伍賽特

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司， 上海 200438）

引言

用于驅(qū)動(dòng)艦船的燃?xì)廨啓C(jī)通常采用雙軸或三軸的結(jié)構(gòu)型式[1]。其中，由改進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成的燃?xì)獍l(fā)生器與串接在后方的動(dòng)力渦輪通常以氣動(dòng)方式相連接[2]。同柴油機(jī)等動(dòng)力裝置相似，燃?xì)廨啓C(jī)也會(huì)配備所有運(yùn)行時(shí)所必備的輔助設(shè)備，以此可用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳、發(fā)電機(jī)、空氣及燃?xì)鈮簹鈾C(jī)或泵等其他設(shè)備。

1 艦用燃?xì)廨啓C(jī)及其循環(huán)過(guò)程

內(nèi)燃機(jī)在同一個(gè)缸內(nèi)不斷重復(fù)熱力循環(huán)過(guò)程，并以此調(diào)整溫度，使平均溫度不至過(guò)高而損壞零部件，而燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)的循環(huán)過(guò)程會(huì)相應(yīng)在該裝置的各個(gè)部件內(nèi)同時(shí)進(jìn)行：在壓氣機(jī)內(nèi)進(jìn)行壓縮，在燃燒室內(nèi)燃燒，在渦輪內(nèi)進(jìn)行膨脹。

燃?xì)廨啓C(jī)的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：其功率密度高、質(zhì)量輕、體積小、工作時(shí)振幅較低。同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)還可以通過(guò)配備回?zé)崞骷吧崞鞯葘Ｓ醚b置以優(yōu)化整機(jī)性能。其弊端在于：在機(jī)組運(yùn)行時(shí)的最高溫度范圍內(nèi)，必須維持燃燒室、渦輪等設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行。為此必須采用如鎳合金等高品質(zhì)合金材料制造長(zhǎng)期承受高溫氣體沖刷的部件，為此必須采用一套完善、有效的冷卻方法。當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展的水平限制了其所能達(dá)到的最高溫度，而其最高溫度恰好為影響單位功率和效率的一項(xiàng)重要因素。

以陸地發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置為例，其技術(shù)水平的優(yōu)劣一定程度上可通過(guò)其經(jīng)濟(jì)性來(lái)進(jìn)行評(píng)估。換言之，可根據(jù)其單位發(fā)電成本價(jià)格、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行性能和維修性能來(lái)判定某臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)裝置是否適用于當(dāng)前的發(fā)電要求。相對(duì)于陸地發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)而言，艦用燃?xì)廨啓C(jī)更注重其比功率、質(zhì)量、體積和操縱性等技術(shù)指標(biāo)。

與柴油機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)由于受氣體溫度的限制，一定程度上影響了其經(jīng)濟(jì)性的提升，并限制了其在民用船舶領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管如此，對(duì)于部分要求動(dòng)力裝置動(dòng)力性強(qiáng)、體積小、質(zhì)量小、起動(dòng)快、操縱性好、維修簡(jiǎn)便的船舶而言，燃?xì)廨啓C(jī)則有著更好的應(yīng)用前景。

如上文所述，燃?xì)廨啓C(jī)更適用于巡洋艦、驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦、巡邏艇、登陸艇等軍用艦艇及部分高性能船舶（如水翼艇、氣墊船等）[3]。通過(guò)持續(xù)提高循環(huán)參數(shù)并采用復(fù)雜循環(huán)，燃?xì)廨啓C(jī)的效率已逐步接近柴油機(jī)，特別是在一些具有較高動(dòng)力性要求的船舶上，燃?xì)廨啓C(jī)更具競(jìng)爭(zhēng)力。因此，除了軍用艦艇之外，越來(lái)越多的快速渡船、快速貨輪業(yè)配裝了燃?xì)廨啓C(jī)。

與柴油機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)功率密度更高，排放性更佳，目前也有越來(lái)越多的民用船舶開(kāi)始使用燃?xì)廨啓C(jī)。以聯(lián)合動(dòng)力裝置為例，艦船在戰(zhàn)時(shí)所需的最高功率比巡航工況時(shí)的功率通常要高出數(shù)倍。為此，可進(jìn)行如下設(shè)置，艦船在巡航工況時(shí)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，而在戰(zhàn)時(shí)要求的最高功率則由燃?xì)廨啓C(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，或者也可由燃?xì)廨啓C(jī)與柴油機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。

