導語--------近期，據中國解放軍報上專文透露:新銳的169艦、170艦、171艦都已安裝引進國外技術自行生產的燃氣輪機，並在亞丁灣護航任務中表現出色。中國為何要使用仿製的燃氣輪機？成功仿製燃氣輪機對中國海軍又產生了怎樣影響？此文簡單對國產艦用燃氣輪機近期發展作一概況.
(一)艦用燃氣輪機,舍我其誰.
燃氣輪機基本工作原理 
燃氣輪機是以空氣為介質，靠高溫燃氣推動渦輪機械連續做功的大功率、高性能動力機械。它主要是由壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件組成，再配以進氣、排氣、控製、傳動和其他輔助係統。當燃氣輪機機組起動成功後，燃氣輪機就會開始進入穩定的熱力學循環過程。壓氣機連續不斷地從外界大氣中吸入空氣並增壓，這個過程可以認為是壓氣機動能向空氣熱能和勢能的轉換，被壓縮後的空氣溫度升高有利於與燃料進行更猛烈的化學反應（化學反應速度和程度與溫度成正比），更大的膨脹比也有利於壓縮空氣燃燒後釋放更大的能量。壓縮空氣從壓氣機出來後即進入燃燒室，首先會在燃燒室進口被噴入燃料進行摻混，然後就會點火燃燒。這個過程可以認為是燃料化學能向空氣熱能和勢能的轉換，在短短幾十厘米的距離內空氣的溫度上升數百甚至上千度，壓力也會激增。高溫高壓的燃氣從燃燒室出口噴出，就開始膨脹，在膨脹的同時推動渦輪葉片做功。這個過程就是燃氣熱能和勢能向動能的轉化。渦輪將燃氣的能量轉化為動能後，一方麵用於壓氣機壓縮空氣持續進行熱力學循環，另外一方麵由主軸將轉子的扭矩輸出，經過減速器減速以後用於推動軍艦。整個熱力學循環完成使得燃氣輪機實現了燃料化學能向機械能轉換的最終目的。
燃氣輪機作為軍艦動力的優勢
在軍艦動力方案選擇上，燃機輪機的主要競爭對手是艦用柴油機和艦用蒸汽輪機，但是由於燃氣輪機先天優勢與軍艦動力係統性能要求更為吻合，燃氣輪機成為了各國軍艦動力係統發展的唯一選擇。老牌海軍強國如美國海軍、英國海軍、日本海上自衛隊的主力水麵作戰艦隻早已完成動力燃氣輪機化。
燃氣輪機第一個優勢是功率密度極大。一般情況下，同等功率的燃機體積是柴油機的三分之一到五分之一，是蒸汽輪機的五分之一到十分之一左右。這是由於燃氣輪機本身精巧的連續轉動熱力學循環結構造成的，體積小、功率大，非常適合軍艦分艙小、航速要求高的特點。
燃氣輪機的第二個優勢是啟動速度快。雖然燃機的轉速是三種動力係統中最高的，但是由於整個轉子十分輕巧，在啟動機幫助下在1-2分鍾就可以達到最高轉速。而柴油機由於轉子運動源於活塞的往複，加速較慢，蒸汽輪機更是“反應遲鈍”，整個係統達到最高功率輸出可能需要長達一小時的時間。而啟動速度，對於軍艦的戰時出動和反潛作戰時加減速性能有著直接的影響。
燃氣輪機第三個優勢是噪聲低頻分量很低。由於燃氣輪機本身處於高速穩定轉動當中，產生的噪聲更多是高頻嘯聲。而柴油機的活塞往複產生了大量低頻機械振動噪聲，恰好迎合了海洋容易傳播低頻噪聲的特點，導致軍艦容易被敵方聲納探測。所以柴油機動力尤為不適合給反潛軍艦作動力係統。
在中國有著較大範圍應用的德國MTU公司396係列軍民兩用高速柴油機(上圖)和據說在167艦上使用的蒸氣輪機(下圖)。燃氣輪機相比於它們更適合軍艦使用
(二)LM2500燃氣輪機 驅動半個地球的海軍
