舰船联合动力装置应用选型及工况匹配特性研究

伍赛特

（上海汽车集团股份有限公司， 上海 200438）

引言

联合动力装置是由两种不同类型的推进主机组成的。通常在低速工况（如巡航工况）以下航行时，由一种推进主机单独工作，而在高航速直至全速工况航行时，由另一种主机单独工作或者两种主机共同工作[1-3]。在低速工况下单独工作的推进主机称之为巡航机；在高速工况下单独工作或者与巡航机一起工作的推进主机称为加速机[4-5]。

1 联合动力装置的技术特点

联合动力装置通常由几个（一般为两个）不同型式的动力装置组成。各类动力装置能够共同或独立地驱动螺旋桨工作。联合动力装置最适宜于工况变化范围大，且大部分时间处于低速航行的大、中、小型各类战斗舰艇，如导弹快艇、大型高速炮艇、猎潜艇、护卫舰、驱逐舰和巡洋舰等。这是一种交替型的装置，低速巡航用柴油机推进，高速航行时由燃气轮机单独推进[6]。

1.1 燃气轮机装置与其他型式的船舶动力装置的比较

对已建成的和已设计的燃气轮机装置的分析表明，它具有一系列良好的性能，目前已经能与柴油机和汽轮机装置进行有力的竞争。下面从设备简单、操作方便、动作可靠、机动性、重量、尺寸、效率、制造成本、运行费用和运输成本等方面，对燃气轮机装置、汽轮机装置和柴油机作一比较[7-10]。

1.1.1 设备简单和操作方便

燃气轮机装置在结构上比柴油机更为简单。燃气轮机装置的结构简单，在同汽轮机装置相比时显得更为突出。事实上，在燃气轮机装置中，没有锅炉装置及其复杂的水处理系统和辅助设备，没有包括凝结泵和循环泵在内的凝汽设备，没有像汽轮机装置中那样多的管道。因此，这大大简化了装置的维护和操纵，可降低维护人员数量。这最终也就减少了装置的投资和运行费用。

1.1.2 动作可靠性

运行经验表明，结构上比较成熟的燃气轮机装置，在使用期限内运行方面是较为可靠的。汽轮机装置的运行经验表明，凝汽设备和锅炉发生事故的次数是较多的。燃气轮机装置没有这些设备，因此比汽轮机装置更为可靠。由于燃气轮机装置中没有作往复运动的部件，摩擦面较少，运行时也比柴油机更为可靠。

1.1.3 机动性

船舶燃气轮机装置的起动时间在几分钟到几小时的范围内。这一数据可以同低速柴油机从冷状态时的起动时间相比，大大低于汽轮机装置的起动时间。

采用可变螺距螺旋桨的燃气轮机装置，能可靠地保证船舶在2 min 内换向，其滑行距离约为船体长度的5 倍。这些数据说明，燃气轮机装置能完全满足重要的机动性指标要求。

1.1.4 重量和尺寸

虽然在燃气轮机装置中，工质比容较大（在开式循环燃气轮机装置中），其中空气比流量为柴油机中的燃气比流量的3～5 倍，为汽轮机装置的蒸汽比流量的5～10 倍，但仍能使燃气轮机装置在比重量和比容积方面低于汽轮机装置和低速柴油机或中等高速柴油机。

1.1.5 效率

就经济性而言，燃气轮机装置目前已经达到了运输船舶较好的汽轮机装置水平。但是在效率方面，船舶燃气轮机装置明显不及柴油机。

1.1.6 装置的成本

在1 000～6 000 hp 的功率范围内，燃气轮机装置的价格和汽轮机装置的价格相近，但稍高于柴油机的价格。在功率超过6 000 hp 后，燃气轮机装置的价格仍然与汽轮机装置的价格相近，但与柴油机价格相比有了显著降低。将来如果燃气轮机装置实现大批量生产，其绝对价格和相对价格都会有所降低。

1.1.7 运行费用和运输成本

运行费用包括油料消耗、折旧费、动力装置[11]、船体及船舶的其他部件的经常维修和中修的费用、船员工资消耗和航行中的供应品的费用及航行费用等。运输成本既取决于运行费用，也取决于船舶的运输能力。