不僅如此，還可分別配裝低功率燃?xì)廨啓C(jī)和高功率燃?xì)廨啓C(jī)，通過(guò)減速齒輪傳動(dòng)到軸上。前者用于巡航工況，后者用于戰(zhàn)時(shí)的高機(jī)動(dòng)工況。此外，還可以將燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)與電動(dòng)機(jī)組合成一電一燃聯(lián)合推進(jìn)裝置。

2 艦用燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)前存在的主要技術(shù)問(wèn)題

燃?xì)廨啓C(jī)雖然有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是依然存在一定弊端，現(xiàn)有艦用燃?xì)廨啓C(jī)主要存在下列問(wèn)題：

2.1 油耗率較高，特別是變工況的經(jīng)濟(jì)性較差

現(xiàn)有的艦用燃?xì)廨啓C(jī)的油耗率通常比中速柴油機(jī)的油耗率更高.其主要原因是：一方面因受到材料和冷卻技術(shù)的限制，不能選用過(guò)高的燃?xì)獬鯗兀涣硪环矫媾艢鉁囟冗^(guò)高，造成較大的余熱損失。

艦用燃?xì)廨啓C(jī)的變工況經(jīng)濟(jì)性較差，使得艦船續(xù)航力明顯下降。一般軍用艦艇以20%～40%的總功率巡航，民用船舶通常以85%～90%的總功率航行，可見(jiàn)變工況的經(jīng)濟(jì)性對(duì)艦船而言有著較高重要性。燃?xì)廨啓C(jī)變工況經(jīng)濟(jì)性較差的原因：其一是壓氣機(jī)在變工況時(shí)性能惡化[4]，其二是燃?xì)獬鯗卦诘拓?fù)荷時(shí)也會(huì)出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。

2.2 艦用燃?xì)廨啓C(jī)的壽命及翻修周期較短

現(xiàn)有艦用燃?xì)廨啓C(jī)的壽命明顯短于艦用汽輪機(jī)的壽命，艦用燃?xì)廨啓C(jī)的壽命較短是由于逐步提升的燃?xì)獬鯗?，以及高溫?zé)岣g等現(xiàn)象所致。

2.3 艦用燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)、排氣道尺寸過(guò)大

由于燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)排氣壓力低、流量大，由此使得進(jìn)排氣道尺寸過(guò)大。這不僅過(guò)多地占用艦船的寶貴容積，而且在甲板上過(guò)大的開(kāi)口，將引起艦船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低[5]。

2.4 艦用燃?xì)廨啓C(jī)的倒車、傳動(dòng)裝置較復(fù)雜

現(xiàn)有的艦用燃?xì)廨啓C(jī)自身無(wú)法實(shí)現(xiàn)倒車，全燃推進(jìn)的艦船倒車廣泛采用倒車齒輪箱或變螺距槳，其構(gòu)造和控制均較復(fù)雜[6]。

3 艦用燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展歷程

3.1 基于艦用燃?xì)廨啓C(jī)的部件特征分析其發(fā)展歷程

若將氣體膨脹時(shí)產(chǎn)生的功率分別施加在壓氣機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪軸和動(dòng)力渦輪軸上，則可有效改善壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速與動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速無(wú)法進(jìn)行充分耦合的現(xiàn)象。與此相反的情況是，如果通過(guò)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，那么在部分負(fù)荷及相對(duì)較慢的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速情況下，渦輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)的壓縮比會(huì)迅速下降，使壓氣機(jī)中的氣體溫度過(guò)高，甚至可能超過(guò)額定值，并使得渦輪熱負(fù)荷過(guò)高，以此會(huì)破壞壓氣機(jī)的功率平衡狀態(tài)。

