0 引　言

舰艇动力装备是为舰艇推进、电力系统和辅助机电设备提供能量的设备统称，其核心是原动机。依据原动机不同，传统的舰艇常规动力装备主要包括燃气轮机、柴油机、汽轮机等形式。综合电力系统将传统的机械推进变为电力推进，实现了舰艇推进和电力系统能量的综合管理与利用；不依赖空气动力系统（简称AIP）作为一种能够满足潜艇长距离潜航的常规动力，特别受到区域海军强国的重视。动力装备是保障舰艇航行机动和安全的关键，是舰艇的“心脏”，其性能优劣直接影响舰艇的综合性能和作战能力。特别是在目前军事斗争态势愈加复杂、深远海任务愈加常态、装备战场环境愈加多样、海上综合保障愈加困难、新质作战力量不断涌现的形势下，动力装备作为舰艇有效遂行作战任务的核心基础，必须不断提升综合效能，其发展直接关乎强军目标实现和转型建设全局。

1 现状与主要问题 1.1 国外发展

动力装备技术是武器装备的重要标志，纵观国内外舰艇装备发展历史，舰艇平台的换代发展无不是以先进动力为基础的。舰艇动力装备具有多学科交叉、技术集成度高、系统性强等特点，极大地依赖国家的工业基础，代表了一个国家的工业水平。以燃气轮机为代表的舰艇动力装备，更是被誉为现代工业皇冠上的明珠。随着新材料、新能源和电子、信息技术的发展，为舰艇动力装备的发展提供了内在发展动力。

自21世纪初，舰艇常规动力装备正呈现加速发展趋势，美、英、德等制造强国，新机型不断推出，技术水平不断提高，正加速向大功率、高功率密度、高效率、高可靠性、智能化方向发展。在燃气轮机方面^[1-2]，英美推出了MT-30，LM2500+G4，MT-7等先进机型，建立了相对完善的舰艇燃气轮机装备体系。其中，大功率燃气轮机功率达到40 MW以上、效率达到40%以上，小功率燃气轮机效率达到34%以上。在柴油机方面^[3]，德国已停止生产并逐渐淘汰MTU396，956和620柴油机，停止PA6系列柴油机的技术发展，相继推出了MTU4000，MTU8000，PA6BSTC等先进机型。目前，正在向高功率密度、智能化、模块化、长寿命和低油耗方向发展。在汽轮机装置方面^[4]，常规蒸汽动力基本上不再发展，与核动力配套的汽轮机装置日益受到重视。美国“福特”级核动力航母和“弗吉尼亚”级核潜艇分别代表了航母和核潜艇汽轮机装置的先进水平，单机功率分别达到50 MW和36 MW，集成化和低噪声程度不断提高。在综合电力系统方面^[5]，已突破一代中压交流综合电力系统技术，采用中压交流电制，发电模块和推进模块均达到40 兆瓦级，实现了在英国45型驱逐舰、CVF航母和美国DDG1000驱逐舰等主战舰艇的应用。为提高功率密度和总体适装性，正在开展高速先进集成发电、中压直流电网、永磁推进电机、高温超导推进电机、基于碳化硅功率器件的变频调速等技术攻关。在AIP与动力电池方面^[6]，热气机AIP在日本、荷兰等国常规潜艇上批量应用；燃料电池AIP在德国212和214潜艇上已批量应用，并出口到多个国家；锂离子动力电池AIP已在日本常规潜艇上交付使用，成为各国海军研究热点，电堆工作寿命已提高到2万小时。在推进与传动装置方面^[7]，水面舰艇仍以机械推进为主，主要采用全燃、柴燃和柴电燃并车装置和双分支并车装置，最大功率达到50 MW，多数配置调距桨，微调桨和吊舱等也开始在综合电力推进舰艇上应用；核潜艇主要采用单输入行星齿轮减速器，普遍采取整体浮筏减振设计，发展趋势是采用汽轮机电力推进。

1.2 国内现状

我国舰艇常规动力装备的发展始于20世纪50年代从苏联引进的42-160、轻180、Z39、重180等柴油机及第1代驱逐舰汽轮机装置，后续又在此基础上发展出舰用390柴油机，这些装满目前已停止生产，逐步退役。20世纪80、90年代又陆续从德、法、乌引进了“4个6”柴油机和UGT25000燃气轮机，并自主研制了热气机和小档燃气轮机^[8]。从“十二五”开始，在国家的大力支持下，已启动新一代舰艇动力的研制，并取得阶段性进展。典型标志是新一代燃气轮机和综合电力系统等核心动力装备关键技术相继取得突破。

