·豬鋼鬃·
摘抄學習軍政知識
文章來源： 現代艦船
聞雪友，中國工程院院士。１９４０年出生，１９６２年７月上海交通大學畢業後分配到中國船舶工業總公司第七研究院７０３所工作至今，１９８４年６月任研究所總工程師，１９９２年至２０００年任研究所所長。聞院士長期從事艦船／工業燃藝輪機裝置的研究設計工作，曾任我國多型艦用燃氣輪機機組的研製負責人，後又曾組織實施多項與燃氣輪機相關的大型民用工程，為我國艦用燃氣輪機的發展和民用化進程做出了重要貢獻。在４０多年的科研生涯中，聞院士獲國家及省部級科研成果獎８項。聞院士現任某型國產化船用燃氣輪機的總設計師和＂高溫氣冷反應實驗堆＂工程中我國首次研製的＂閉式氦氣透平壓氣機組＂的總設計師。２００７年６月，本刊記者對聞院士進行了專訪
記者：聞院士，您幾乎親曆了我國艦用燃氣輪機發展的全過程，請您談談我國艦用燃氣輪機的研製是如何起步的？
聞院士：我國艦船燃氣輪機研發的起步並不算晚。根據《國防科學技術十年規劃》，１９５８年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。１９６０年初，在對方案設計審查的基礎上，確定重點進行６０００馬力艦用燃氣輪機的研製工作。為加強艦船蒸汽輪機和燃氣輪機的設計、研製工作，決定成立專業研究所。
與此同時，在１９５９年底，根據中蘇雙方的協定，蘇聯將其研製的第一型艦用燃氣輪機Ｍ－１加速機組的圖紙運抵中國。Ｍ－１曾裝於蘇聯１８３Ｋ型魚雷快艇，功率４０００馬力，翻修壽命１００小時，在蘇聯已淘汰，引進該機組進行仿製的目的旨在技術練兵。
所以開局、布局是不錯的，一開始就是自行設計和仿製兩條路並進。
有件事值得提一下，那時我曾在一內部資料中看到一條消息，說是曾將ＢＫ－１航空渦輪噴氣發動機（＂米格＂－１５的發動機）直接安裝在快艇上，在青島海域做噴氣推進的試驗，試驗時其聲音就仿佛噴氣機飛過一般。也許這是中國第一次將燃氣輪機與艦船結合的嚐試，盡管很特別。
難以置信的是，在當時對艦船燃氣輪機知之甚少，工藝水平也很低的狀況下，從Ｍ－１圖紙到達，經翻譯、消化、工藝準備、試製和裝配，僅用１１個月上海汽輪機廠就完成了首台樣機的製造。
由於原機結構設計存在缺陷，加之製造、裝配質量欠佳，蘇方又未提供計算資料，台架試車並不順利，曆經３年才通過了驗收試驗。其間排除了大量故障，做了大量改進設計。例如，原機軸承回油溫度高，軸承跑道過度磨損，攻關組最終采用多噴嘴供油和腰鼓型滾棒軸承使問題得以徹底解決。又如在艇上做全速試驗時，突然一聲轟響，煙囪裏衝出一股火光，發動機不轉了。分析結果認定，壓氣機導葉與隔板均為鋁材，且隔板有中分麵，剛度較差，當高工況時隔板剛度不足導致與轉子輪盤相摩擦產生高熱所致。為此對原結構做了改進設計，排除了故障。
為促進燃氣輪機裝艇應用，軍方將一艘高速炮艇改裝為試驗艇。該艇采用２台１２Ｖ１８０柴油機作巡航機，１台Ｍ－１作加速機。該艇幹１９６６年底開始先後在吳淞、舟山、青島、旅大等海域進行海上試驗，１台新機組運行１０６小時，達到原設計性能，經返廠檢查，各部件良好，複裝後繼續使用。１９７１年，該試驗艇正式移交東海艦隊。
這是我國在水麵艦艇上正式采用燃氣輪機的第一次嚐試，經過試製、陸試、科研性試驗、小批生產、裝艦設計、海上實艇試驗諸階段，積累了寶貴的第一手實踐經驗，對培養艦船燃氣輪機設計、製造、運行技術隊伍起了入門作用。
６０００馬力的燃氣輪機加速機組則是我國自行設計、研製的首型艦船專用機，１９６４年完成設計。當時參加設計的大多是２０、３０歲的年輕人，懷著為建立一支強大海軍的目標而勤奮工作，充滿青春活力。由於樣機僅加工１台，主要部件既是試驗件又是樣機正式部件，為保證一次成功，步步謹慎小心。進行了６０餘項部件試驗，以驗證機組的設計思想和部件性能，並根據試驗結果對部件做了改進。整機試驗階段曾發生渦輪葉片嚴重燒傷、主軸承損壞等事故，最終完成５００小時耐久性試車。其後進行小批量生產，同時開展了雙機並車傳動裝置的研製，包括行星減速器、液力耦合器、自動同步離合器及其自控係統，整套雙機並車傳動裝置在陸上試驗站進行了１５０小時長期試車。這也是我國第一次進行並車傳動裝置的研製。在整機及裝置試驗中進行了詳盡的科研性測量和試驗，獲取大量寶貴的數據和資料。遺憾的是，雖然整個動力裝置的可靠性已滿足要求，具備了裝艇使用的條件，但因研製周期過長，原裝獵潛艇的計劃調整而未能裝艦使用。
