在费城的DDG-51陆基工程试验场进行试验。”
他说：“尽管目前DDG-51驱逐舰对电力驱动技术现在没有需求或者相关的发展计划，但是混合电力驱动确实是一项充满希望的技术，值得认真研究，而且海军现正在考虑为这项技术未来的发展编列预算。”
罗杰·塞克索尔（Roger Sexauer）是DRS公司动力和环境系统部门的主管，他谈到混合驱动技术时说：“阿里·伯克级驱逐舰如果使用电力发动机，就可以以12节的航速运作，这样的话，每艘驱逐舰每年节省的燃油将达到12000桶。”
电力驱动概念并不是什么新概念。举例来说，海军早在20世纪20年装备的两艘大型舰队航空母舰上，就配备了电力驱动设备。今天，电动舰船技术正装备到刘易斯和克拉克级干货/弹药船上，新的两栖攻击舰“马金岛”号和未来的朱姆沃尔特级驱逐舰上。
彼得森说：“电动舰船可以使用现有的发电设备（比如说燃汽涡轮发动机之发电设备），这样的灵活性将有助于减少燃油消耗。”“海军舰船的未来任务对动力的需求会越来越高，所以通过采用电动舰船技术来提高动力，是十分必要的。”
通过改进发动机、发电机、动力传输装置、动力转换装置以及电力存储装置部件的设计，电动舰船所具有的灵活性可以进一步提高。
有关三种电动机
朱姆沃尔特级驱逐舰是使用新的电动舰船技术的先锋。一开始，这种新的驱逐舰计划使用一种新的电力发动机设计，即由DRS公司设计的永磁同步电动机（the Permanent Magnet Motor (PMM)）。
彼得森指出，永磁同步电动机的优点在于，动力强、转矩密度高、与传统感应式电动机相比重量和尺寸都有减少。一个缺点是：“在出错的情况下不能关闭磁场，这将导致舰船可能会出现安全风险。”
由于永磁同步发电机遇到了发展障碍，所以海军决定，在其至少三艘的朱姆沃尔特级驱逐舰中的两艘上使用由康弗蒂姆（Converteam）公司位于英国的海上技术分部建造的先进感应式电动机（Advanced Induction Motor (AIM)）。海军正在改装其费城试验场的相关设施以进行先进感应式电动机的试验。
彼得林说：“之所以选择先进感应式电动机，而非其它候选的技术，是考虑到了先进感应式电动机技术的成熟度，考虑到了项目管理的技术风险方面的问题。”“感应式电动机与其它技术相比就有更强的、更成熟的设计。此外，这种电动机在过去二十年在商业部门以及英国国防部（Ministry of Defence）内的实际使用都有比较好的纪录。”
感应式电动机与其它类型更新的电动机相比，动力要弱一些，转矩密度也要低一些。康弗蒂姆公司的先进感应式电动机的大小还是永磁同步电动机的两倍。
2008年6月，永磁同步电动机的一个大规模工程发展模型（EDM）在费城的试验场成功地进行了全动力的试验。海军现在还没有永磁同步电动机的大规模采购计划。然而，彼得森说到：“我们已经对永磁同步电动机进行了较小规模的研究，以探讨这项技术在混合推进，以及辅助推进电动机上的可能的运用。”
高温超导（HTS）电动机是由美国超导（American Superconductor(AMSC)）公司设计的，这家公司位于马萨诸塞州的德文斯（Devens），但是现在考虑在两艘朱姆沃尔特级驱逐舰上配置这种电动机已经太迟了。今年，一台试制的高温超导电动机在费城成功进行了全动力的验证。
高温超导电动机使用特种陶瓷部件来进行电力的传输。
约翰·尤里曼（John Ulliman）是美国超导公司负责业务发展和政府关系的主管，他说：“在不强调这种电动机设计的其它方面的情况下，这种超导体线圈基本上将采用一种同步电动机（这已经使用了约一百年），这样我们可以将其缩小三分之二。”“使用超导体线圈的标准电动机技术和设计，可以使电动机的尺寸和重量大大降低。我们可以将其应用到发电机及其线缆和发动机上”
彼得森说到：“高温超导电动机的优点包括，动力更强、转矩更密、与其它发动机和发电机相比尺寸和重要更低。”
他说到：“高温超导电动机的缺点包括：超导磁体线圈相对较高的费用，缺乏处理和应对低温条件的舰上经验等。”舰船需要一个低温系统来冷却发动机线圈。