LM2500燃氣輪機的基本情況
發達國家尤其是美國早就認識到艦用燃氣輪機的巨大優勢，研製大量燃氣輪機型號為自己的海軍提供充裕的動力，其中LM2500燃機基本統一了美國海軍大中型作戰艦艇的動力係統，還裝備了24個國家海軍、350艘軍艦，號稱“驅動半個地球的海軍”。LM2500燃氣輪機是美國GE公司於20世紀60年代末研製的高效大功率船用燃氣輪機， 由TF39航空渦輪風扇發動機(民用型為CF6)改裝而成，是第一型第二代船用燃氣輪機。最初的 LM2500燃氣輪機的輸出動力為25500馬力。
LM2500燃氣輪機為雙轉子結構，由單轉子燃氣發生器和自由動力渦輪轉子組成。燃氣發生器由壓氣機、燃燒室和壓氣機渦輪組成；壓氣機共16級，進口導葉和1-6級靜葉可調，壓氣機轉子為鼓形結構；燃燒室為單環燃燒室，裝有30個燃油噴嘴和2個點火器，內、外壁采用氣膜冷卻；壓氣機渦輪為二級軸流式，兩級動葉和靜葉均采用空氣冷卻，第一級和第二級靜葉為衝擊和氣膜冷卻，第二級動葉為衝擊和對流冷卻，由於采用了先進冷卻技術，雖然燃燒室出口溫度為1170℃，但渦輪葉片金屬表麵的溫度仍不超過846℃；動力渦輪原為TF39中驅動風扇的渦輪，采用了低負荷設計，級數多達6級。
LM2500燃機的跨越式發展
LM2500在不斷發展改進，實現了功率級別的跨越式發展。LM2500+是給LM2500增加零級壓氣機的功率加大的改進型機組，燃燒室出口溫度從1170℃增加到1205℃，壓比從18.8增加到23.3，空氣流量從70.3 kg/s增加到85.7 kg/s；額定連續功率29788kW;在上述功率下的熱效率37.8%。美國海軍的LHD1“黃蜂”級大型兩棲攻擊艦的動力裝置，本來采用的是兩台共7萬馬力的蒸汽輪機，從第8艘“馬金島”號（LHD8）起，已經改為使用兩台LM2500＋燃氣輪機推進。
2005年GE公司開始對最新一代的LM2500＋G4燃氣輪機進行試驗，LM2500+G4是具有增加壓氣機、壓氣機渦輪和動力渦輪流動能力的LM2500+，升級改進基於適度的增加燃氣初溫和壓比，空氣質量流量增加5%，其最大功率達到了47370馬力，效率進一步提高到39.3％。從最初的25500馬力到G4的47370馬力，LM2500連續跨越了兩個功率等級的台階，充分顯示美國在複雜工業產品研製上強大的預研和工程能力。
LM2500+燃氣輪機的額定功率達到了29788kW。最新的LM2500＋G4燃氣輪機的動力更是達到了驚人的47370馬力。
美國海軍伯克級驅逐艦上裝配了4台LM2500燃氣輪機。LM2500燃氣輪機除裝備美國海軍外，還裝備了24個國家海軍的350艘軍艦。
(三)中國海軍飽受"心臟病"困擾
自研燃機尚未裝備
中國艦用燃氣輪機研發的起步並不算晚。根據“中國艦用燃氣輪機總師訪談錄”的介紹，1958年中國開始著手研發計劃的具體組織實施，決定成立南、北方兩個聯合設計組，先開展大、中、小三型機組的可行性論證和方案設計。1959年底，前蘇聯向中國轉讓了M-1艦用燃氣輪機技術，中國對該機組進行了以技術練兵為目的的仿製工作。僅用了11個月，上海輪機廠就完成了該型燃機的首台樣機製造。不過由於各種原因，仿製樣機經過3年才排除大量故障通過驗收試驗。後來該型燃機在一艘高速炮艇上進行了試驗並且裝備了部隊。1964年完成設計的6000馬力燃機組是中國第一次自行設計研製的艦用燃機，但是由於研製周期過長加之原裝配對象計劃調整未能裝備部隊。與世界上其他國家主要依靠航空發動機改燃機不同，中國由於航空發動機水平落後，采取的是改進和專用研製並舉的道路。