該型發動機的研製成功開創了我國艦船燃氣輪機自行設計的先河，打破了＂零＂的記錄，從技術到材料全部立足於國內，研製中所積累的一整套設計、製造、試驗、運行實踐經驗和技術設施、手段，為我國艦船燃氣輪機的進一步發展和應用奠定了堅實的技術基礎。
正因為在６０００馬力燃氣輪機中完全自行研製的壓氣機獲得成功，在該壓氣機前加０級、００級，使空氣流量、壓比增加，又將燃氣初溫提高到１０００℃，發展出一型１２５００馬力的船用燃氣輪機，這是後話。
記者：當時世界上艦用燃氣輪機的發展情況與水平如何？
聞院士：１９４７年英國研製的首型燃氣輪機Ｇ１裝炮艇應用，並取得成功。此後經曆了專用設計（Ｇ２、ＲＭ６０、Ｇ４、Ｇ６）和航機改裝（＂海神＂、＂奧林普斯＂）兩種途徑。英國海軍於１９６７年做出了關鍵性的政策決斷－今後英國的大、中型水麵艦船將全部以燃氣輪機為動力。那時英國燃氣輪機裝艦總功率數已達３０３０００馬力，累計運行時數達８８０００小時，這使英國海軍在判斷艦船燃氣輪機方麵處於非常權威的位置。可以說，英國是艦船燃氣輪機的鼻祖。
圖０２ １９９５年，中央軍委副主席劉華清視察７０３所
蘇聯艦船燃氣輪機的研製工作起步於１９５４年，一直采用專門設計的艦船燃氣輪機。在１９７０年前已先後完成第一代的Ｍ－１、Ｍ－２、Ｍ－３及第二代的Ｍ－５、Ｍ－６、Ｍ－７船用燃氣輪機裝置的研製並大量裝艦，曾是世界海軍大國中燃氣輪機裝艦數量最多者，也是世界上首先采用全燃動力裝置、燃氣輪機直接倒車、橫向交叉傳動等技術的國家。
美國的起步相對較晚，由於其航空工業發達，經濟實力強大，始終走航機艦改之路。在上世紀６０年代ＦＴ－１２，ＦＴ－４，ＬＭ１５００相繼問世，特別是７０年代初由成熟的航空渦輪風扇發動機派生的ＬＭ２５００船用燃氣輪機以其低耗油率建立了新標準，也顯示了航改的新方式，由此開始確立了美國在船用燃氣輪機領域中的地位。
記者：您談到了航機艦改的途徑，我國有否開展這方麵的工作？
聞院士：實際上我國船用燃氣輪機的發展在相當一段時期內是采取專用設計和航空改裝並舉的方針，之所以要進行專用設計，部分是由於我國的航空發動機水平落後（翻修壽命短，經濟性差），無適宜的可供改裝的發動機所致。
１９６７年決定將我國當時推力最大的渦輪噴氣發動機（ＷＰ－８）派生為大功率（２２０００馬力）艦用燃氣輪機。這是我國首次航機艦改的實踐，也是我國自行研製的首台大功率艦用燃氣輪機。依據艦用化、中國化的要求，對燃氣發生器進行了８０多項修改設計，新設計了動力渦輪及各係統，進行了大量的試驗研究，包括用我所自行研製的八通道遙測儀對新研渦輪的葉片－輪盤耦合係統在發動機實際運行條件下進行動頻率、動應力及振型測量，輪盤動態、穩態溫度場測量等在當時國內均為首次進行的一係列試驗，１９７４年完成耐久試驗。
樣機研製成功，準備轉入裝備生產時，有意思的事情發生了。向來受限不能向我國出口艦船燃氣輪機的某海軍大國的著名公司主動表示可賣給我國某型船用燃氣輪機。當雙方談判進展到後期時，另一個海軍強國的著名公司又主動表示可以向我國出口更先進的船用燃氣輪機。＂點＂踩得很準，於是新一輪的談判開始並最終達成。及至＂六四＂時重又聯合製裁、禁運，這是後話。這一經曆使我強烈地感受到，像艦船燃氣輪機這樣的重大裝備，一定要走自己的路！
１９７４年確定以航空渦輪螺槳發動機（ＷＪ－６）為母型機，將其派生為小功率船用燃氣輪機（３０００馬力），擬裝掃雷艇。１９８２年完成３台樣機生產及整機試驗，與此同時決定裝氣墊登陸艇試驗。為此，需新研機槳聯控係統及減速器，１９８４年完成了機組聯試。２號機於１９８８年完成５００小時耐久性試驗。２套燃氣輪機推進係統於１９８９年初裝艇，並於年底完成海上航行試驗，交付艦隊。