在部分負(fù)荷工況下的工作曲線更接近于喘振界限，從而燃?xì)廨啓C(jī)只能在較低的部分負(fù)荷工況下運(yùn)行或處于不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。特別是在作戰(zhàn)工況下負(fù)荷快速變化時(shí)，為了提高壓氣機(jī)組的功率和速度，必須持續(xù)提升工質(zhì)的溫度。

3.2 基于艦用燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行過(guò)程及可靠性等相關(guān)問(wèn)題分析其發(fā)展歷程

一般而言，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的液體中通常含有雜質(zhì)微粒、煤屑微粒及鹽微粒等物質(zhì)。在壓氣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著機(jī)內(nèi)溫度的持續(xù)上升，這些微粒會(huì)逐步黏附在葉片表面。葉型粗糙的表面會(huì)導(dǎo)致較高的摩擦損耗，葉片的振動(dòng)增加了其開(kāi)裂的可能性及壓氣機(jī)所承受的機(jī)械負(fù)荷，所以要求對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行定期清洗。清洗時(shí)，可在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行高負(fù)荷運(yùn)行并停機(jī)后，通過(guò)起動(dòng)裝置使其達(dá)到清洗轉(zhuǎn)速，同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)軸，通過(guò)上方的噴嘴以較大的角度噴射清潔用水和清潔劑對(duì)葉片組進(jìn)行清洗。

同時(shí)，動(dòng)力推進(jìn)設(shè)備會(huì)面臨著自然損耗，而燃?xì)廨啓C(jī)裝置的部件對(duì)工況變化較為敏感。除了燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置會(huì)受到污染之外，還會(huì)產(chǎn)生腐蝕、氧化、磨蝕、以及其他原因造成的磨損。其他原因造成的磨損可能是由于葉片爆裂、燃燒室過(guò)熱、噴嘴故障、點(diǎn)火電壓下降或者在滾動(dòng)軸承上岀現(xiàn)磨損。通?？衫幂o助系統(tǒng)如燃料系統(tǒng)或者控制系統(tǒng)來(lái)使設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可采用多種起動(dòng)方式，并儲(chǔ)備一定數(shù)量的備用零件，以此將系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間限制在一定范圍內(nèi)。

從歷史發(fā)展而言，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與艦用燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置的發(fā)展有著緊密聯(lián)系。雖然艦用燃?xì)廨啓C(jī)從航空發(fā)動(dòng)機(jī)中沿用了諸多先進(jìn)技術(shù)[7]，但其優(yōu)勢(shì)主要是減少了研發(fā)成本。艦用燃?xì)廨啓C(jī)仍需要根據(jù)其自身的特點(diǎn)，以對(duì)相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行額外的匹配及優(yōu)化過(guò)程。

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其較高的動(dòng)力性及可靠性必須基于先進(jìn)的維修保養(yǎng)體系而逐步發(fā)展[8]。源于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)可沿用至艦用燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，并以此優(yōu)化維護(hù)及保養(yǎng)過(guò)程[9]。同時(shí)，可使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)多方位檢測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的各個(gè)部件，以此能迅速地發(fā)現(xiàn)艦用燃?xì)廨啓C(jī)裝置當(dāng)前存在的誤差及其他技術(shù)性問(wèn)題，從而可對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，或基于維護(hù)過(guò)程而進(jìn)行趨勢(shì)分析。

艦用燃?xì)廨啓C(jī)的總使用壽命及耐高溫件和檢修間隔的等效運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，主要取決于過(guò)程溫度、設(shè)備使用的原材料、機(jī)組實(shí)際負(fù)荷、運(yùn)行管理及制造商的經(jīng)驗(yàn)等方面，而且各個(gè)設(shè)備之間的差別較為顯著。一般而言，艦用燃?xì)廨啓C(jī)前幾級(jí)的轉(zhuǎn)子葉片的使用壽命約為48 000～80 000 h。根據(jù)實(shí)際的燃?xì)鉁囟群陀纱水a(chǎn)生的設(shè)備部件溫度及機(jī)械應(yīng)力，并針對(duì)原材料的蠕變和交變的熱應(yīng)力進(jìn)行研究，才能合理推測(cè)出設(shè)備各個(gè)部件的使用壽命。同時(shí)，對(duì)設(shè)備的堅(jiān)固性、使用壽命進(jìn)行計(jì)算和損害分析時(shí)還涉及到了概率分析等領(lǐng)域，其中還考慮到統(tǒng)計(jì)離散，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和限定。

從燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置近年來(lái)的發(fā)展情況可知，包括壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和動(dòng)力渦輪，其技術(shù)水平已得以飛速發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)部件的技術(shù)水平亦得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但在不同的運(yùn)行工況下，其技術(shù)參數(shù)對(duì)此仍有著較高敏感性。燃?xì)廨啓C(jī)未來(lái)的發(fā)展，即為持續(xù)提高各類部件的參數(shù)及可靠性。

3.3 基于艦用燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)分析其發(fā)展歷程

在現(xiàn)代艦用高功率推進(jìn)裝置中，燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期以來(lái)起著重要作用。在過(guò)去，由于燃?xì)廨啓C(jī)裝置的功率高、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、操作性及機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)，以及具有低振動(dòng)等特性，使得其相比柴油機(jī)具有更顯著的優(yōu)勢(shì)，由此其在軍用艦艇上得到了廣泛應(yīng)用。除此以外，燃?xì)廨啓C(jī)目前在民用船舶領(lǐng)域也有一定應(yīng)用，因?yàn)橄啾炔裼蜋C(jī)，其高功率及低排放的特性仍具有更為顯著的優(yōu)勢(shì)。

目前，功率及效率的持續(xù)提升已非制約現(xiàn)階段燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的主要因素。而整機(jī)功率及效率的優(yōu)化可通過(guò)提高壓縮比及燃?xì)馊肟跍囟葋?lái)實(shí)現(xiàn)。在燃燒時(shí)，可采用耐高溫性能更為優(yōu)越的材料和更先進(jìn)的冷卻技術(shù)，來(lái)改善設(shè)備中高溫部件溫度的驟然上升現(xiàn)象。就該方面而言，采用耐熱材料已取得了顯著進(jìn)步，而采用陶瓷部件及全新的冷卻工藝則為燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域的一大飛躍，由此使得燃?xì)廨啓C(jī)裝置已完全達(dá)到了實(shí)用階段。在壓縮比的提升過(guò)程中應(yīng)盡量避免設(shè)備整機(jī)級(jí)數(shù)、質(zhì)量和總長(zhǎng)度的顯著增加。由于機(jī)組內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)速度接近音速甚至?xí)^(guò)音速，葉型設(shè)計(jì)方案必須實(shí)現(xiàn)低損耗的目標(biāo)，并通過(guò)中間冷卻、中間再熱和預(yù)熱等方式來(lái)改善整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)流程，但要求相對(duì)較大的設(shè)備空間。

在艦用燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展過(guò)程中，一定數(shù)量的輔助設(shè)備也是必不可少的。以余熱鍋爐為代表的輔助設(shè)備可使燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣得以充分利用，并產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)，采用該類技術(shù)方案可以使整機(jī)效率達(dá)到約58%。但對(duì)燃燒過(guò)程的要求會(huì)相應(yīng)提升，針對(duì)燃燒過(guò)程及燃燒室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是最主要的技術(shù)環(huán)節(jié)。在燃料消耗方面，可對(duì)艦用燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)展進(jìn)一步優(yōu)化，使其相比柴油機(jī)具有更高的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。不僅可在燃燒室以更高的溫度進(jìn)行燃燒，并使溫度分布更為穩(wěn)定及均勻，而且通過(guò)對(duì)燃料預(yù)熱及燃燒方式的改良可使原本已較低的污染物排放降至最低。不僅如此，通過(guò)降低冷卻空氣含量可使燃燒室內(nèi)分布有充足的可燃混合氣，以此改善燃燒的穩(wěn)定性。

近年來(lái)，艦用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域主要在延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命及降低成本等方面。為此需要對(duì)艦用燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)的成本問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)考慮。由于原材料和燃料價(jià)格持續(xù)上升，設(shè)備及運(yùn)轉(zhuǎn)成本也在相應(yīng)增加。為此，可燃用廉價(jià)的燃料，并為設(shè)備選用更合理的運(yùn)行方式，同時(shí)延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命和檢修周期。

