時志剛，劉嘯波

(1.中國船舶重工集團公司，北京 100097;2.中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100192)

世界艦船柴油機技術發(fā)展回顧與展望

時志剛1，劉嘯波2

(1.中國船舶重工集團公司，北京 100097;2.中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100192)

闡述了柴油機在艦船動力裝備中的重要地位，總結了世界艦船柴油機技術發(fā)展情況，并對未來艦船柴油機技術發(fā)展方向進行了展望，提出了國內艦船柴油機技術“十二五”發(fā)展重點。

艦船動力;艦船柴油機

0 引言

艦船動力裝置作為艦船的心臟，其技術發(fā)展水平直接反應了海軍艦船發(fā)展水平。從世界各國艦船發(fā)展情況看，柴油機因具有功率覆蓋范圍寬、效率高、能耗低等優(yōu)點，在中小型艦船動力裝置中占主導地位。據(jù)有關資料顯示，在國外艦船中，排水量在500 t以下的高速艇，常用柴油機做主推進動力;500～4 000 t之間的艦船，柴油機作為主動力有著極強的競爭力;而4 000 t以上的大型艦船，柴油機—燃氣輪機聯(lián)合推進動力裝置也占有重要地位。近年來，隨著計算機、電子、信息等技術的快速發(fā)展，艦船柴油機技術也迎來新的發(fā)展方向。

1 世界柴油機技術發(fā)展回顧

1.1 世界主要艦船柴油機公司及產品

世界艦船柴油機主要以大功率高速柴油機為主，隨著艦船向大型化發(fā)展，越來越多的大功率中速柴油機被選作艦船主機。目前，國外生產艦船柴油機的公司主要有 MTU、SEMT、MAN、瓦錫蘭、卡特彼勒、道依茨(Deutz)和新瀉動力(Niigata)等。

當前，國外艦船柴油機均為四沖程機，缸徑160～280 mm，轉速1 000～2 100 r/min，單缸功率140～450 kW，單機功率最高達9 000 kW。表1列出了國外幾種典型機型的主要技術參數(shù)表，其中強化指標最高達到38 MPa·m/s，高速機MTU大修期9 000～24 000 h，中速機MAN28/33D大修期32 000 h。

表1 國外幾種典型艦船柴油機機型的主要技術參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of several types of foreign typical warship diesels

1.2 世界艦船柴油機技術發(fā)展歷程

自20世紀80年代以來，世界柴油機技術飛速發(fā)展，現(xiàn)代柴油機已達到很高的技術水平，艦船用柴油機具有熱效率高、全工況范圍內油耗低、功率和轉速范圍廣、有較低的功率體積比和功率質量比、空氣耗量少、排溫較低等優(yōu)點，中速機與高速機技術趨向基本相同。世界艦船柴油機主要技術指標和特點發(fā)展情況如表2所示，總結起來表現(xiàn)為4個“提高”和1個“縮短”。

1)功率密度不斷提高

柴油機強化指標是反映功率密度的重要指標。隨著柴油機技術的不斷進步，柴油機強化指標已邁上3個臺階:20世紀80年代中期由20提高到24，90年代中期提高至28，21世紀初提高到32。

表2 國外艦船柴油機技術發(fā)展歷程Tab.2 History of the development of foreign warship diesel engines

2)可靠性不斷提高

耐久性和可靠性是衡量艦用柴油機實際效用的綜合性指標。世界主要柴油機公司采取各種技術措施，來提高柴油機的使用壽命和可靠性。到21世紀初，主要柴油機產品大修期較90年代中期延長了1倍。

3)智能化水平不斷提高

隨著電子、信息技術的發(fā)展，柴油機技術也逐步朝著智能化、自動化方向發(fā)展。相繼增壓技術、電控高壓燃油噴射技術、電子調速器等的應用，實現(xiàn)了柴油機供油、啟動等的全電子控制，有利于實現(xiàn)柴油機全工況高效運行，降低柴油機全壽命周期費用。

4)模塊化程度不斷提高

正如世界船用配套設備朝著“系統(tǒng)集成”、“模塊化”等概念方向發(fā)展，世界艦船柴油機在總體優(yōu)化的基礎上，普遍采用模塊化設計技術，將整機劃分為動力、冷卻、潤滑、維修保養(yǎng)、功率輸出等模塊，整機零部件數(shù)量減少40%左右，便于組織生產、維修服務和系列開發(fā)。

5)研制周期大幅縮短

隨著先進計算機技術和設計軟件的應用，尤其是虛擬設計和制造技術的不斷成熟，在積累了大量設計經驗和數(shù)據(jù)的基礎上，世界先進柴油機企業(yè)的產品研制周期大幅縮短，整機開發(fā)時間由原來的10年左右，縮短至3～4年。