1.2 蒸- 燃联合动力装置

在运行过程中，随着船舶汽轮机装置的功率减小，它的效率也会减小，因此增加了比燃料消耗量。比燃料消耗量在小功率范围内会急剧增加，这将使船舶在低航速下的续航力减小。

例如，如果不采用一个而采用两个汽轮机机组时，可以提高汽轮机装置在船舶的低航速下的经济性。假定在低航速下只有一个机组工作，如果要求增加船舶的航速，则应将第二台机组投入运行。这时，装置在低航速下的经济性提高，是由于每一个机组都是按较小功率变化范围设计的，它们偏离设计工况都很小。

但是，比较合理的不是采用两个汽轮机机组，而是采用汽轮机和燃气轮机装置的联合动力装置，因为同汽轮机装置相比较，燃气轮机装置的尺寸和重量小[12]，而且经济性高。因此，由汽轮机装置和燃气轮机装置组成的联合动力装置同汽轮机装置相比，在基本运行工况下应该具有比较小的尺寸和重量以及比较高的经济性。必须指出，经济性高而又轻便的燃气轮机装置，使用期限较短。因此，如果假定联合动力装置大部分时间是在低航速下工作时，则其燃气轮机装置部分仅应该在高航速工况下工作，即作为加速机组，汽轮机部分在所有正车航行和倒车航行时工作。其中汽轮机装置和燃气轮机装置，是按独立的循环工作的。

在燃气轮机装置和减速器之间，设有特殊的联轴节，燃气轮机装置借助该联轴节或者与减速器联接或者与它脱开（在低航速下），以防止产生附加损失和燃气轮机的机组过热。

为了在低速工况下获得船舶的最高经济性及最大续航力，汽轮机装置应按低航速功率设计。当燃气轮机装置投入运行并继续增加功率时，汽轮机的速比发生改变，汽轮机装置的效率和功率下降。在设计联合动力装置时，汽轮机装置功率的降低必须由燃气轮机装置功率的增加来补偿。

目前，许多国家对大部分时间以低航速航行的船舶上用的蒸燃联合动力装置，在建造方面进行了大量的研究工作。

联合动力装置实际利用的可能性，在很大程度上决定于燃气轮机装置型式的选择和离合器的选择，离合器不仅影响装置的机动性，而且也影响其工作的可靠性。

在上面所讨论的装置中，汽轮机装置和燃气轮机装置的工作在循环方面彼此没有联系，其间只有机械联系（通过齿轮传动装置）。这样的装置可称为机械联合动力装置。但是也有所谓的蒸- 燃热力联合动力装置，其汽轮机和燃气轮机循环的工质参数是直接互相联系的。

在这样的装置中，燃气轮机装置的压气机对蒸汽锅炉进行增压。在炉膛中形成的燃气，首先进入锅炉的烟道并放出部分热量以便获得饱和蒸汽及过热蒸汽，然后进入燃气轮机装置的涡轮中，涡轮不仅要保证压气机中的空气压缩而且要和汽轮机一起发出有效功率。因为蒸- 燃联合动力装置是在很大的温差下工作的，所以其经济性很高。此外这种装置的功率可以很大，因此可以推荐用于排水量较大的运输船舶上。但是同汽轮机装置相比，特别是与燃气轮机装置相比较，其最大的缺点是过于复杂。

1.3 柴- 燃联合动力装置

目前，与其它所有的热力装置相比，柴油机具有最高的经济性。对柴油机而言，当它的功率改变时，油耗率变化较小。因此，柴油机与燃气轮机进行联合工作，不是为了提高动力装置各基本工况工作下的经济性，而是为了通过增加比柴油机的比重量还小的燃气轮机装置，在装置的总重量、燃油储备量和船舶的续航力不变的条件下，极大地提高装置的总功率和船舶的全速航速。

采用柴油机和燃气轮机装置的联合动力装置比仅利用柴油机作为船舶动力装置，在以下两种情况也是比较合理的：

1）当装置及燃油储备量的总重量和全速航速给定时，保证船舶在全速工况和低速工况下的续航力最大。

2）在全速工况下，当航速和续航力给定时，保证装置及其燃油储备的总重量为最小，也就是要求装置本身和燃料所占的排水量比例最小。

柴油机和燃气轮机装置的联合动力装置用在排水量较小的快速舰艇上，这种快速舰艇大部分时间以低速工况航行，而全速航行时间的比例较小。这种情况就决定了在低速工况工作时，应采用具有较高经济性的柴油机，而在全速工况工作时柴油机才与燃气轮机装置联合工作。

