舰船联合动力装置技术特点研究及未来趋势展望

伍赛特

(上海汽车集团股份有限公司，上海 200438)

0 引言

第二次世界大战后，舰船工业得到了长足发展，舰船质量和制造效率日益提高，建造周期也得以大幅缩短。随着舰载武器、电子设备、造船材料和工艺的迅速发展，舰船工业自动化程度日益提高，舰船的发展迈入现代化阶段[1-3]。

燃气轮机作为舰船动力装置被广泛采用，并出现了采用核动力的航空母舰和大型水面舰船[1-3]。航空母舰以喷气式飞机作为主要舰载机类型[4]，大、中型舰船开始普遍搭载直升机或垂直/短距起落飞机。导弹逐渐成为舰船的主要武器，并广泛开始采用垂直发射系统。舰炮向全自动化发展，激光制导和近炸引信的炮弹开始使用。舰船隐身技术和新型合成装甲材料开始得到应用，模块化造船工艺日趋完善，舰员的居住条件得到改善[5]。

随着战列舰失去战场主导作用，逐步退出历史舞台，航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰等大型水面舰船日渐受到世界各国的重视，为此，针对舰船动力装置的研究也有着其深远的意义。

1 舰用蒸汽动力装置

1.1 舰用蒸汽动力装置概述

早在19世纪，蒸汽动力装置就已在各类舰船上得以应用。而目前，航空母舰和核潜艇的战略意义同样与日俱增，所以长期以来针对蒸汽动力装置的关注度居高不下。多年来，蒸汽动力装置已得以充分完善，并有着较高的技术成熟度。

1.2 舰用蒸汽动力装置的技术特点

蒸汽动力装置的输出功率源于设计过程中的许多因素，但主要取决于蒸汽流量和蒸汽状态等参数。多年来，为提高蒸汽动力装置的效率并减小整机重量与尺寸，已对其进行了诸多技术优化。

随着蒸汽压力等参数的不断提高，由于汽轮机叶片尺寸较小，所以在某一点机组内部效率开始下降。为实现更高的输出功率，需使汽轮机叶片在可接受范围内仍保持一定的径向尺寸以适应更高压力，为此，可根据系统动力性要求对蒸汽状态参数进行调节。由于较高的原始蒸汽温度会减少末级汽轮机的水分，因此，增加汽轮机进口温度有助于改善汽轮机效率。由于蒸汽会引起腐蚀，因此需对汽轮机进口处的蒸汽设定一个最低温度值。一旦蒸汽温度低于该数值，整机效率降低，磨损现象会进一步增加。

通常可将汽轮机叶片类型分成冲动式和反动式两类。实际上，汽轮机叶片并不会制成纯冲动式叶型或纯反动式叶型，因为从叶根到叶梢通常为自然过渡，在叶梢附近反动度会有所增加，以此承受更高的负荷。但为方便起见，依然将汽轮机叶片简单分为冲动式叶型或反动式叶型。一般而言，汽轮机靠近进气端的高压级主要采用冲动式叶型，而靠近排气端的低压级则采用反动式叶型。

汽轮机的扭矩-转速特性与采用自由涡轮的燃气轮机的特性相类似，减小航速时扭矩会有所增加。在舰船航行期间，考虑到机组所承受的热应力等情况，在将蒸汽通入冷态汽轮机时需谨慎为之，以适应设备温度状态的变化过程。当完成做功的乏汽离开汽轮机末级时应对其进行冷凝处理，以便通过泵将其送回锅炉，以此可使蒸汽在系统内实现循环流动。

汽轮机的能量转换效率一定程度上取决于叶片的类型、蒸汽的流动速度及叶片的切向速度等因素。不同类型的叶片具有不同的效率，为在有限空间内要求达到足够高的效率，汽轮机的转速通常为每分钟数千转，但与螺旋桨的运行特性并不匹配，从而会在汽轮机与螺旋桨之间设置减速齿轮箱等装置[6]。

