科普：什么是中压直流综合电力系统？

             003航母已经下水，从公开的资料来看肯定是常规动力了，因为出现了排气口（如图），而且确信是有电磁弹射，不过是常规动力，又要上

003航母已经下水，从公开的资料来看肯定是常规动力了，因为出现了排气口（如图），而且确信是有电磁弹射，不过是常规动力，又要上电磁弹射，问题来了，电磁弹射的电哪里来呢？美国已经服役的福特级航母没有采用综合电力系统（即综合全电力推进系统，IEP），但是使用了电磁弹射器，那么其原理是什么呢？

全电推进的原理就是把动力系统和电力系统合二为一，传统的做法是将发动机直接通过传统机构连接螺旋桨，全电推进就是将其改为了发动机和发电机相连，再由发电机带动电动机，即推动螺旋桨前进，同时发电机产生的电力，还要通过舰船电力综合分配系统供给给武器系统，雷达系统使用，相对于传统的推进方式来说，全电推进能够更好地管理能量，提高燃油的经济性和效费比，由于少了复杂的传动机构，具有安装灵活，空间占用小，不受舰体轴系限制的特点，目前使用全电推进的典型舰艇有以下几例：

对于需要使用如电磁弹射器等高能设备的船只来说，全电推进意味着能量可以得到保障，在舰船电气化方面，英国算是比较先进的，那么航母使用电推系统是否可靠？目前，使用综合电力系统的常规动力航母最典型的就是应该的伊丽莎白女王号了，一年前，伊丽莎白女王号曾经在东亚执行过长达8个月的任务，期间不间断与十几个国家进行联合演训，其实最初伊丽莎白女王号有电磁弹射的设计版本，但是由于一些原因最终搁置了。

从伊丽莎白女王号的实际案例可以看出，电推可靠性不比传统动力差，随着科技进步，其一定是未来海军的发展方向。

对于003航母来说，其为常规动力，既然安装了电磁弹射，其一定装上了综合电力系统，而且其用的应该就是我国自主研发的中压直流推进系统，前面提到的英美的舰船均使用的是中压交流推进系统，其应该是整整领先了英美一代。

那么直流电相对于交流电有何优点？首先是整个动力系统体积、重量更小。占用同等空间的情况下可以提供更多的电力，直流电在使用时，不需要额外进行转换，舰艇上很多电气设备均用的直流电，不过其也有缺点，由于大型舰艇管线密集，其在长距离输电时损耗较大，且系统短路保护较为复杂，不过应该在我国科研工作者努力下，这两个问题应该得到了解决。其实中压直流电已经在数个型号的舰艇中使用了，比如

最先开始使用中压直流电系统的“雄程天威1号”风电运维船，排水量600吨，而后是海警1306号执法船，排水量应该在3000吨左右，最大的是“中山大学号”科考实习船，满载排水量应该在6000吨左右，另外中压直流系统据称会在最新的054B型导弹护卫舰上测试，可见中压直流系统，目前只在排水量较小的水面舰艇上有一定应用，如果此次003航母成功运用综合直流推进系统，可以说是中压直流系统的一次重要应用，也是我国军工科技的进步！

在有了较为合理的电力管理系统和精巧的电力分配系统，还是需要一个发动机来驱动电机发电，在这方面英美一般采用燃气轮机，提到唯一一个使用全电推进的伊丽莎白女王号航母，其使用的2台36MW的MT30燃气轮机，每台汽轮机各自拖一台发电功率最高为35MW的GE电机，此外配备若干柴油辅助发动机，这样它的能够发出109MW的电力，那么003航母使用的什么动力源？

从排烟口来看，其应该用的不是燃气轮机，燃气轮机对气排机的要求相对较高，所以伊丽莎白女王号是双舰岛结构，它的两座舰岛之下，各藏有一台燃气轮机，每个燃气轮机都有自己独立的烟道，装了4台燃气轮机的055号驱逐舰亦是如此4台燃气轮机，4根独立的烟囱，此外003和山东号烟囱对比极为相似，以此基本可以判断，003的动力来源为“锅炉+蒸汽轮机”的组合，此外，704所研制成功的20MW级的汽轮发电机验收成功也算是一个佐证。

蒸汽轮机最大的特点就是功率大，可以轻松达到100MW，但是汽轮机用在大型舰艇上，如果再加上全电推进，这可能就会出现两个问题：

1. 热转换效率问题，用汽轮机必须先烧开水，产生高压蒸汽来带动汽轮叶片，再由叶片驱动发电机，这个过程能量转换是化学能→机械能→机械能→电能，而燃气轮机少了一个步骤，直接点火，空气与燃料混合燃烧，吹过叶片，直接带动发电机发电，这样的结构会比蒸汽轮机效率高一些。

2. 蒸汽轮机启动问题，只要是汽轮机，就会有锅炉烧水的这个步骤，这个过程较为缓慢，如果是传统动力结构，电力和动力系统分开，锅炉预热不影响舰艇上面电力系统，蒸汽轮机+全电推进可能会出现，启动时，既不能动也没有电的情况，大鲸级为了解决这个问题，携带了大量的锂电池，但是核动力航母虽然也是蒸汽轮机，例如福特级携带了4台26MW的汽轮发电机，但是核动力蒸汽轮机基本不会停止，目前常规动力没有使用蒸汽轮机的例子，但是以前的舰船有，出现了一些问题。

比如二战时，美国的列克星敦级舰队航母，它总共有16台锅炉，带动4台大汽轮机和6台小汽轮机，其中4个大的用于推进器的电机发电，小的给舰用设备发电，也就是两套系统，两套系统要求电压也不同，出现的问题是，舰艇上设备超过负荷的时候，无法从主轮机引电使用，也无法将辅助电机的余电并入推进器从而加大航速，并不符合现代电推“集中发电，统一配电”的要求，所以虽然列克星敦是电航母，但不是全电推进的航母，由于当时舰船上电路抗损性较差，动力可靠性不如机械驱动的战舰，大型减速齿轮普及以后，NAVY直接使用蒸汽轮机驱动螺旋桨。

所以“蒸汽轮机+全电推进”可能会有这些问题，所以预计003航母会增加冗余的锅炉和发电设备，这应该算是技术进步中的一个小小的妥协，但是003航母的问世说明了，中国在大型航母的建造上取得的突飞猛进的进展，作为中国真正意义上自主研发的第一艘大型航母，它应该更多的是为后续舰艇的成熟打下坚实的基础，祝愿航母事业越来越好！

马伟明院士和朱英富院士联合签名镇楼！