在给定的续航力和全速工况航速下，从完全确定的工况开始，联合动力装置的总重量将为最小。随着船舶续航力的增加，采用仅由柴油机组成的装置开始变为不利时，比重量也增加。这就说明，当续航力很大时，总重量主要决定于燃油储备量而不决定于装置的重量。

柴油机和燃气轮机装置（一般是简单循环）都是驱动单独的螺旋桨，螺旋桨的数量可达四个。由柴油机和燃气轮机装置组成的联合动力装置的应用前途，在很大程度上依赖于柴油机和燃气轮机装置的进一步完善，以及对给定型式的船舶所提出的要求。当柴油机的比重量减小和单机功率增加时，对于具有给定排水量、续航力及航速的船舶，此较合理的方法不是采用联合动力装置，而是采用柴油机装置。

但是，如果要提高船舶航速，仍必须加装燃气轮机装置，因为燃气轮机装置是旋转式动力装置，在结构尺寸相近的前提下，它的单机功率比柴油机更大。燃气轮机装置本身的改进将有助于这一点。

可以预言，随着柴油机的比重量的减小和单机功率的增加，由柴油机和燃气轮机装置组成的联合动力装置的总功率必然增加，并且应用范围将扩大到排水量较大的船舶中。

1.4 联合动力装置工作特性

联合动力装置的工作特性具体如下：

1）因为采用了质量很小的燃气轮机装置提供很大一部分装置功率，因而联合动力装置的单位质量和绝对质量显著降低。

2）由于采用了耗油率低的巡航装置，可以增大续航力。

3）因为加速装置和巡航装置彼此独立，提高了装置的可靠性，任何一个装置发生故障不会完全破坏动力装置的工作。

4）由于采用了燃气轮机装置，提高了舰艇的机动性，启动迅速，加速过程快。

5）燃气轮机装置进排气管道巨大，增加了机舱结构及布置上的困难。

除上述特点外，对柴- 燃联合动力装置还具有下列优点：整个装置的配置功率可以增加很多，扩大了柴油机动力装置的使用范围，适用于功率较大（大排水量的舰艇）或航速很高（小排水量的舰艇）的舰艇上，并能充分发挥耗油率低的突出优点，增大续航力。

对于蒸- 燃联合动力装置，由于巡航功率较小，而经常在设计工况附近工作，故使低航速的经济性得到一定程度的改善，续航力得到提高，装置的机动性也有很大改善。小功率汽轮机动力装置备航启动比较简便，更重要的是在紧急情况下用燃气轮机迅速启动[13]，可立即出航。但是，这种装置因为加速装置和巡航装置应用不同品质的燃料，需要双套燃油系统，增加管理运行上的复杂性，而且，燃油储备量的比例直接影响到舰艇的活动能力。

2 联合动力装置的应用与选型

在舰艇上选用哪种联合动力装置，这与舰艇使命任务、动力政策以及工业、科学技术水平有密切关系[14]。目前，其应用与选型总体方案如下。

2.1 巡航功率占全功率20%以下，用CODOG、COGOG 型式较好

由于巡航功率不大，全功率至多增加20%，全航速仅增加6%。对小型舰艇，舰速仅提高1 kn 多。所以选用“交替使用”就比“共同使用”来得合理，可选用柴——燃交替使用装置。如丹麦、意大利、利比亚、伊朗和日本等国新研制的护卫舰。面对以执行反潜任务为主的军舰，以选用燃——燃交替使用装置较为有利，因柴油机会产生大量的难以消除的低频噪音。对较大的柴油机，在其机座下边要装笨重的筏式消音基座，这样又易于发生传动装置的对中问题。英国、荷兰、加拿大和日本等国新建的驱逐舰选这类动力型式。

2.2 巡航功率占全功率的20%～30%时，仍用CODOG 和COGOG 型式为好

从舰艇的性能来看，这部分巡航功率对护卫舰级约可提高航速2 kn；对大，中型驱逐舰可提高航速1 kn。因此，“联合”或“交替”使用都行。但从质量、体积小、维修容易和构造简单方面考虑，COGOG，CODOG 型式比CODAG 好些。实际使用中，如法国、比利时、巴西，意大利等国建造的部分护卫舰和驱逐舰，多数选用CODOG 型式。