1967年中國決定將轟六轟炸機上的渦噴8發動機改進為大功率艦載燃氣輪機，這是中國首次進行“航改燃”實踐，但是最終因為發達國家同意進口相應型號受到衝擊無果而終。後來中國一直在艦用燃機方麵不斷嚐試，但是一直沒能拿出一款成熟可靠性能優良的艦載燃氣輪機。這就是中國6艘裝備燃氣輪機的驅逐艦都采用外國產品的原因，其中112、113兩艘驅逐艦因為受到美國禁運影響，其裝備的LM2500燃氣輪機到了使用時限也難以獲得大修。這同時也使得052型驅逐艦在建造完成2艘以後，就不得不停止建造。
航空動力工業發展拖累艦用燃機
中國在艦載燃氣輪機方麵一直沒能突破技術瓶頸的主要原因有很多，既有航空動力方麵的問題也有艦用燃機工業本身的體製問題。其中最主要的一個原因是中國航空動力工業缺乏長期發展規劃。中國航空動力工業像很多落後國家一樣是從仿製和修理開始的。在老大哥的幫助下，中國迅速建立起一個能夠和世界一流水平比肩的航空工業體係，但是中國並沒有為航空工業以及航空動力工業製定一個從仿製到研製的長遠發展規劃，而是將航空工業本身的任務局限於仿製、生產和修理，確定了以生產為主的“遍地批量廠”發展方針。中國航空工業的運行狀態就是，仿製生產再仿製再生產，長期處於這種發展狀態下，中國航空動力工業對於現代航空動力係統的研究發展客觀規律認識極為不足。
航空發動機研製沒能突破相關技術瓶頸，與航空發動機技術相通的艦用燃機更是無從談起。在2004年，中國一航開發研製的國產新型燃氣輪機QC185在珠海航展上首次麵世。而該機就是以太行核心機為基礎改進的輕型燃機，不過輸出功率17兆瓦的水平也不足於中國目前發展大型水麵艦艇的需要。另外，中國艦用燃機輪機主要研製和生產單位存在於航空工業之外，在體製方麵非常不利於航空發動機向燃氣輪機的改進工程。
04年在珠海航展上首次展出的國產QC185燃機，該發動機以“太行”渦扇發動機核心機為基礎改進而來，但其輸出功率並不能滿足中國大型水麵艦艇的需要。
美國經驗：核心機預研是關鍵
航空強國的動力發展經驗是進行核心機預研，然後在同一個核心機上再衍生出航空發動機和艦用燃氣輪機。世界著名的艦用燃機LM2500就是核心機預研工程的衍生產品。LM2500燃氣輪機衍生自美國GE公司的GE9核心機。GE9核心機衍生出F101大涵道比軍用加力渦扇發動機用於B1B超音速戰略轟炸機，將GE9的換算流量進一步減小發展出了GE15核心機。GE15核心機衍生出的渦噴型號YJ101參與競爭F-15和輕型戰鬥機計劃（F-16研製計劃）但是輸給了普惠的F100發動機。後來競爭YF-17也就是今天的F/A-18艦載機項目時，GE將YJ101的低壓壓氣機放大成為風扇研製出了F404中推渦扇發動機。而將F404的風扇放大並與F101的小涵道比型號結合，就是F-15和F-16的著名動力F110。