同时，汽轮机、齿轮箱和冷凝器应合理地进行布置，使其在长度、宽度和高度方向所占空间最小。冷凝器通常悬挂在汽轮机的下方，该三类设备能被安装在同一个共用基座上。

由于汽轮机无法直接实现反向旋转，因此舰船通常会配备倒车汽轮机，可通过倒车汽轮机以实现舰船的倒航。倒车汽轮机可与正车汽轮机安装在同一根轴上，可根据航行需求使蒸汽分别通向正车汽轮机或倒车汽轮机，其中未投入使用的汽轮机直接进行空转，为此并不会产生过大的鼓风损失。倒车汽轮机功率通常约为正车汽轮机功率的30%，仅需采用级数较少的机型就可实现。因此与正车汽轮机相比，倒车汽轮机的重量及尺寸更为轻小。除了使舰船实现倒航之外，倒车汽轮机在在舰船运行期间可为螺旋桨轴提供制动力矩，以缩短全舰的制动过程。

2 舰用燃气轮机动力装置

2.1 舰用燃气轮机动力装置概述

舰用燃气轮机通常由三类主要部件所组成，分别为燃气发生器、动力涡轮和箱装体。燃气发生器可通过燃烧过程以产生炽热的高温燃气，其通常由压气机、燃烧室和压气机涡轮组成。大多数舰用燃气轮机都是以航空发动机为基础而实现改型的，因而其燃气发生器基本上与航空发动机相同，但会在部件材料及燃烧过程等方面进行相应调整[7-8]。

当要求进一步提高整机功率时，可向燃烧室内喷入更多燃油。随着燃气流温度、压力等参数的持续提高，动力涡轮可输出更高的轴功率。同时，对如压气机转速及涡轮进口温度等各种参数也需进行监测，以确保其不会超过限值要求，燃油与空气的质量混合比也应维持在可接受范围内。同时，燃气轮机有着较好的加速性能，可在数秒内迅速加速至最大功率。

2.2 舰用燃气轮机的技术特点

考虑到燃气轮机的技术特点，在舰船设计过程中通常会分别选用巡航机组和加速机组，以便使不同机组分别在其各自的最佳效率点附近运行。但由于以巡航工况运行的舰船未必能与同行舰队中其他舰船的航速匹配良好，以此往往会造成所有的舰船都以最慢的巡航速度航行，或者航速较慢的舰船以加速机组运行而显著降低了经济性。因此，通常希望舰用燃气轮机在全部功率范围内的燃油消耗率曲线较为平坦。为此，如使用燃气轮机作为单一类型的动力装置时，更青睐于采用复杂循环燃气轮机。

如上文所述，采用自由涡轮的燃气轮机的特性是在低功率时扭矩会有所增加。这是由于压气机转速同自由涡轮的转速无关。在不同的螺旋桨转速工况下，将燃气能量转换成为轴功率的效率取决于自由涡轮的特性，这种效率通常会随螺旋桨轴转速的减缓而下降。为此在设计推进系统时，必须要考虑到该特性，从而保证各个部件的扭矩转速特性匹配良好。如果将动力涡轮与燃气发生器通过转轴连接在一起，以此当动力涡轮转速降低时，压气机转速也会同时降低，从而会具有如下特性：当输出轴转速降低时，输出的扭矩也相应减小，为此该特性并不适用于舰船航行工况。

燃气轮机具有优异的加速性能。该加速性能与涡轮叶片短时间所能承受的最高温度、压气机流场畸变的可能性等因素密切相关。对许多配装有双螺旋桨的舰船而言，在一定的航速范围内，最经济的方式是只使用一台燃气轮机驱动一台螺旋桨，而另一台螺旋桨则处于拖曳状态。在紧急情况出现时，仅需较短时间就可起动另一台燃气轮机，并使其投入正常运行。

迅速起动几台处于待机状态的燃气轮机可在短时间内提升全舰的动力性能。该类运行形式可为不同的舰船运行模式提供了更高的灵活性，同时也可使部分燃气轮机组以巡航工况运行，从而具有更佳的燃油经济性。

长期以来，基于舰用燃气轮机的研发工作正在不断开展中，机组技术水平也得以不断提升。因此在输出功率、寿命、效率等方面，最新的燃气轮机的技术性能会显著优于早期的同类机型。

在舰船的设计过程中，部分情况下会以采用复杂循环的燃气轮机替代巡航燃气轮机+加速燃气轮机的联合动力装置方案。这是由于采用复杂循环的燃气轮机有着良好的燃油经济性，以此减少了舰船上所需动力装置的数量，从而可有效补偿相应增加的重量、空间和成本等因素。

