现代战舰用的是什么物理引擎（现代化水面战舰的主动力装置有哪些类型）
现代战舰用的是什么物理引擎（现代化水面战舰的主动力装置有哪些类型）82型驱逐舰采用COSAG动力装置英国海军第一种导弹驱逐舰——“郡”级驱逐舰，采用的就是COSAG动力装置，该级驱逐舰也由此成为英国第一种使用燃气涡轮机的大型水面舰艇。“郡”级驱逐舰的首舰于1959年开建，1962年服役，其动力系统包括两座Babcock & Wilcox锅炉、两台齿轮蒸汽轮机和四台Metrovick G6燃气涡轮机，蒸汽轮机与燃气涡轮的总输出功率都是30000轴马力。“郡”级驱逐舰采用双轴推进，最大航速31.5节，续航力为3080海里/28节。下面将结合英国海军在过去几十年里建造的战舰，介绍一下常见的水面战舰主动力装置及其特点。COSAG动力装置采用蒸汽轮机和燃气轮机并列联合动力，简称蒸-燃联合动力装置，是联合动力装置的早期型号。搭载该装置的战舰在巡航时由蒸汽轮机提供动力，加速或高速行驶时燃气轮机也一起并入，共同驱动推进轴，可以提供更大的功率和推力。COSAG动力
主动力装置是战舰的核心组成部分之一，其技术水平的高低，对战舰的性能和战斗力有直接影响。在过去几十年里，现代化水面战舰的主动力装置有了很大发展，出现了很多新装备和新技术。英国是老牌海军大国，在战舰的建造技术方面，始终走在世界前列。对于战舰主动力装置的研究，英国也有很多创新之处。二战之后，英国海军建造了多种水面战舰，包括护卫舰、驱逐舰以及航母等，它们的主动力装置各有特色，从某种程度上反映出了战舰主动力装置的发展趋势。本文将以英国海军为例，简要分析一下现代化水面战舰主动力装置的常见类型，同时探讨一下其发展趋势。
水面战舰主动力装置的常见类型水面战舰常见的主动力装置包括蒸汽动力、柴油机动力、燃气轮机动力、核动力、联合动力和综合电力推进系统等。其中联合动力装置又分为CODAD（柴油机和柴油机联合动力）、CODOD（柴油机和柴油机交替动力）、CODAG（柴油机和燃气轮机联合动力）、CODOG（柴油机和燃气轮机交替动力）、COGAG（燃气轮机和燃气轮机联合动力）、COGOG（燃气轮机和燃气轮机交替动力）、COSAG（蒸汽轮机和燃气轮机联合动力）、COSOG（蒸汽轮机和燃气轮机交替动力）、CODLAG（柴油机电力和燃气轮机联合动力）、CODLOG（柴油机电力和燃气轮机交替动力）、CODEG（柴油机电力和燃气轮机发电联合动力）等。
燃气轮机动力装置工作原理图
传统的蒸汽动力装置存在体积较大、启动时间长、经济性差等缺点，因此除了少数大型战舰如航母等使用外，已慢慢的被主流战舰所淘汰。柴油机动力装置尽管诞生时间已久，但经济性很高，随着降噪技术的不断发展，噪音问题也得到了基本解决，因此很多中小型舰艇仍选择该动力装置。核动力的技术水平和安全性要求都很高，造价也很昂贵，因此主要用于大型航母及潜艇等。燃气轮机具有体积小、重量轻、功率大、效率高、故障率低等优点，因此在过去一段时期发展较快，被很多水面战舰所采用。联合动力装置使用柴油机或燃气轮机作为原动力，通过扬长避短，最大化的发挥了动力系统的优势，因此被现代化水面战舰广泛使用。综合电力推进系统则是随着先进电机的发展而产生的一种全新动力系统，具有传统动力装置无法比拟的优点，代表了未来水面战舰主动力装置的一个发展趋势。
下面将结合英国海军在过去几十年里建造的战舰，介绍一下常见的水面战舰主动力装置及其特点。
COSAG动力装置COSAG动力装置采用蒸汽轮机和燃气轮机并列联合动力，简称蒸-燃联合动力装置，是联合动力装置的早期型号。搭载该装置的战舰在巡航时由蒸汽轮机提供动力，加速或高速行驶时燃气轮机也一起并入，共同驱动推进轴，可以提供更大的功率和推力。COSAG动力装置产生的背景是舰用燃气轮机刚刚应用于水面舰艇，技术尚不够成熟，所以暂时充当加速用动力组。由于蒸汽轮机的技术已经过时，能效比低，体积也很大，所以COSAG动力装置已很少使用，被柴-燃联合动力装置所取代。不过在刚刚诞生时，这种动力装置还是具有一定开创意义的。
“郡”级驱逐舰采用COSAG动力装置