在GE9核心機基礎上衍生的艦用燃氣輪機LM2500是世界上最成功的艦用燃氣輪機，裝備了美國阿裏伯克級等多個國家的軍艦。而通用電氣與法國斯奈克瑪公司聯合研製的CMF56大涵道比渦扇發動機也是以GE9核心機為基礎的，CMF56發動機裝備了空客A320等多種民航發動機，也是第三帶民用渦扇發動機的典型代表。這就是說，GE9一個核心機解決了F-15，F-16，F-18這些世界知名戰鬥機、以伯克級驅逐艦為代表的各類艦艇乃至民航客機所有動力問題，這不得不說是核心機預研的巨大效益。可以說，一型核心機的研製成功，意味著整個國家從天空到海洋的全麵突破。美國從上世紀五十年代末就開始核心機預研計劃，而我國晚了大概30年，由於起步晚，經驗和工業基礎不足，至今未能拿出一款大規模實用的核心機型號。
(四)引進烏克蘭技術 突破"瓶頸"
在國產燃氣輪機短時間難以成熟量產的情況下，中國不得不尋找新的艦艇動力係統，烏克蘭在解體前是前蘇聯的燃氣輪機研製、生產基地，當時其剛剛完成第四代GT-25000型燃氣輪機的研製工作，該機功率為33000馬力，除了重量和體積略大於LM-2500以外，在油耗、效率等方麵都與LM-2500相當，是一型性能較好的艦用燃氣輪機，中國除引進成品外用於建造052B/C兩型驅艦外，還從艦用動力立足國內的角度考慮，與烏克蘭簽署了技術引進協議，引進技術自行生產。
根據國外媒體報道，中國船舶工業集團公司從烏克蘭進口了4台GT25000型25MW船舶燃氣輪機。這四台燃氣輪機於2001年6月(第一對)和2001年12月(第二對)交付，用於裝備中國新下水的052B型驅逐艦。除此之外，根據海軍資深士官朱桂全在解放軍報發表的文章，可以分析得出至少在169艦、170艦、171艦上都已安裝了國產化的GT25000艦用燃氣輪機。這說明該燃機已經被仿製成功並且已經在索馬裏進行實戰檢驗，中國自此進入了艦用動力發展的新時代。
GT25000燃氣輪機額定功率29000kW、效率36%，在額定功率上比LM2500基本型稍高。該機對應不同的結構方案具有不同的熱效率，三軸GT25000效率可以達到37%，但是依然低於采用更簡單的雙軸結構的LM2500+燃氣輪機，顯示出該燃機與世界先進水平的差距。不過該機充足的功率保證了中國新型大中型艦艇的動力。
(五)自主生產通過護航實戰檢驗
首批護航編隊的169艦和171艦在亞丁灣執行護航任務。小圖為其所配裝的國產化的GT25000燃氣輪機。該燃氣輪機經受住了亞丁灣護航行動的考驗，性能可靠。
GT25000仿製品已通過亞丁灣實戰檢驗
目前中國區域防空驅逐艦依然處於一種小步快跑的狀態，沒有達到所謂最終“目標艦”的完整作戰性能。其主要原因是動力不足和通用導彈垂直發射裝置尚未研製成功。而GT25000燃機完成仿製之後，中國則無需再受到進口燃機數量的限製，突破動力瓶頸，開始新一輪的造艦熱潮。GT25000艦用燃氣輪機額定功率29兆瓦，實際輸出功率在23兆瓦左右。四台GT25000燃機實際總功率可以達到90兆瓦左右。日本愛宕級防空驅逐艦和韓國KDX3級驅逐艦雖然都是萬噸的滿排，但也不過是70兆瓦的總功率水平。