隨著對(duì)整機(jī)動(dòng)力性能要求的與日俱增，燃?xì)獍l(fā)生器僅通過(guò)數(shù)量的增加已無(wú)法滿足該類需求。燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力性能對(duì)高速船舶而言，可謂舉足輕重。對(duì)軍用艦艇而言，速度對(duì)全艦戰(zhàn)斗力也有著重要影響。為此，巡洋艦、高速渡輪和快速貨輪均可采用具有較高功率密度的燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)裝置。同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)也在巡邏艇及氣墊船等高速小型船舶上有所應(yīng)用[10-11]。

對(duì)于大部分民用船舶而言，高速和高功率密度就意味著經(jīng)濟(jì)性更佳，設(shè)備成本更低，而減少燃料消耗成本則為重中之重。如上文所述，燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力性明顯優(yōu)于柴油機(jī)，而可燃用價(jià)廉重油的柴油機(jī)則在經(jīng)濟(jì)性方面具有更顯著的優(yōu)勢(shì)。由于目前軍用艦艇多采用航改型燃?xì)廨啓C(jī)，更傾向于采用柴油、煤油等輕質(zhì)燃油，柴油機(jī)所燃用的重油比其更為廉價(jià)。然而，艦用燃?xì)廨啓C(jī)如果燃用重油，則可能會(huì)使排氣口被重油中的灰塵堵塞。為了避免排氣口被污染物所堵塞，則會(huì)要求相應(yīng)減少冷卻過(guò)程，致使燃?xì)廨啓C(jī)必須在燃?xì)饧安牧蠝囟容^低的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，以此會(huì)大幅降低燃?xì)廨啓C(jī)的效率，降低了其技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。但目前，仍有部分艦用燃?xì)廨啓C(jī)會(huì)采用重油，以此作為代替方案[12-14]。

4 艦用燃?xì)廨啓C(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 采用高初參數(shù)的簡(jiǎn)單熱力循環(huán)，不斷提高燃?xì)獬鯗兀鄳?yīng)地提高壓比

如上文所述，燃?xì)廨啓C(jī)在艦船上得以應(yīng)用時(shí)，主要以航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為母機(jī)，并進(jìn)行艦用化改裝，以此可保證機(jī)組具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，尺寸小、操縱和維修簡(jiǎn)便、起動(dòng)加速性能好等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前，燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗嘏c壓比還將繼續(xù)提高，提高燃?xì)獬鯗氐闹饕k法如下。

4.1.1 發(fā)展先進(jìn)的冷卻技術(shù)

承受燃?xì)鉀_刷的高溫渦輪葉片、輪盤(pán)和燃燒室都需要進(jìn)行冷卻。采用氣膜、發(fā)散等氣冷技術(shù)后[15-16]，可以降溫約數(shù)百攝氏度以上。近年來(lái)氣冷技術(shù)的改善平均每年使燃?xì)獬鯗靥岣呒s數(shù)十?dāng)z氏度，由于壓比也相應(yīng)有所提高，致使壓氣機(jī)出口的空氣溫度同樣有所提高，要以此來(lái)冷卻高溫零件，就須先進(jìn)行冷卻。

4.1.2 研制耐熱性更佳的高強(qiáng)度材料

渦輪轉(zhuǎn)子葉片在高溫高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，葉片材料將遇到熱應(yīng)力、熱疲勞、熱腐蝕和蠕變等嚴(yán)重影響強(qiáng)度和壽命的問(wèn)題。目前主要有兩種解決辦法[17-18]：一種是采用葉片表面保護(hù)層及復(fù)合材料來(lái)提高其抗高溫腐蝕性能，另一種是研制工程陶瓷材料，而且使其具有良好的抗熱性能，目前已在靜葉片和燃燒室的高溫零件上試用。近年來(lái)，隨著高溫材料的發(fā)展及應(yīng)用，平均每年可使燃?xì)獬鯗靥岣邤?shù)十?dāng)z氏度。