将简单循环燃气轮机与复杂循环燃气轮机相比可知，在一定的输出功率下，复杂循环燃气轮机具有更高的比功率和更低的排气温度。在该情况下，可有效降低所需的空气流量，并可相应减小进、排气道的尺寸。同时，降低的排气温度也使红外信号有所减小，以此可简化红外抑制措施，进一步节省了重量和空间。

简单循环舰用燃气轮机通常由航空发动机改型而来，如果能将简单循环舰用燃气轮机进行技术调整，并将其进一步改型为复杂循环燃气轮机，一定程度可减少开发成本。但是，如果需开发某台全新的复杂循环燃气轮机，必然会面临着较高的开发成本。利用简单循环舰用燃气轮机研制出复杂循环燃气轮机的技术可行性，随着基础机型的不同而存在一定差异。

由简单循环燃气轮机通过改型而研制出复杂循环燃气轮机，通常需对若干部件进行调整，同时新开发出的复杂循环燃气轮机往往也面临着性能下降的风险。因此，考虑到开发成本、可靠性、整机性能等因素，大部分舰船依然会选用以燃气轮机为加速机组的联合动力装置，该部分内容会在下文中进行详尽阐述。

3 舰用柴油机动力装置

3.1 舰用柴油机动力装置概述

从20 世纪初开始，柴油机就与以蒸汽机及汽轮机为代表的蒸汽动力装置展开了技术竞争。目前，蒸汽机已退出历史舞台，而继承了其热力循环的汽轮机依然有着广泛应用。就经济性而言，柴油机的效率高于汽轮机，但所需的燃料的品质要求也相应更高。

近年来，在工农业建设、经济发展及民用运输领域，各类柴油机长期保有统治地位。尽管对燃料品质要求较高，但柴油机的较高热效率可有效弥补该方面对总运行成本的影响。在舰船设计过程中，应对柴油机进行合理选型，像抗冲击性、尺寸、可靠性等参数均为影响全舰设计的重要因素。

柴油机应用广泛，在民用商船中占据主流地位。而在军用舰船领域，各类柴油机通常被广泛用作发电机组的动力来源，同时在许多小型舰船上也被用作推进主机。目前，许多护卫舰、潜艇和其他小型舰艇均以柴油机作为主要动力装置。

根据舰船航行工况需求，如需提升柴油机整机功率，可向气缸内喷射更多燃油。但对配备有涡轮增压器的柴油机而言，考虑到增压器的气动响应过程，其功率提升过程会存在明显的迟滞现象，以此会使空燃比在短时间内相对较低。为了避免出现超过柴油机负荷限制的严重问题，对负荷改变期间内喷入的燃油量必须加以严格控制。在舰船处于具有高机动性要求的作战工况下，短期内的超负荷运行往往也是在所难免的。

3.2 舰用柴油机动力装置的技术特点

3.2.1 舰用柴油机的振动、噪声与抗冲击性

大量的旋转运动部件和往复运动部件，使得柴油机成为振动量级最大的舰载设备。用于舰船的紧凑型高速柴油机，通常有着较多的气缸数量，通常可多达20缸。由于气缸数量较多且曲轴转速较高，高速柴油机所产生的噪声大部分均分布于高频段内。由于高频噪声的衰减比低频噪声更快，采用弹性支座和隔声罩等相关措施可有效改善噪声在海上的传递过程。

用于工业领域的柴油机的技术性能与舰用柴油机存在明显差异，其在承受外界较强冲击载荷作用下，某些部件可能会出现位移、脱落或断裂等现象，但该类情况同样也与柴油机在舰船上的布设位置密切相关。

因此，一台工业用柴油机如需用作舰载设备时，应对该机型进行局部设计优化。为了避免柴油机和发电机在受到冲击载荷后出现不对中的问题，某些设计方案所采用的办法是将发电机直接安装在柴油机的端部。

3.2.2 舰用柴油机的可维护性

结构紧凑的高速柴油机有多个气缸，但过多的气缸数会明显增加维修工作量。然而与尺寸较大的低速柴油机的零部件相比，高速柴油机零部件的尺寸和重量适中，因而针对高速柴油机的维护工作更易于完成。针对舰用柴油机主要的大修工作通常在陆地上进行，但一般性维护通常是在舰船上进行的。同时，在舰用柴油机的周围必须留有可供维护人员进行操作的出入路径和空间位置，以便维护工作的开展。