英国海军第一种导弹驱逐舰——“郡”级驱逐舰，采用的就是COSAG动力装置，该级驱逐舰也由此成为英国第一种使用燃气涡轮机的大型水面舰艇。“郡”级驱逐舰的首舰于1959年开建，1962年服役，其动力系统包括两座Babcock & Wilcox锅炉、两台齿轮蒸汽轮机和四台Metrovick G6燃气涡轮机，蒸汽轮机与燃气涡轮的总输出功率都是30000轴马力。“郡”级驱逐舰采用双轴推进，最大航速31.5节，续航力为3080海里/28节。
82型驱逐舰采用COSAG动力装置
在“郡”级驱逐舰之后，英国还建造了82型驱逐舰，也称“布里斯托”级，采用的也是COSAG动力装置，不过只建成了一艘。82型驱逐舰的动力系统和“郡”级驱逐舰相似，也采用双轴推进，安装了两座锅炉和两台齿轮式蒸汽轮机。不过82型驱逐舰搭载两台Bristol Siddeley Olympus TM1A燃气轮机，输出功率均为30000轴马力。该级驱逐舰的最大航速为30节，续航力为5000海里/18节。82型是英国海军最后一种采用COSAG动力装置的战舰。
COGOG动力装置COGOG动力装置是指燃气轮机和燃气轮机交替动力装置，也叫燃-燃交替装置，与之相对应的还有另外一种COGAG动力装置，也就是燃气轮机和燃气轮机联合动力。使用该装置的战舰搭载多台燃气轮机，在巡航时采用小功率的燃气轮机，在加速或高速时改用大功率燃气轮机。COGOG动力装置是在舰用燃气轮机的技术比较成熟的情况下诞生的，此时燃气轮机的优点逐渐显现出来，更轻的重量、更高的能耗比和更快的启动速度，比之前的COSAG动力装置有很大进步，所以被广泛使用。
21型驱逐舰采用COGOG动力装置
21型护卫舰是英国海军第一种采用全燃气轮机的水面战舰，该级舰的第一艘从1969年开建，1974年服役，先后建造了8艘。21型护卫舰使用COGOG动力装置，搭载两台Rolls Royce Tyne RM-1A燃气涡轮机，总功率为8500马力，用于战舰巡航；还搭载了两台Rolls Royce Olympus TM-3B燃气轮机，总功率50000马力，用于加速或高速行驶。21型护卫舰采用双轴推进，安装了两个可变距螺旋桨，最大航速30节，巡航速度18节，续航力为3500海里/18节，4000海里/17节，1200海里/30节。
22型护卫舰同样采用COGOG动力装置
22型护卫舰是英国在1970年代建造的一种大型导弹护卫舰，采用的也是COGOG动力装置。该级护卫舰的吨位要超过21型护卫舰不少，满载排水量4000多吨，第三批次甚至接近5000吨。22型护卫舰的第一批次搭载两台Rolls Royce Olympus TM-3B燃气轮机，总功率49400马力，主要用于加速；巡航用主机是两台Rolls Royce Tyne RM-1C燃气轮机，总功率9700马力。采用双轴推进，最大航速30节，巡航速度18节。第二批次22型护卫舰的动力系统及主机和第一批次相同。第三批次的22型护卫舰使用的也是COGOG动力装置，但是更换了主机。其高速主机为两台Rolls Royce Spey SM-1A燃气轮机，总功率降至37540马力，巡航主机为两台Rolls Royce Tyne RM-3C燃气轮机，总功率仍是9700马力。
42型驱逐舰是英国海军第一种采用COGOG动力装置的驱逐舰
42型驱逐舰是英国海军第一种采用全燃气轮机的导弹驱逐舰。该级舰的第一艘于1970年开工，1971年下水，1975年服役。42型驱逐舰的COGOG动力装置和21型护卫舰相似，前主机舱安装了两台Rolls Royce Olympus TM-3B燃气轮机，后主机舱安装两台Rolls Royce Tyne RM-1A燃气轮机和两部齿轮传动装置。TM-3B燃气轮机的最大功率为27200马力，持续功率为21000马力，RM-1A燃气轮机的最大持续功率为4250马力。42型驱逐舰也采用双轴推进，使用两个5叶变距螺旋桨。第三批次的42型驱逐舰的COGOG动力装置进行了细微调整，加速主机保持不变，巡航主机换成了Tyne RM-1C，总持续功率提高到10680马力。