4.2 充分利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣熱量以提高機(jī)組的總效率

渦輪較高的排氣溫度會(huì)浪費(fèi)大量的余熱。為了充分利用余熱，可以采用回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置。

4.2.1 采用回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)

利用渦輪高溫排氣加熱進(jìn)入燃燒室的空氣，回收一部分余熱，可顯著提升燃?xì)廨啓C(jī)的效率，采用輕小的回?zé)崞髂苓M(jìn)一步提升效率。

4.2.2 應(yīng)用燃?xì)?蒸汽復(fù)合循環(huán)裝置（COGAS）

利用渦輪排氣的余熱，可在余熱鍋爐內(nèi)產(chǎn)生蒸汽以推動(dòng)汽輪機(jī)，并輸出額外功率[19]，以此可使機(jī)組功率提升，油耗率下降。因此，目前COGAS 裝置不僅在火力發(fā)電領(lǐng)域中得以應(yīng)用，而且在艦船動(dòng)力裝置領(lǐng)域上也有所應(yīng)用。

在艦船上采用COGAS 裝置，在技術(shù)層面上并無(wú)過(guò)多困難，采用現(xiàn)有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)，并可獲得多方面的收益。采用COGAS 循環(huán)的機(jī)組，在變工況時(shí)經(jīng)濟(jì)性可得到明顯改善，這對(duì)艦船用巡航機(jī)組而言，是一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)。

4.3 進(jìn)一步完善燃?xì)廨啓C(jī)各主要部件的性能

軸流式壓氣機(jī)性能好壞是發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵。整機(jī)壓比提高后，應(yīng)改善級(jí)間匹配，采用可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉和雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可使高壓比的壓氣機(jī)仍有較寬的工作范圍。燃?xì)獬鯗氐牟粩嗵岣?，為此必須使高壓渦輪采用更為先進(jìn)的冷卻方法，但強(qiáng)烈的冷卻會(huì)使渦輪效率有所降低。目前在艦用燃?xì)廨啓C(jī)中，隨著壓比的進(jìn)一步提高，全環(huán)形燃燒室是一類重要發(fā)展方向。

4.4 發(fā)展艦船專用小功率巡航燃?xì)廨啓C(jī)

在燃?xì)廨啓C(jī)用于艦船的初始階段，其主要作為加速機(jī)組，而用柴油機(jī)作為低速巡航機(jī)組。隨后，英國(guó)等國(guó)采用COGOG 的裝艦方式，用小功率燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行巡航，大功率燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行加速?？紤]到石油等傳統(tǒng)化石燃料的日漸稀缺，為此也需對(duì)專用小功率巡航機(jī)組開(kāi)展進(jìn)一步研制工作。

4.5 改進(jìn)艦用燃?xì)廨啓C(jī)的倒車技術(shù)

由于燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此當(dāng)其用作艦船動(dòng)力裝置時(shí)，多采用變距螺旋槳或倒車齒輪箱以進(jìn)行倒車，前者過(guò)于復(fù)雜，后者過(guò)于笨重。以行星齒輪減速倒車裝置為代表的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)大功率倒車，并大幅減小整機(jī)尺寸和重量，但摩擦制動(dòng)發(fā)熱的問(wèn)題尚未解決。近年來(lái)的全電推進(jìn)裝置采用電力傳動(dòng)，布置靈活且易于控制，為此有著較好的應(yīng)用前景。

5 結(jié)論與展望

燃?xì)廨啓C(jī)以其較高的動(dòng)力性、較好的機(jī)動(dòng)性、輕小緊湊的尺寸等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前已在軍用艦艇領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。考慮到其經(jīng)濟(jì)性依然有待提升，目前其主要與其他類型的動(dòng)力裝置組成聯(lián)合動(dòng)力裝置，并以其作為加速機(jī)組。除此之外，燃?xì)廨啓C(jī)在部分高性能船舶，如水翼艇及氣墊船上也有一定應(yīng)用。隨著其自身參數(shù)及運(yùn)行性能的不斷優(yōu)化，燃?xì)廨啓C(jī)在軍用艦艇及民用船舶領(lǐng)域仍會(huì)有較好的應(yīng)用前景。