2.3 巡航功率占全功率的30%～40%时，巡航功率必须共同使用

对护卫舰级来说，共同使用可使航速提高约2.5～3 kn；对大、中型驱逐舰级可增加2～2.5 kn。这样，即使装置比较复杂也是值得的。如德国“科隆”级护卫舰就是选用CODAG 型式，英国“82”型导弹驱逐舰选用COSAG 型式。若既要有高的巡航速度，又要经济性好，且无大功率燃气轮机，此时可选用CODAG 型式。除上述CODAG 和COSAG 型式外，将来发展是选用COGAG，如英国海军的“斯贝”SMIA机组，可与“奥林普斯”TM3C 型机组成COGAG 型式，美国海军也在考虑发展7 500 kW 的燃气轮机以适应大、中型舰的需要。

2.4 巡航功率占全功率的40%以上的，巡航功率必须共同使用

巡航功率占全功率的40%以上时，不管主机中哪种失灵，仍能保持较高航速，可选用COSAG、CODAG 和COGAG 型式，但以COGAG 为好。

2.4.1 COSAG 型式

为了吸取燃气轮机质量和占用空间小的优点，与汽轮机组成联合动力装置。如英国早期在“部落”级护卫舰和“州”级驱逐舰上均采用COSAG 型式。在实际使用中，常用燃气轮机，其可靠性得到了证实。因而在20世纪60年代末不再选用COSAG 型式。

2.4.2 CODAG 型式

CODAG 型式是最早用在舰艇上的一种燃气轮机联合动力型式。英，美，俄等国早在20世纪40年代末、50年代初就在小型炮艇、快艇上选用了这种动力型式。但是柴油机功率占的比例相当大，所以加速燃气轮机所节省的质量效果就不大。为了要充分发挥柴油机功率，即使选用调距桨，还是要配以双速比齿轮箱，所以这种动力装置型式在国外已很少采用了。

2.4.3 COGAG 型式

COGAG 型式是美、俄两国在新建的大，中型水面舰艇上所选用的动力。俄罗斯“卡辛”级导弹驱逐舰，“克里伐克”级导弹驱逐舰和“卡拉”级导弹巡洋舰均用这种动力型式。美国于20世纪60年代末，经过充分论证，决定在“DD963”级导弹驱逐舰上采用COGAG 型式，经实际使用证实是成功的。因此，美海军在“FFG-7”级、“DDG-47”级和“DDH997”级导弹驱逐舰上继续使用COGAG 型式，而且用一种主机（LM2500）就能满足要求。COGAG 型式又用于英国和意大利研制的部分巡洋舰上。

2.5 综合选型趋向

1）巡航功率占30%以下时，则选用CODOG、COGOG 型式。排水量在3 000 t 以下用柴油机巡航比较有利，宜选用CODOG 型式。3000 t 以上，选用COGOG 型式较合适。因为排水量增大，巡航功率随之增加，若在一轴上选用一台柴油机作为巡航机，则会由于单机功率较大而带来质量、尺寸的较大幅度地增加。若选用多机共轴，则操纵复杂，且传动机构也变复杂，导致维护不便，所以选用小功率燃气轮机巡航比较有优势。

2）巡航功率占全功率的30%以上时，则可选用CODAG、COSAG、COGOG 和COGAG 型式。排水量在3 000 t 以下，过去采用的是CODAG、GOSAG 型式，目前可选用CODAG 型式。从发展上看应选用GOGOG 型式。在3 000 t 以上时，有采用COSAG、GOGAG 型式的，从目前和发展趋势看，主要选用COGAG、COGOG 型式。

3 联合动力装置工况与配合特性

根据上文对联合动力装置的详细讨论，它与单一型式装置相比有着明显的优越性，所以涌现出多种型式的联合动力装置。就目前应用最为广泛，很有发展前途的几种典型型式，分述如下[15]。

3.1 CODOG 和CODAG 装置工况配合特性

3.1.1 CODOG 装置

CODOG 表示燃气轮机和柴油机交替使用，低功率长时间工作时（巡航）只使用功率不大的柴油机，获得低的耗油率，增加续航力，在战斗或其他紧迫的情况下，使用大功率的燃气轮机，使舰艇获得高航速。从上述配合特性中不难看出如下几点：