CODLAG动力装置CODLAG动力装置的全称是柴油机电力和燃气轮机联合动力装置，由柴油发电机进行电力传动，燃气轮机作为加速主机。该动力装置的工作模式为：在低速航行时，由推进轴的直流电动机直接驱动定距桨，电动机的电源由柴油发电机组通过交直流、交流机组提供，减速齿轮箱脱开；在高速航行时，启动一台或多台燃气轮机，通过双级减速齿轮箱驱动螺旋桨，在减速齿轮箱轴的输出端装有离合器，电动机主要提供辅助动力；在中速巡航时，保持一台燃气轮机运转，另外一个推进轴由电动机驱动；在倒车时，由柴油发电机组驱动，燃气轮机不工作。CODLAG动力装置运行时的噪音很低，具有很高的经济性，可以在短时间内为战舰提供较高的瞬时输出功率。
23型护卫舰采用了CODLAG动力装置
23型护卫舰是英国海军第一种使用CODLAG动力装置的战舰，也是全球少数几种使用该动力装置的水面舰艇之一。23型护卫舰的前7艘搭载了两台Rolls Royce Spey SM-1A燃气轮机，后9艘升级为改进版的Rolls Royce Spey SM-1C燃气轮机。该级护卫舰安装了两部阿尔斯托姆电力发动机，由四台帕克曼维莱特12RP-200CZ柴油机提供动力。为了降低噪音和振动，23型护卫舰为动力系统安装了减振装置和隔音罩，以及船体振动监视设备，还采用了斜5叶固定纵向推进器。另外，该级舰的CODLAG动力装置还配备了监视控制系统和D86计算机。23型护卫舰的巡航速度为16节，两台燃气轮机工作时的最大航速超过28节，续航力为7800海里/15节。
CODLOG动力装置CODLOG动力装置是和CODLAG动力装置相对应的一种舰用动力系统，和CODLAG柴电燃联合动力不同，CODLOG动力装置采用的是柴油机电力和燃气轮机交替动力。使用该装置的战舰在低速或巡航时使用柴电系统推进，加速或全速航行时由燃气轮机单独提供推进动力。CODLOG动力装置的技术难度更大，对燃气轮机的功率要求也更高。但是CODLOG动力装置有着很多优点，结构相对简洁，维护和检修也更加方便，是一种新兴的动力装置类型，已经开始在一些新型水面战舰上使用。
26型护卫舰采用CODLOG动力装置
MT30燃气轮机最大功率高达36兆瓦以上
26型护卫舰是英国海军正在建造的一种大型导弹护卫舰，使用的正是CODLOG动力装置，由全电力或者燃气轮机直接驱动。26型护卫舰将搭载一台MT30燃气轮机，功率约36兆瓦。Rolls Royce MT30燃气轮机由Trent航空发动机改进而来，是目前世界上功率最大、功率密度最高的舰用燃气轮机，具有极佳的性能，已被美国“朱姆沃尔特”级驱逐舰和英国“伊丽莎白女王”级航母所采用。26型护卫舰的CODLOG动力装置还包括四台12兆瓦的MTU柴油机和两台6.4兆瓦的推进电动机组成，最高航速26节，续航力为7000海里/15节。
综合电力推进系统综合电力推进系统作为一种新型舰用动力系统，比CODLOG和CODLAG动力装置更加先进。CODLOG和CODLAG动力装置在低速航行或巡航时采用柴油发电机-电动机电力推进，而综合电力推进系统则是由电力驱动整个推进装置。综合电力推进系统通过一套综合电力设备，为全舰动力系统和其他系统提供动力支持；用电缆取代了机械连接，与动力系统直接相连驱动螺旋桨，可靠性更强，维护起来更方便；运行噪音更低，经济性更好。该系统的核心综合电力系统，采用模块化设计，使用了新型永磁电机，所占空间和重量更小，体积只有普通电机的四分之一，重量只有后者的三分之一。综合电力推进系统的可改造空间较大，便于支持电磁炮等新型电力驱动武器。由于具备以上优点，美英等国已相继建造了多款使用综合电力推进系统的水面舰艇。
“海神之子”级船坞登陆舰开创性地采用了综合电力推进系统
“海神之子”级船坞登陆舰是英国海军首款采用综合电力推进系统的水面舰艇，该级舰仅建造两艘，第一艘于1998年开工，2003年服役；第二艘于2000年开工，2004年交付。“海神之子”级船坞登陆舰采用双轴推进，搭载四台柴油发电机和两台低速推进电机，以及一台艏推进器。该级舰的四台柴油机包括两台功率12.5兆瓦的瓦特西拉·瓦萨16V32LNE柴油发电机和两台功率3.1兆瓦的瓦特西拉·瓦萨4R32LNE柴油发电机，两台低速推进电机的总功率为16736马力，舰艏推进器的功率为865千瓦。“海神之子”级船坞登陆舰的最大航速为18节，巡航速度为15节，续航力为8000海里/15节。
45型驱逐舰进一步验证了综合电力推进系统