3.2.3 舰用柴油机的机型选择

如果仅以柴油机作为动力装置，则以最高航速为30 kn 的大型舰船为例，其所需的功率必须由低速柴油机或多台中速柴油机来提供。与燃气轮机相比，中速柴油机与更大的低速柴油机在功率/重量比和功率/尺寸比等参数上均处于劣势，一定程度上限制了其在大型舰船领域的使用。

就功率/重量比和功率/尺寸比这两类参数而言，高速柴油机与燃气轮机更为接近。因此对最大功率要求较低的小型舰船及长期以巡航工况航行的中型舰船而言，高速柴油机仍有着一定技术竞争力，以此可用作推进系统的一部分。

为了提升柴油机的结构紧凑性，可使用多级涡轮增压器。但对于舰用柴油机而言，其功率密度仍需进一步提升，但以此会相应降低整机燃油经济性。

上述问题同样说明了柴油机在军用舰船和民用商船的应用需求间存在显著差异，致使其分别走上了独立的技术发展路线，并降低了不同机型之间的零件通用性。

3.3 舰用柴油机与舰用燃气轮机的使用特性差异对比

(1)柴油机的转速通常明显低于燃气轮机，如需在舰船上用柴油机替换燃气轮机时，需对传动系统进行技术调整，也可对主齿轮箱等部件进行重新设计；

(2)如果柴油机用作于护卫舰或其他中小型舰船的动力装置，其相比同功率条件下的燃气轮机会更重且尺寸更大。由于柴油机的燃油消耗率低于燃气轮机，因此舰船推进系统的总重量是否会增加，一定程度还取决于舰船的燃油储备；

(3)考虑到维护空间需求，舰用柴油机对机舱空间的要求更高。天花板和舱壁的间距往往需进行改动，某些通行区域也会因此受到限制；

(4)基于柴油机而采用的维修方案和相应的维护工作量与燃气轮机也有所不同。所有这些因素均要按照实际情况进行综合考量；

(5)与燃气轮机相比，柴油机消耗的空气流量更少，且排气温度也更低，同时其输出功率也明显更低，上述因素使得柴油机红外信号源明显弱于燃气轮机，一定程度上可提升全舰隐蔽性。

4 舰船联合动力装置及其技术特点研究

4.1 舰船联合动力装置概述

舰船在作战时要求具备较高的全速功率，而全速航行的时间则相对较短，只占整个服役期的2%～5%，大部分时间则处于巡航工况下，巡航速度一般约为最高航速的50%～70%，相应所需的功率为总功率的12.5%～34.3%。若以巡航速度为最高航速的60%计算，则巡航功率仅为总功率的21.6%，各类在舰船上得以应用的动力装置的技术特性如表1所示。

表1 各类动力装置技术性能比较

由于大功率动力装置在低工况巡航时油耗都偏高，经济性较差，因此为了满足舰船全速时的大功率要求，同时确保巡航时具有较好的经济性，提出了联合动力装置的概念[9]。

联合动力装置是指同时包含两种相同或不同形式主机的动力装置，一般用于大、中型水面舰船，可以随着舰船航行工况的不同而改变推进主机、推进器的组合和运行方式。联合动力装置通常由柴油机、汽轮机和燃气轮机等动力装置进行两两组合而成的，根据高速时巡航主机是否投入运行的情况可分为交替作用式与共同作用式两种类型[10]。

4.2 由柴油机与燃气轮机所组成的柴-燃联合动力装置及其技术特点

CODOG(Combined Diesel Or Gas TurbinePower Plant)为交替使用式柴-燃联合动力装置，其工作方式为巡航时由柴油机提供推进动力，全速航行时则由燃气轮机提供推进动力。

CODAG(Combined Diesel And Gas TurbinePower Plant)为共同使用式柴-燃联合动力装置，巡航时由柴油机提供推进动力，全速航行时则由柴油机与燃气轮机共同提供推进动力。柴油机作为巡航机组，与加速燃气轮机通过离合器与主减速器相连，采用倒顺离合器或调距桨实现倒车。CODAG型联合动力装置通常应用于小型舰艇，在巡航工况下，通过柴油机输出的功率一般小于全功率的50%，全功率仅占整个服役时间的1%左右，其主要技术优点如下。