１９８１年底開始進行將航空渦輪風扇發動機（ＷＳ－９）派生為１３０００馬力艦用燃氣輪機的研製工作，其低壓壓氣機由風扇頂切而成，１９８９年完成燃氣發生器耐久試驗及交付試驗，１９９２年完成整機試驗。其間還進行了新研低壓壓氣機的工作，使發動機的功率可提高至１５０００馬力。
從上麵簡短介紹中可見，在那時我們已對渦噴、渦槳、渦扇三種不同類型的航空發動機進行了艦用化改裝研究和實踐工作，進行了大量的零部件、整機及裝置的試驗研究，積累了大量寶貴的實際經驗。
記者：降低油耗，提高效率是艦用動力裝置永恒的發展主題，請您談談燃氣輪機發展方向。
圖０３ 安裝４０００馬力船用燃氣輪機的炮艇在航行中
聞院士：由於燃氣輪機屬高技術產品，其發展必須具備雄厚的工業基礎和長期投入，加之世界各國各大公司收購、兼並、聯合，目前世界上真正能設計、製造大功率艦船燃氣輪機的廠商為數極少。各國海軍裝艦使用的燃氣輪機集中在少數幾個型號上，這一特點在大功率艦船燃氣輪機上尤為突出。進入９０年代以來，大檔功率（３００００馬力以上）燃機的研發成為各國海軍艦船燃氣輪機發展的主流，其最大功率約為５００００馬力（在國際標準條件下）。同時效率也逐步提高，簡單循環效率達到４０％，複雜循環效率達到４２％。
分析世界大功率艦船燃氣輪機的發展情況，可以發現在７０年代以後相當長的時間段內，各國海軍裝艦使用的大功率艦船燃氣輪機絕大多數均集中在ＬＭ２５００這一型號上。而進入９０年代以後，隨著各國海軍對於水麵艦艇主動力裝置的功率需求不斷提高，大功率艦船燃氣輪機的研發有了新的發展，陸續有ＦＴ８、ＵＧＴ－２５０００、ＷＲ－２１、ＬＭ２５００＋、ＭＴ－３０等在研或已裝艦，功率檔主要集中在４００００馬力左右。根據大功率艦船燃氣輪機的發展趨勢，可以推斷４００００～５００００馬力檔次的艦船燃氣輪機可以滿足未來１０－１５年內各國海軍對於大中型水麵艦艇大功率燃氣輪機主動力的需求。
燃氣輪機性能提高主要有兩條途徑。一條是簡單循環燃氣輪機，通過增加壓比、提高初溫、改進部件效率，從而實現更高的綜合性能。典型的例子是ＬＭ２５００燃氣輪機，從２０也己７０年代初期開始，經３０年的不斷完善、改進、發展和提高，研製出其發展型ＬＭ２５００＋，壓比從１８．８增至２２．２，功率從２１兆瓦提高到３０兆瓦，耗油率從２３３克／千瓦時降至２１８克／千瓦時。
另一條途徑是循環改進，采用複雜循環來達到更高的綜合性能，因為艦船燃氣輪機可以采用一些不能在航空發動機上用，但也許適於船用的技術特點，如間冷、蒸汽冷卻等。典型的例子是由西屋公司和羅爾斯．羅伊斯公司合作研發的ＷＲ－２１燃氣輪機，它是一個帶有中間冷卻器和回熱器的燃氣輪機，壓比１６２，功率２５兆瓦，效率４２％，且具有優良的部分負荷性能，在１／３負荷時仍具有接近額定負荷時的效率。與簡單循環相比不僅輸出功率增加，額定功率下的耗油率降低，而且在大部分功率範圍內具有一平坦的耗油率曲線，同時又具有低噪聲及低的排氣紅外特征。采用該動力裝置的艦船年燃油消耗量與美國海軍現役的燃氣輪機推進動力水麵艦船相比降低約３０％，成為新一代艦船燃氣輪機的象征。
兩條途徑也在交替競爭。１９５１年，英國為了超越當時簡單循環所能達到的水平，采用了３個壓氣機、多個間冷器的複雜循環，而采用該技術的Ｍ６０燃氣輪機裝於＂灰鵝＂號炮艇上達到了良好的性能。但是，隨著簡單循環燃氣輪機性能的發展提高，又摒棄了結構、係統複雜的循環。
幾十年後，美國海軍招標研製采用間冷回熱循環的ＷＲ－２１燃氣輪機，事物螺旋上升的規律得到體現，但它也一定會麵對新的挑戰。
記者：我國目前艦用燃氣輪機的發展狀況如何？
聞院士；燃氣輪機已成為我國水麵艦船主推進動力之一，並正在日益廣泛地應用，我們也在進行一些有趣的工作。
記者：謝謝您接受我們的采訪。