中國海軍編隊長期在非洲亞丁灣執行護航任務，每批艦艇都要在海外連續執行任務數月之久，從未聽說過GT25000燃氣輪機在護航過程中動力出現過問題。朱桂全在解放軍報發表的文章中也這樣寫道“在五年裏，作為海軍新一代主力戰艦的169艦、170艦、171艦，在亞丁灣護航任務中表現搶眼，115艦、116艦多次完成出訪、出島鏈遠航任務。它們在遠航、護航、聯合軍演中的出色表現，折射的正是人民海軍裝備建設的飛速發展。”這說明GT25000燃機仿製型號的可靠性和經濟性適合中國國情，能夠滿足現階段中國海軍需要。但需要看到，中國主力艦隻也僅僅是可以放心使用國外燃氣輪機的仿製改進型號。
滿足萬噸大驅和多型艦艇動力需要
現階段立足於GT25000的動力係統，可以通過對動力方案的調整做到中國將來各類主力艦隻都有適合的動力可用。在驅逐艦方麵，繼續深挖GT25000燃機的功率潛力，采用兩台GT25000和兩台艦用柴油機交替工作的方式可以為滿排在7000噸左右的驅逐艦使用。將GT25000功率降低從而增加壽命和經濟性，然後采用四台方案為9000噸滿排驅逐艦提供動力，這就可以突破以往軍艦排水量限製達到和阿裏伯克級驅逐艦相當的水平，意味著中國主力防空艦綜合性能達到美國主力艦的水平。9000噸的防空驅逐艦和同級別反潛通用驅逐艦已經能夠支撐起一個航母編隊的防空反潛反艦等綜合任務。
另外考慮到將來海軍對陸遠程精確打擊和驅逐艦單艦獨立執行任務的需求，直接采用四台GT25000燃機驅動滿排在11000-13000噸的大型綜合驅逐艦。該艦采用大容量垂直發射係統容納獨立作戰自衛所需的遠中近防空反導導彈和用於攻擊的反艦導彈對陸巡航導彈，並在綜合完善雷達電子設備支持下，在一定海域執行綜合性任務具有相當高的效費比。該級別驅逐艦參與艦隊作戰時該艦可以作為火力加強性節點，負責艦隊中需要強火力支援的作戰任務。
結語------軍方內部已對國產化的GT25000燃氣輪機予以了肯定。中國自研中等功率燃機項目也正在穩定推進，中等功率燃機QC185也完成了試製並且第一次點火開始試車工作，預計數年之內就能設計定型.從此前國產驅逐艦已經開工的情況來看，由於國產燃氣輪機已經基本解決問題，中國海軍新一波的造艦高潮也業已展開。
但我們仍要看到中國雖然擁有了第一種國產大功率艦載燃氣輪機，但它不僅是一款仿製型號，而且相比LM2500這些世界知名的艦用燃氣輪機仍然差距明顯。而中國燃氣輪機在下一階段要取得新的實質進展，就必須取決於中國航空動力業在核心機預研上能否獲得關鍵性突破。由於中國航空動力工業是眾所周知的“老大難”，目前看來相關研究機構的下一步工作可謂任重而道遠。
----------新聞: 中國高溫葉片獲關鍵突破 國產燃氣輪機全麵發力
記者從日前召開的首屆“金橋產業技術創新會議”上獲悉，經過了一段時間的沉寂之後，中國的燃氣輪機研發正蓄勢待發。上海，非常渴望再次成為托起這一“中國動力”的創新、製造基地。
艦船、電站的新型動力“心髒”
作為繼蒸汽輪機、內燃機之後的新一代動力裝置，燃氣輪機被發達國家列為“保證國防安全、能源安全、保持工業競爭力的戰略產業”。
燃氣輪機以連續流動的氣體作為工質，推動渦輪葉片不間斷地旋轉做功，可有效降低傳統發動機的能量損耗，具有體積小、功率大、起動快、壽命長的特點，被廣泛用於輪船、艦艇、電站等高端裝備上。中國船舶重工集團公司第703研究所研究員、中國工程院院士聞雪友曾統計，世界上近千艘軍艦用了約2500台燃氣輪機..............
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