(1)重量尺寸轻小。通过重量尺寸轻小的燃气轮机组提供战时工况下的高功率，可显著降低装置的单位重量和总重量，在既定的排水量下可显著提高全舰航速；

(2)机动性好。起动、加速过程得以改善，且操纵方便、备车迅速，紧急情况下可将燃气轮机在短时间内起动，从巡航工况过渡到全速工况耗时较短，可迅速输出全功率，同时可通过调距桨或倒顺离合器是使全舰实现倒航[11]；

(3)续航力强。由于采用了寿命较长、耗油率较低的柴油机作为巡航机组，因此相应增大了舰船的续航力；

(4)可靠性高。两个机组共同使用一个减速器，具有多机组并车的可靠性[12]。一个机组发生故障时另一机组还可提供动力，保证了舰船的生命力；

(5)管理与检修费较低。

由于CODAG为两种不同动力装置的联合，因此仍存在以下劣势：

(1)传动装置复杂。传动装置中主减速器小齿轮数目多，结构复杂。除齿轮箱外，仍有多种类型的离合器及联轴器，对负荷均衡控制技术要求较高；

(2)燃料及其管路系统复杂。必须配置适用不同机种的燃料及相应的管路储存设备，不同类燃料的储存比例会影响舰船战术性能[13]；

(3)在减速器周围布置两种不同类型的机组有一定难度。为满足了减振要求，巡航柴油机采用双层隔振加箱装体，使整机重量及尺寸相应增加。

考虑到传动装置的复杂性等相关因素，早期的舰船多采用CODOG型联合动力装置。但随着近年来动力装置技术、传动技术以及控制技术水平的提高，CODAG型联合动力装置目前已在护卫舰、驱逐舰等中、小型舰船。如德国的F122与F124(采用CODAG型联合动力装置)级护卫舰、荷兰的LCF防空护卫舰、法国的C70级护卫舰、意大利的“狼级”与“西北风级”护卫舰、韩国的KDX-1与KDX-2级驱逐舰、挪威的“南森”级护卫舰等均采用了该类联合动力装置。

以采用CODAG型联合动力装置的F124护卫舰为例，其与采用CODOG型联合动力装置的F123护卫舰相比，具有以下优点：在满足航速要求的前提下，CODAG型联合动力装置的投资费用约为CODOG型联合动力装置的79%～83%；CODAG型联合动力装置的燃油费用约为CODOG型联合动力装置的77%～82%；CODAG型联合动力装置的维修费用约为CODOG型联合动力装置的35%～75%，且具有更丰富的运行灵活性，而生命力、声学特性与CODOG型联合动力装置方案基本一致。

4.3 由燃气轮机与燃气轮机所组成的燃-燃联合动力装置及其技术特点

燃-燃联合动力装置主要有2种形式，分别为交替使用式燃-燃联合动力装置(COGOG，Combined Gas Turbine Or Gas Turbine Power Plant)和共同使用式燃-燃联合动力装置(COGAG，Combined Gas Turbine And Gas Turbine Power Plant)。

在COGOG型联合动力装置中，一般选用功率较小且经济性较好的燃气轮机作为巡航燃气轮机，同时也可以选用以复杂循环工作的开式燃气轮机，或以闭式循环工作的燃气轮机。COGOG型联合动力装置在巡航工况下能确保较高的热效率，同时部分负荷工况时性能良好，可显著降低燃料消耗，并能相应改善机组重量及尺寸。

对于COGAG型联合动力装置而言，为了减少机型，并简化装置组成，目前更青睐于采用相同型号的燃气轮机，且不会对巡航机组与加速机组进行明细区分，因此也可将COGAG型联合动力装置称为全燃并车推进装置。COGAG联合动力装置功率大，重量尺寸轻小，机动性能优越，经济性也相对较好。

COGOG型联合动力装置主要应用于护卫舰、驱逐舰等中、小型舰船[14]，而COGAG型联合动力装置则多应用于驱逐舰及以上的大、中型舰船。如早期苏联的“卡辛”级驱逐舰、20世纪70年代美国的DD963驱逐舰、日本的16DDH直升机母舰、美国的“SeaLift”高速支援舰以及意大利的“加里博迪”轻型航空母舰等，均采用了该类联合动力装置。