45型驱逐舰是英国海军进入新世纪之后建造的一种新型导弹驱逐舰，共完工了6艘，第一艘于2003年开建，2009年服役；第6艘于2007年开工，2013年交付使用。45型驱逐舰采用的也是最新的综合电力推进系统，搭载两台Rolls Royce WR-21燃气轮机，最大输出功率高达40兆瓦。WR-21船舶中段冷却回热式燃气轮机，能够平稳消耗燃料，改进燃气轮机的效率，非常适合用于电力推进。中间冷却器位于低压压气机和高压压气机之间，能够冷却低压压气机出口的空气，降低高压压气机进气温度，从而减少了高压压气机的功耗，提高了发动机的功率。每台WR-21燃气轮机驱动一台瓦锡兰12V200发电机组，配置两台19兆瓦级先进感应推进电机。
“伊丽莎白女王”号航母是世界上第一艘采用综合电力推进系统的航母
“伊丽莎白女王”级航母在动力系统方面进行了大胆创新，不仅首次在大型航母上安装燃气轮机，而且还是全球第一种采用综合电力推进系统的航母，这也反映出了英国海军的创新意识。该级航母的第一艘“伊丽莎白女王”号已于2017年服役。“伊丽莎白女王”级航母的动力装置包括两台功率36兆瓦的MT30燃气轮机、两台单机功率11兆瓦的16V38B柴油机组、两台单机功率9兆瓦的12V38B柴油发电机组和四台先进感应电动机等。其中，两台MT-30燃气轮机作为主发电机组，总功率72兆瓦；四台柴油机发电机组作为辅发电机组，总功率40兆瓦。“伊丽莎白女王”级航母采用双轴推进，每个推进轴由两台20兆瓦的先进感应电动机驱动，总推进功率为80兆瓦。
水面战舰主动力装置的发展趋势
MTU柴油机
1、柴油机动力装置由于重量轻、功率大、经济性好，有很大的应用前景。过去柴油机的运行噪音很大，甚至会使整个动力系统产生较大的振动。对此现代化的柴油机动力装置进行了多方面的改进，一方面对柴油机本身进行升级，另一方面在动力舱大量使用隔振技术和箱装体技术，有效降低了动力系统运行时的噪音分贝。新型的柴油机动力装置开始使用先进的电子控制技术，能够提高运行时的功率和效率。对于中小型水面舰艇来说，启动快、加速快、转向性能好的柴油机动力装置仍是一个非常不错的选择，因此该装置仍将继续使用和发展下去。
LM2500燃气轮机
2、燃气轮机动力装置也将会得到进一步的发展和改进。燃气轮机利用燃料在燃烧室内燃烧所产生的燃气来推动叶轮运转，比汽轮机加热锅炉内的水产生水蒸气的运作方式有了很大进步。燃气轮机有着较高的重量和功率比，体积更小，可靠性也更强，操作和保养都比较方便，在运行时负载变化几乎不存在时滞，机动性好，而且噪音明显要低于柴油机动力。不过燃气轮机动力装置的油耗较高，主机没有反转性，只能单向旋转，因此要加装专门的换向装置或者使用调距桨。此外，燃气轮机运行时会产生高温燃气，对叶片的质量要求很高。所以燃气轮机动力装置仍需要进一步的改进，将配备数字化控制系统，换装新型材料打造的耐高温叶片，仍将会应用在中大型水面战舰上。
联合动力装置
3、联合动力装置代表了当前水面战舰主动力装置的发展方向。由于单一的蒸汽机、柴油机和燃气轮机存在固有的缺点，同时还有各自的长处，所以将它们联合起来使用成为战舰动力系统的发展方向，于是联合动力装置应运而生。该装置能够按照战舰的设计需求，采用不同的动力组合方式，最大程度的发挥出各种动力的优势，同时还能有效减少缺点。不过联合动力装置需要配备复杂的减速装置，因此要研制先进的倒车及传动系统，突破调距螺旋桨的局限性，提高推进效率和机动性能。这是联合动力装置需要解决的主要难题之一。英国海军23型护卫舰采用了CODLAG动力装置，最新的26型护卫舰采用了CODLO
综合电力推进系统原理图
4、综合电力推进系统将成为未来水面战舰动力系统的首选。综合电力推进系统将战舰的日常用电和推进用电由同一电源分配使用，提高了电力的利用效率，经济性好，而且噪音低，动力和推进系统的结构和布置也更加灵活，这些优点大大提高了战舰的动力性能。英国海军从“海神之子”级船坞登陆舰开始使用综合电力推进系统，45型驱逐舰时也选择了同样的推进方式，后来“伊丽莎白女王”级航母也采用了综合电力推进系统，表明该系统有着无与伦比的先进性。不过电力推进系统毕竟刚刚应用在水面战舰上不久，现阶段仍存在很多问题等待解决，需要进一步的改进和完善。这一过程可能会很漫长，但可以预见的是，综合电力推进系统将是未来水面战舰动力装置的主要发展趋势。