1）不论加速燃气轮机还是巡航柴油机工作时，离开设计工况点愈远，其耗油率就愈大，而燃气轮机的耗油率下降更甚。因此，燃气轮机不宜远离设计工况点长期航行。

2）由于柴油机耗油率随负荷的下降而增大的程度远比其他型式的主机小，故轻型柴油机用作巡航装置就更有优越性。

3）当舰艇排水量确定之后，最大巡航速度就决定巡航柴油机的功率。如要提高巡航速度，就必须增大柴油机功率。从配合特性看就扩大了柴油机的负荷范围，使低负荷运转时远离设计工况很不经济。在这种情况下，若采用多机并联就可以改善配合特性，故在服役的战斗舰艇中，有一些巡航装置采用双机并联装置。

4）当主机低于最低稳定转速运转时，对定螺距螺旋桨通过离合器或液力耦合器部分充油来实现低速航行，对可调螺距螺旋桨可采用改变螺距来实现低速航行。

5）对于航行工况（全速和巡航）变化不大的舰艇，从工况配合特性角度看，CODOG 能实现船机桨最佳配合。

3.1.2 CODAG 装置

这种装置巡航时采用柴油机单独推进，加速时燃气轮机和柴油机并联使用，以获得最高航速。在讨论CODOG 装置配合特性时，已知不允许同时使用巡航机和加速机来发出最大功率，以获得最高航速，因为机桨匹配是按巡航机和加速机各自的额定转速作为设计工况，那么两种机功率相加之后，平衡点移至较高的转速，使两机都超速。这种装置的工况配合特性CODOG 装置相比，有如下几个特点：

1）当舰船以全速（即设计航速）航行时，巡航机和加速机同时在额定负荷下运转，各自发出额定功率，都处于最高效率，耗油率最低（通常情况在80%～85%额定功率时，耗油率最低），船机桨实现了最佳配合，既有最高的推进效率，又有最低的耗油率，两主机的额定功率全部利用。

2）任何舰船总是在一定的航速范围内运行的，尽管它有一个设计航速（通常是最高航速）。若要求低于全速航行，此时必须两机并联运转，才能满足螺旋桨所需功率。此时，两机可以采用不同的功率分配来满足螺旋桨需要的功率。为此，可编制一个程序，能在此航速范围内进行两机的功率分配（即负荷分配），使综合耗油率最低。

3）若需要进一步降速航行，此时既可以两机并联运转，也可以加速燃气轮机单独运转满足螺旋桨的功率需要。同样也要寻求一个操作方案（即功率分配）使装置耗油率最低。

4）航速继续下降之后，巡航机单独运转就可满足螺旋桨所需功率，此时巡航机的工作转速远低于额定转速，巡航机单独工作于巡航状态时始终发不出额定功率，这是CODAG 装置的一大缺点。本想巡航机在巡航状态时能具有最好的经济性，这种装置恰恰达不到最佳状态，巡航时得不到船机桨最佳匹配。所以，若用两机并联与螺旋桨最佳匹配，全速航行时性能最好，但在巡航时，单机运转匹配性很差。解决这个难题的途径是用可调螺距螺旋桨，当然也可以采用双档变速装置（即双速比齿轮箱）。

5）由于高航速时，是由两机并联提供的，那么，加速燃气轮机的功率，在相同条件下，要比CODOG装置的小。所以，在加速燃气轮机单独运转时，负荷变化较小，耗油率上升相对也较小。但是，此时燃气轮机与螺旋桨的平衡点离开了燃气轮机的最佳效率工作线，效率有所下降。由于燃气轮机效率曲线在最佳效率点附近比较平坦，故效率下降不大。

3.1.3 双档变速CODAG

如上所述，CODAG 装置的最大缺陷是降低了舰艇的主要战术指标——续航力。巡航机长期单独运转时远离最佳匹配点，既不能充分利用额定功率，又使耗油率增大，针对这一缺点，可以采用双档变速装置予以解决。

这种装置既能解决全速工况时所需要的总功率，又能确保巡航工况时具有最低的耗油率，但是，双档变速齿轮箱比较复杂，使操纵复杂化。当加速机投入或是退出工作的同时，必须迅速而准确地进行换档，即由巡航档齿轮变换为加速档齿轮。所以近年来各国海军已很少采用这种方案。

3.2 COGOG 和COGAG 装置工况配合特性

由于燃气轮机装置所具有的优点，而且单机组功率和寿命不断提高，耗油率逐步下降，联合动力装置将向全燃化方向发展。COGOG 中，巡航小功率燃气轮机和加速大功率燃气轮机在运转中交替使用。不难看出，巡航机和加速机与螺旋桨的配合，同CODOG 装置相似，只不过巡航机以小功率燃气轮机代替了柴油机，故不再赘述（可参考CODOG 工况配合特性）。