4.4 由柴油机与柴油机所组成的柴-柴联合动力装置及其技术特点

目前，柴-柴联合动力装置(CODAD，Combined Diesel And Diesel Power Plant)是由多台柴油机并车构成的共同使用式联合动力装置。与COGAG型联合动力装置相似，CODAD型联合动力装置大多采用相同型号的柴油机，也可称为全柴并车推进装置。考虑到传动装置和控制系统的简化，目前，这种动力装置一般多采用双机并车驱动一桨的方式，而早期的三机甚至四机并车驱动一桨的方式已很少采用。CODAD型联合动力装置的主要特点如下：

(1)实现双机并车，可满足较高航速对功率的需求；

(2)巡航和低工况时每轴可仅通过任意一台机组工作，处于最佳工况点，效率较高；

(3)柴油机可轮换工作、便于轮修、可靠性高、生命力强。

CODAD型联合动力装置主要应用在护卫舰及高速商船中，如法国的“拉菲特”级护卫舰、沙特的F2000和F3000型护卫舰、意大利的“智慧女神”级护卫舰、西班牙的“侦察”级护卫舰、丹麦的“西提斯”级护卫舰等[15-17]。

4.5 由燃气轮机与汽轮机所组成的联合动力装置及其技术特点

由燃气轮机与汽轮机所组成的联合动力装置主要有2种形式，第一种被称为蒸—燃联合动力装置(COSAG，Combined Steam Turbine And Gas Turbine Power Plant)，巡航功率由汽轮机提供，加速功率由汽轮机与燃气轮机共同提供。由于汽轮机的经济性较差，重量和尺寸大，并不适宜用作巡航主机，再加上燃气轮机的性能不断改进，因此这种形式的联合动力装置目前已很少应用。

第二种被称为燃—蒸联合循环动力装置(COGAS，Combined Gas Turbine And Steam TurbinePower Plant)。这种联合动力装置与COSAG型联合动力装置完全不同，燃气轮机与汽轮机不仅在机械上进行并车运行，而且在热力系统上也有着密切关联。在COGAS型联合动力装置中，于燃气轮机排烟道内部加装了余热锅炉，利用高温烟气余热产生过热蒸汽，并驱动汽轮机运行，可节省约25%的燃料。美国“伯克”级驱逐舰、日本“金刚”级驱逐舰、荷兰的M级驱逐舰都采用了COGAS型联合动力装置。另外，由于效率的提高，该类联合动力装置在火力发电厂中也得到了广泛应用。

由于蒸汽动力装置的一系列优点，与燃气装置联合后，起到了取长补短的效果。蒸汽动力装置能提供全功率的50%以保证全航速工况下的航行需求，并使经济及重量尺寸指标达到最佳。

综合上述观点，舰船联合动力装置的构成与工作方式如表2所示。

表2 舰船联合动力装置的构成方式与工作方式

5 舰船联合动力装置技术发展及未来趋势展望

蒸汽动力装置虽然具有单机功率大、使用寿命长、可靠性好、运转平稳等优点，但同时也有着重量尺寸大、冷态起动时间长、机动性差、经济性差等缺点。柴油机动力装置虽然具有经济性好、起动迅速、尺寸重量小等优点，但其单机功率有限，难以满足中型及以上舰船在高速工况下的需求。而燃气轮机与上述两类机型相比具有明显的优越性，目前已为各国海军所广泛采用并大量建造。

随着燃气轮机的不断发展和日益完善，舰船联合动力装置的型式也在持续变化并日趋完善，除了燃气轮机之外，联合动力装置必须配备有一整套结构复杂和技术要求较高的精准传动系统，其包括大功率高速齿轮，液力偶合器，各式离合器和同步离合器，弹性和挠性联轴节，以及大功率调距桨等传动设备，这些传动设备的技术水平和在推进传动系统中的配置是否合理，将显著影响到联合动力装置的综合性能。随着联合动力装置的不断发展，推进系统与传动系统也日益简化和完善。燃气轮机的进排气道和自动同步离合器是伴随燃气轮机联合动力装置的出现而导致的特殊问题，在研制该类动力装置时必须加以研究和妥善解决。

由于燃气轮机、汽轮机和柴油机都有各自的特点，因此经常将其联合起来组成联合动力装置。而纵览历史，燃气轮机在舰船上的推进方式曾出现过多种形式，这主要取决于当时燃气轮机的技术发展水平。