同时，我国舰艇常规动力设计研发体系及保障条件，经过多年发展，特别是“十一五”以来，通过相关项目及配套保障条件建设的持续投入，已经初步建立了研发设计平台，基本形成了相应的设计流程、规范和数据库，建立了部分整机、零部件的性能试验和可靠性试验验证平台，自主研发能力得到显著提升，为相关装备的研制提供了有力支撑。表1展示了国内外动力装备发展现状的对比。

1.3 主要差距

经过几代人的艰苦努力，我国舰艇常规动力从无到有，不断缩短与国外先进水平的差距，取得了巨大的发展成就，基本满足了现役装备需求。但由于我国工业基础相对薄弱，历史欠账较多，舰艇常规动力技术水平与世界一流海军仍然存在一定差距。主要包括：1）型号体系不完整，存在“小马拉大车”问题，目前，常规动力装备功率覆盖面相对较窄，存在缺项短板。2）性能指标相对落后，质量与可靠性有待提高。随着用装强度的增加，可靠性问题逐步显现，质量问题时有发生。3）自主设计经验不足，自主研发体系还不完善。目前已初步建立了自主研发体系，但基础仍较薄弱，还没有形成完善的标准规范体系，缺乏完整的数据库。4）基础研究投入不足，保障条件存在短板弱项。对难度高、周期长的核心元器件、关键工艺等基础性研究重视不够。5）重装备研制轻修理保障，综合保障体系尚不健全。通用质量特性考核指标不够刚性，对装备全寿期综合保障工作缺乏统筹考虑，装备修理线和修理标准体系建设相对滞后。

2 装备体系分析

舰艇常规动力装备作为实现海军有效遂行军事任务的重要基础，必须尽快适应新要求、新形势、新特点，不断提高综合效能。需要统筹各类舰艇的建设需求，通过构建与海军发展战略和本国国情相适应，相对完整的动力装备体系，实现动力装备的梯次更新，以满足不同平台的多样化发展。

2.1 结构体系

由于舰艇平台种类多，各平台类型和使命任务不同，对动力的需求差异较大，技术要求各有侧重，很难用一种动力装备满足所有舰艇的需求。这就需要建立与舰艇装备相匹配、满足各型舰艇需求的动力装备结构体系。在这个体系中，既有特点各不相同、不可相互替代的原动机，如燃气轮机、柴油机、汽轮机装置、AIP与动力电池，又有将推进系统和电力系统合二为一、实现全舰能量综合利用的综合电力系统，还有连接主机与推进装置的传动装置。

经过近70年的建设发展，我国舰艇常规动力装备从无到有，走过了一条艰辛的发展道路，特别是近30年，装备体系已见雏形，未来需要结合新一代舰艇的发展进一步补充完善。其中，燃气轮机具有单机功率与功率密度大、机动性好的特点，应以支撑先进驱逐舰、两栖攻击舰、两栖登陆舰艇等大中型水面舰艇的发展为建设需求。柴油机具有功率覆盖面宽、环境适应性强、经济性好的特点，应以支撑各型驱逐舰、护卫舰、无人船等中小型舰艇及军辅船的发展为建设需求。汽轮机装置具有单机功率大、使用寿命长的特点，应以支撑大型水面舰船及核潜艇等装备的发展为建设需求。综合电力系统具有系统能量综合利用、模块化程度高、设备布置灵活的特点，应以支撑新一代驱逐舰、护卫舰、潜艇、无人船等各类舰艇的发展为建设需求。热气机AIP和锂离子动力电池具有水下工作不依赖空气、振动噪声相对较小的特点，应以支撑常规潜艇的发展为建设需求。推进与传动装置具有与原动机及平台适配性要求高、型式复杂多样的特点，应匹配原动机发展，以支撑各型舰艇的发展需求。

2.2 技术体系

动力技术是舰艇动力装备的核心与基础，是舰艇装备技术进步的关键。任何舰艇动力装备的发展与进步，都是以技术进步为主要特征的。由于舰艇动力技术具有研发周期长、技术难度大、多学科交叉、对国家工业技术基础依赖性强等特点，需要基于装备结构体系，对标建设需求和短板弱项，对其技术体系进行凝练和梳理，见表2。