丹·麦克甘（Dan McGahn）是美国超导公司的高级副总裁兼总经理，他说，该公司为发展高温超导电动机花了17年的时间，投入了1.5亿美元的经费。
他说：“这是自海军宣布开始电力驱动技术研究以来，真正能够满足海军所有需求的第一种电动机。”
高温超导电动机要比永磁同步电动机小30%到40%。
彼得森说到：“现在海军还没有以向这种电动机转换为目标的采购计划，但是在未来的舰船计划中这一点可能会考虑。”“海军正在考虑的超导技术就有很多应用的机会。其中一个就是超导消磁。”
美国超导公司已经在美国海军阿里·伯克级导弹驱逐舰“希金斯（Higgins）”号上安装一种消磁系统用于测试和评估。这种消磁系统可以消除一艘舰船的磁力，以减少磁性水雷的威胁。尤里曼称，这种超导线圈要比传统的消磁线圈轻35吨。
尤里曼说：“美国超导公司希望高温超导电动机可以争取安装到第三艘朱姆沃尔特级驱逐舰，以及像下一代巡洋舰那样的未来舰船上去。”他指出，高温超导电动机的开放式结构设计，以及相对较轻的重量，使它可以成为多种平台电动机的安装候选。
DRS公司希望，随着永磁同步电动机试验的成功，海军可以将它继续可以作为海军在未来舰船上的选项之一。塞克索尔说：“该公司正在履行一项与海军签署的总值为800万美元的合同，该合同要求公司从永磁同步电动机工程发展模型中吸取教训，改进这种电动机的设计，使其比工程发展模型更小，动力更强。”
DRS公司正在研究在下一代巡洋舰上安装永磁同步电动机的可能性，并与通用动力公司电子造船部一起合作，评估在后续俄亥俄级弹道导弹潜艇的发电机的需求。
电力分配
DRS公司正在根据一项总值约为1500万美元的合同的要求，为通用动力公司巴斯钢铁造船厂建造电力转换和分配系统。该造船厂位于缅因州的巴斯港，它是朱姆沃尔特级驱逐舰的设计方。这个系统被称为“综合持续作战电源系统”（Integrated Fight Through Power(IFTP)），它可以将舰船的发电机产生的高电压电力转换成适合舰船所有电力系统电压需要的电力。
彼得森说：“这个系统提供充分的电力，以相互绝缘的电分分配方案，所以改进了电力的数量、质量和可靠性。”
塞克索尔说：“它可以让你做所有的能量转换和冗余性工作，你可以掌控电力，在任何时间可以把电力分配到舰船的任何地方。”
DRS公司计划在10月份把第一批“综合持续作战电源系统”部件交付给巴斯钢铁公司造船厂。
Ellen Kotzbauer是伊里诺斯州派勒坦（Palatine）施耐德电气（Schneider Electric）公司下属的北美行动部（North American Operating Division）的负责联邦计划的部门主管。她说变频驱动的电动机可以改进能源使用效率，降低人员维护需求。
斯科特·戈登（Scott Gordon）是施耐德电气公司负责联邦计划的国家项目主管，他指出，因为舰船的电力是不接地的所以，如果不对谐波（harmonics）进行过滤，在部件上配置谐波，比如说变频驱动（电动机）将会给舰船的电力系统带来灾难。
他说：“到目前为止，还没有变频驱动制造商已经达到了这样的标准。”“对于满足海军任何舰载装置的质量需求，我们在使用过滤器方面已经非常接近于成功了。”
定向能
当尤里曼谈到未来的舰载武器，比如电磁轨道炮和定向能武器时，他说：“未来的战舰需要一种一体化动力装置，这种装置可以把大量的动力用来驱动舰船，并立即这将动力运用于到武器上。”
未来舰载的S波段和X波段的雷达同样需要大量的电力。
拉里·查瑞特（Larry Charette）是施耐德电气公司海军和海军陆战队项目的主管，这家公司为朱姆沃尔特级驱逐舰建造电子部件。他说：“现在的问题是：用非常灵活的开关有极短的时间内实时地转换大量的电力。”“其中有一些技术和部件现在是不存在的，所以我们将如何继续处理这样的（电力）负荷将是一个问题。”
他说：“如果你发射轨道炮，其能量是10毫秒中有64兆焦耳，在这么短的时间，这是一个极其巨大的能量。”
查瑞特说：“海军在这些特别的工程领域确实处于最前沿。”“以前从来没有人做过这些事。”
作者：里查德·R·伯吉斯（主编）
编译：知远/战舰