2 世界艦船柴油機技術發(fā)展展望

隨著世界海軍對艦船機動性、續(xù)航力、高可靠性、高隱蔽性、低排放等性能要求的不斷提高，艦船柴油機技術將會朝著以下幾個方面發(fā)展:

1)功率密度進一步提高，適應性和集成水平不斷增強

隨著艦船噸位和航速的提高，柴油機單機功率正朝著9 000～10 000 kW發(fā)展。為此，艦用柴油機汽缸直徑將會有所增大，強化指標將達到40 MPa·m/s，最大燃燒壓力將達28 MPa。同時，除整機主要技術指標大幅提高外，其在各種工況下的適應性也要進一步提高。柴油機總體結構將進一步簡化，模塊化程度進一步提高，并朝著集成化方向發(fā)展。隨著全電力推進發(fā)電模塊的需求，預計未來15～20年，國外艦船柴油機的總體集成技術會有新的突破，柴油機設計研發(fā)將邁上新的臺階。同時，國外有關柴油機公司預測未來柴油機的技術指標將進一步提高，如圖1所示。

圖1 國外有關機構預測柴油機技術指標發(fā)展趨勢Fig.1 Foreign agencies'prediction on the development of technical parameters of diesel engines

2)虛擬技術將在柴油機開發(fā)中得到廣泛應用

近年來，計算機技術、網絡技術、信息技術的飛速發(fā)展，使虛擬技術逐漸被用于艦船柴油機的研發(fā)。隨著虛擬技術的不斷發(fā)展和成熟，其將被用于柴油機設計、制造、裝配、試驗和維修的全過程。應用預測設計、電子樣機、模擬試驗及虛擬制造等技術，在計算機上進行柴油機設計、研究和試驗，將大大縮短研發(fā)周期，降低開發(fā)成本，對柴油機技術發(fā)展產生深遠影響。

3)智能型柴油機將大量裝艦

2001年，世界首臺智能機RT－flex58機開發(fā)成功，標志著柴油機將步入全電子控制時代。與傳統(tǒng)機械式柴油機相比，智能機具備效率高、自動化水平高等諸多優(yōu)點，其在海軍艦船的應用推廣將只是時間問題。

4)可靠性和戰(zhàn)術性能將進一步提高

艦船柴油機動力裝置的可靠性和戰(zhàn)術性能對艦船動力裝置至關重要，這也是艦船柴油機今后技術發(fā)展的重點。通過柴油機部件及系統(tǒng)模塊化設計、高增壓技術的應用、全電子控制技術、隱身技術和低排放技術的進一步發(fā)展，艦用柴油機的平均無故障時間和大修期將進一步延長，啟動、加速、減振降噪等戰(zhàn)術性能也將進一步提高。

3 結語

從國外艦船柴油機技術發(fā)展歷程及表現(xiàn)出的趨勢來看，“十二五”期間我國艦船柴油機行業(yè)應重點發(fā)展“大功率，高可靠性、智能化以及虛擬設計制造”技術，為我國海軍提供優(yōu)良的柴油機動力裝備。

［1］陳新傳，陳華清，安衛(wèi).國外艦用柴油機的發(fā)展及啟示［J］.柴油機，2003，(6):6 －9.

CHEN Xin-zhuan，CHEN Hua-qing，AN Wei.Progression of oversea marine diesel engines and its enlightenment［J］.Diesel Engine，2003，(6):6 －9.

［2］吳金源，唐小亞.國外艦船柴油機技術展望［J］.柴油機，2005，(2):1 －3，23.

WU Jin-yuan，TANG Xiao-ya.Prospect for foreign vessel diesel engine technology［J］.Diesel Engine，2005，(2):1－3，23.

［3］杜劍維，湯建華，李南.國外艦船動力裝置技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.艦船科學技術，2010，32(8):13 －19.

DU Jian-wei，TANG Jian-hua，LI Nan.Study on the development status and trend of foreign marine power plant technology［J］.Ship Science and Technology，2010，32(8):13－19.

［4］Diesel engines for naval applications［N］.www.pielstick.com/navy/products.Htm.

［5］MTU Series 8000 Background Information［EB/OL］.www.mtu-online.com/en/press/pressrepo/press，1355.

［6］HTS-THE FutureofNavyMotors［EB/OL］.www.defensetech.org.

Retrospect and expectation of the world warship diesel engine development

SHI Zhi-gang1，LIU Xiao-bo2
(1.China Shipbuilding Industry Corporation，Beijing 100097，China;2.The 714 Research Institute of CSIC，Beijing 100192，China)

The article illustrates the importance of the position of diesel engines in marine propulsion，summaries the development of the world warship diesel engine as well as the prospect of the development trend，and gives the key points of the Twelfth-Five Year Plan in the field of the development of domestic diesel engines.

warship propulsion;warship diesel engine

U664.121

A

1672－7649(2012)03－0137－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.03.032

2011－12－08

時志剛(1968－)，男，研究員，主要從事艦船動力管理。