在燃气轮机方面，关键技术主要包括高温材料、热障涂层等先进材料与工艺技术，高效压气机三维流体设计、高效涡轮优化、高效燃烧流体传热等高效部件优化设计技术，高温热端部件先进冷却、转子和叶片振动特性控制等系统优化设计技术，回热、再热、间冷等先进循环技术等。在柴油机方面，主要包括总体结构与动力单元模块化设计、活塞/气缸套/活塞环匹配等总体优化设计技术，燃油雾化与进气组织、燃烧室优化设计、缸内流/固/热耦合分析等高效燃烧技术，高压比大流量高效增压器设计及制造等高效增压技术，高压喷油泵、电控喷油器、大流量高速电磁阀等高压共轨燃油喷射技术，高强载长寿命轴瓦、轻型长寿命曲轴等关键部件设计制造技术，智能诊断、安全保护等智能控制与健康管理技术等。在汽轮机装置方面，主要包括大功率汽轮机冷凝器与船体共形设计、机组声学综合控制等系统匹配与声学控制技术，高转速全工况低噪声发电用汽轮机设计、汽轮发电机组机-电-液结构融合高功率密度设计技术等汽轮机优化设计技术等。在综合电力系统方面，主要包括大功率永磁发电、大容量高速电磁轴承等发电技术，中压断路器、智能化配电板等配电技术，大容量逆变器虚拟同步发电机控制、SiC器件建模组件集成等变电技术，低振动高效永磁驱动、高温超导推进电机等推进技术，中压混合型超级电容系统设计等储能技术，能量功率优化适配与智能调配、高可靠分布式协同调控等监控与管理技术等。在AIP与动力电池方面，主要包括减振降噪、排气残氧回收等热气机本体及系统设计优化技术，模块一致性与安全性、电池模块环境适应性等锂离子动力电池单体及模块设计技术等。在推进与传动装置方面，主要包括高转速高功率密度轻型齿轮传动装置、大功率吊舱推进器等优化设计与制造技术，大功率双分支联合齿轮传动装置振动噪声抑制、低噪声高效率紧凑型回转舵桨设计等噪声控制技术，低噪声新材料传动元部件、大扭矩大位移补偿后传动、新型轻量化联轴器等传动元件设计关键技术。

3 发展设想

舰艇常规动力装备的发展应以满足转型建设对舰艇装备的需求为牵引，以加快构建新一代动力装备体系为目标，坚持“顶层规划、动力先行、自主创新、协同发展”的原则，瞄准世界先进动力发展方向，按照“填补空白、弥补短板”的思路，统筹发展制约装备的原动机技术和促进跨越发展的综合电力技术，大力推进自主研发体系建设，持续跟踪新型动力技术，分阶段、有步骤地实施装备的更新换代。

1）应充分考虑舰艇装备发展需求和国内基础，合理规划各类动力装备谱系，实现各型动力装备的协调发展。2）应充分认清动力装备研制周期长、研制难度大的特点，坚持动力先行，不断促进动力装备与舰艇装备的协调发展。3）应坚持创新的发展道路，立足国内基础，积极借鉴、移植、吸收民用领域成熟经验和技术，通过引入有实力的非传统舰艇动力行业单位，丰富竞争主体，强化分层次、分阶段、分类型竞争，化解动力装备研制风险、降低研制成本、提高装备质量。同时，应加快研发体系的构建与完善，在已建成的初步研发体系的基础上，建立健全相应标准规范体系，进一步健全相关保障条件，特别是加快建设实际运行环境下大型机电设备的试验验证平台，以及核心关键零部件的可靠性考核试验平台等，为装备的试验鉴定、使用和维修保障等提供有效支撑。

4 结　语

本文综述分析了国内外舰艇常规动力装备发展的现状和主要差距，在此基础上构建了常规动力装备的结构体系和技术体系，并对后续发展进行了讨论。总的来说，为满足装备发展需求，缩小与国外先进动力技术的差距，需进一步加强常规动力装备的体系化发展，强化顶层牵引、推进动力先行、夯实研发基础、创新发展模式，针对短板弱项，有针对的改进提升，尽快转变被动追随的现状，实现创新引领，最终形成种类齐全、谱系合理、精干顶用的新一代舰艇常规动力装备体系。