从舰船联合动力装置的技术发展史来看，其中最早出现的是COSAG型联合动力装置，因为当时柴油机的单机功率小、寿命短，不得以而选择采用COSAG型联合动力装置。随着柴油机技术水平的不断提升，出现了CODAG型联合动力装置和CODOG型联合动力装置。在燃气轮机的技术水平有了新的进步，并且调距桨得以充分优化之后，才逐渐诞生了COGOG和COGAG这两类联合动力装置。

采用COSAG，CODAG和COGAG这三类共同使用式联合动力装置的舰船最大航速是由巡航机组功率加上加速机组功率获得的。采用CODOG和COGOG这两类交替使用式联合动力装置的舰船，其最大航速是由大功率燃气轮机所提供的。若以增大舰船续航力为主要目标，CODOG和COGOG这两类联合动力装置是较为理想的推进方式。COGOG型联合动力装置的优点在于所采用的动力装置是燃气轮机，其振动和噪音小、机组的质量与体积小、所需的轮机人员少、起动快，且加速性能较好。COGAG型联合动力装置除上述优点外，还可相应减少燃气轮机机组类型，并可实现一机多用，以此减少舰船上的备件等优点。但由于其在部分工况下的经济性较差，因此增大了燃油消耗量，其为COGAG装置的缺点。

在 CODOG型联合动力装置中，燃气轮机的功率明显高于柴油机，从而可为其配备具有最大轴功率的螺旋桨，从而提供加速舰船所需的推进动力。在 CODAG型联合动力装置中，对柴油机的动力性要求往往低于 CODOG型联合动力装置中的柴油机。因此，对于CODAG型联合动力装置中的柴油机而言，其所带来的舰船机动性提升效果也得以大幅降低。

对于已在舰船上成功布设的柴油机和燃气轮机而言，CODAG型联合动力装置相比 CODOG型联合动力装置，可获得更高的推进功率。而CODOG型联合动力装置的优势在于，两类机组可以各自独立地与螺旋桨匹配，因此不需要采取特殊措施即可使其分别输出其最大功率，并相应简化了传动系统，提高了可靠性。

就目前技术水平而言，随着舰船排水量的不断增大，其更适于采用性能优越的核-燃联合动力装置(CONAG，Combined Nuclear And Gas Turbine Power Plant)。CONAG型联合动力装置以核动力装置作为巡航机组，以燃气轮机作为加速机组[18]。如上文所述，舰船大部分时间处于巡航工况，航行速度通常不高于最高航速的70%，如果在该类舰船上只配备核动力装置，则大部分时间处于中低负荷的巡航工况下，使得动力系统无法充分发挥功效，经济性较低。

如果采用 CONAG型联合动力装置，使用核动力时，可使舰船航速达到最高航速的70%，等到需要满足战时的高机动性要求时，则以燃气轮机作为加速机组而实现动力输出。与全部采用核动力装置的情况相比，CONAG型联合动力装置的重量尺寸更轻小，成本更低廉，且无需对进行大幅度技术调整。但在设计层面上仍需进行优化改善，以下几点仍需重点关注：

(1)舰用核动力装置与舰用燃气轮机动力装置仍存在一定特性差异，为此需充分满足二者动力性能的合理匹配、系统配置、参数选择等相关技术问题；

(2)可将部分多余的功率用于满足舰船电力负荷；

(3)可通过改变燃气轮机的运行时间来相应调整更换核燃料的时间间隔；

(4)因为相比核潜艇，水面舰船舰体空间更为充裕，所以可以考虑对舰体进行改进设计，从而使换料更简易，并使动力系统效率更高，同时相应减少装置成本；

(5)与在突发情况下更易于得到应急冷却水的核潜艇不同，水面舰船如采用CONAG型联合动力装置，通常需要更高等级的屏蔽防护措施，以确保舰载人员及设备的安全。

综合上文观点，各类舰船动力装置使用形式如表3所示。

表3 各类舰船动力装置使用形式

6 总结及展望

目前，考虑到柴油机、汽轮机及燃气轮机等动力设备的技术特点，就以各类联合动力装置而言，以燃气轮机作为加速机组的动力形式具有较好的应用前景。除了常规的CODAG、CODOG、COGOG、COGAG等几类联合动力装置之外，CONAG型联合动力装置由于兼具较好的续航性能与强力的加速性能，相比于传统的舰用单一核动力装置，又有效提升了经济性，在未来数年间将会有着广阔的发展空间。