COGAG 装置型式有两类：第一类是每根桨轴上装备小功率巡航燃气轮机，巡航时单独使用小功率巡航燃气轮机，加速时两机并联使用。第二类是每根桨轴上装备两台相同机型的大功率燃气轮机，加速时两台并联使用，而巡航时只使用其中的一台。

3.2.1 第一类COGAG 装置

这种装置在实际应用中可以有多种方案。每种方案在装置的各种航行工况下，其性能参数和动力参数有很大变化，而且相差很大。故讨论该类装置的工况配合特性时，应按不同方案予以讨论。这种装置可能有如下四种运行方案：

1）以巡航机单独运转的巡航工况，作为巡航机与螺旋桨的设计匹配点，此时巡航机动力涡轮的最佳转速及相应功率正好与螺旋桨设计推进特性曲线相交。巡航机的减速齿轮箱是单速比的。

2）以巡航机和加速机的额定功率之和以及两者共同的最佳转速设计螺旋桨参数。巡航机的减速齿轮箱是单速比的。

3）巡航机的最佳转速位于其额定负荷特性曲线与螺旋桨设计推进特性曲线的交点之后。巡航机减速齿轮箱是单速比的。

4）巡航机动力涡轮的转速，不论在巡航机单独运转的巡航工况还是在两机并联运转的全速工况，都是最佳的。巡航机的减速齿轮箱是双速比输出的。

各方案中加速机动力涡轮的最佳转速均与两机并联运转时的额定转速相同。

从工况配合特性看出，对于不同的运行方案，其加速机和巡航机的动力涡轮工况状态大不相同，有的在接近最佳转速下运转，有的则远离最佳转速，若在非最佳转速下工作，则会造成严重损失。如果各机的性能参数配合不当，也将引起装置功率不能充分利用，很不经济，以上问题在设计联合动力装置时必须予以考虑。

总之，解决配合不佳的途径很多，但是，采用调距桨改善配合特性是很有效的。通过上述计算可以初估损失，便于选择加速机和巡航机的功率比例和运行方案，在最大限度内满足任务要求。

3.2.2 第二类COGAG 装置

对于一些排水量较大的大型驱逐舰和巡洋舰，由于要求有较大的巡航功率，上述COGOG 和第一类COGAG 装置中的小功率巡航燃气轮机已不能满足这类舰艇巡航功率要求。在这种情况下可采用两台相同机型的COGAG 装置，这种型式在美、英、俄等国的海军舰船中得到了广泛应用。该类装置的配合特性与柴油机双机并联装置相似，具有下列几个特点。

1）装置并联运转时，只有在全速航行时才能充分利用主机的额定功率，船机桨实现最佳配合。在其他任何工况，主机效率都随着负荷的降低而下降，主机的额定功率都不能充分利用, 但每台主机都在最佳效率线上工作。

2）装置单机运转时，主机功率也不能全部利用。而且，单机运转的任何工况，主机效率不仅随负荷的下降而降低，还远离最佳效率线，故单机运转时，耗油率显著升高，比起柴油机更严重。针对上述配合特性的缺陷，这种装置均采用调距桨，因为调距桨是改善这种装置配合特性的有效途径。

由此看出，与CODOG、COGOG 装置相比，第二类COGAG 装置在加速时可获得很大的总功率，但在巡航时，特别在较低的巡航功率下使用，该装置的耗油率较大，要比带小功率巡航机的第一类COGAG装置更大，比CODOG 装置更甚，故在长期低速巡航时很不经济。因此，在大型驱逐舰和巡洋舰上，需要很大的巡航功率，第二类COGAG 装置经济性才有所改善，并得到广泛应用。而对小型驱逐舰和护卫舰，或巡航功率与全速功率之比小的舰艇，则不推荐采用。

4 影响联合动力装置性能的主要因素分析

在讨论各种联合动力装置的应用中，联合动力装置型式的使用范围与巡航装置功率占全功率的比例有密切关系。所以，讨论联合动力装置主要性能与巡航装置功率所占比例的关系具有重要意义。

联合动力装置与单一型式动力装置相比，已经详细地阐明了它的特性，尽管特性参数很多，其中最有代表性的性能参数，就是根据舰艇动力装置的两大特点而决定的联合动力装置的单位质量和装置的耗油率。下面进一步讨论单位质量和耗油率与联合动力装置的结构质量特性和经济性的关系。

1）联合动力装置机械总质量及单位质量，如同上述，联合动力装置由巡航装置和加速装置两部分组成。在通常情况下，巡航装置的机械质量除动力装置以外，还包括电站，辅助装置，以及与全舰设备系统等有关的动力装置机械质量，加速装置的机械质量仅包括动力装置本身以及为其服务的辅机、设备的机械质量。

2）联合动力装置的燃料消耗量及装置耗油率。目前，联合使用的联合动力装置全速功率的单位时间燃料消耗量由巡航装置和加速装置的单位时间燃料消耗量决定，联合动力装置耗油率与联合动力装置的单位质量一样，在全工况时，其燃料消耗率不仅与巡航装置和加速装置的耗油率有关，而且，还与联合动力装置的功率比有关，功率比的大小直接影响联合动力装置的经济性。

全舰中，针对非动力装置的燃料消耗一般都计入基本装置——巡航装置的燃料消耗中。目前，作为加速装置的燃气轮机装置，其全工况燃料消耗率随功率的不同而有很大的差异。加速装置的耗油率一般均大于巡航装置的耗油率，与柴油机装置相比，油耗会明显更高，与汽轮机装置相比，两者则比较接近，甚至还可能小一些。联合动力装置耗油率与功率比的关系，其性质不同于单位质量与功率比的关系，通常联合动力装置的耗油率总是大于巡航装置的耗油率。

5 联合动力装置的未来发展方向

根据以上所阐明的各种类型动力装置性能和优缺点以及目前世界上各种舰船采用的动力装置概况来看，军用船舶和民用船舶的动力装置沿着不同的方向发展，有如下特点：

1）对于民用船舶，近年来由于油价上涨，燃料费用所占营运费用的比例愈来愈大，船舶动力装置的发展就自然地集中在节约能源这一课题上，千方百计地降低营运费用。以往采用柴油机动力装置的中、小型船舶，以及现在或将来的中、小型船舶，毫无疑问，柴油机动力装置仍占绝对优势。对于大型船舶和高速船舶，通常指200 000 t 以上和20 000 kW 以上的船舶，以往多采用汽轮机动力装置。时至今日，柴油机动力装置也已在该领域得到了发展，已有一定数量的柴油机船舶投入航运。如日本和德国仍认为大功率动力装置中，汽轮机装置仍占优势。虽然汽轮机装置的燃料费用高于柴油机装置，但是，动力装置总质量、占机舱长度及吊缸高度仍优于柴油机装置。但是，近年来，柴油机的经济性迅速提高，成为柴油机发展史上一个新的里程碑。柴油机在经济性方面明显领先于汽轮机装置，今后在大型和高速船舶中柴油机装置和汽轮机装置将展开剧烈的竞争。

2）军用船舶不同于一般商船，其着眼点并非降低营运费用或最大的盈利值，而是设法提高战术技术性能。综合考虑武器、电子设备、动力装置、续航力及居住性在各种舰艇中的地位和相互关系。由于各国的设计思想不同，设计重点的优先次序是不同的，如俄罗斯根据使命任务，要求具有更大的攻击能力，其优先次序是武器，动力装置、电子设备，续航力、居住性[16]。而美国的水面舰艇必须满足对快速航空母舰特混编队进行全球护航的要求，其设计重点的优先次序为是电子设备、居住性、续航力，武器、动力装置。因此，俄罗斯水面舰艇的战术航速高于美国，而战略航速及续航力则低于美国。不管各国通过什么途经来提高战术技术性能，其焦点归结为排水量的合理分配。所以，舰艇动力装置的质量和尺寸占着重要地位，要确保舰艇一定的续航力，还必须重视巡航工况的经济性。

各类动力装置特点和舰艇的战术技术性能要求，今后有发展前途的（除核动力装置外）主要是两种装置——以高速、中高速柴油机作为推进主机的装置和以航空派生型（或称船用化）燃气轮机为主导的联合动力装置。在小型快速舰艇中前者占压倒优势，而在大、中型水面舰艇上，如护卫舰以上舰船，后者占压倒多数。

6 结语

联合动力装置通常由不同类型的动力装置组成，并可用于平衡水面舰船在巡航工况下高经济性与战时高机动性的需求矛盾，作为一类有着较高性能要求和较好发展前景的动力系统，在舰船技术发展的进程中起着重要作用。为此，针对其开展技术研究与工程试验同样有着深远的意义。