版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
姓名:姚威姓名:姚威班級:電氣112學(xué)號:2011015033電力系統(tǒng)的最新應(yīng)用趨勢—全電力航母姚威(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,西安710032)摘要:本文主要介紹了美國、英國、法國海軍為21世紀(jì)設(shè)計(jì)的綜合全電力推進(jìn)未來各國航母的狀況。主題詞:綜合全電力推進(jìn),航母,電力推進(jìn)系統(tǒng),飛機(jī)電磁彈射系統(tǒng),先進(jìn)飛機(jī)制動系統(tǒng),設(shè)計(jì)Thenewtrendandtheapplicationofelectricpowersystem—anall-electricaircraftcarrierYaoWei(StateKeyLaboratoryofNorthwestagricultureandforestryuniversityofscienceandtechnologyinstituteofwaterconservancyandarchitecturalengineeringXi’an710032,China)Abstract:ThispaperprincipallypresentsthefutureaircraftcarrierswithIntegratedFullElectricpropulsion(IFEP)designedbytheUS,RN,andFrenchNaviesforthe21stcentury.Keywords:IFEP;aircraftcarrier;Electricpropulsionsystem;electromagneticaircraftlaunchsystem;advancedaircraftarrestinggear;;Design0引言目前世界上共有9個國家擁有22艘航空母艦。其中美國12艘,英國3艘,俄羅斯、法國、意大利、西班牙、印度、巴西以及泰國各一艘。一般地,大中型航空母艦可載機(jī)40架左右,制空范圍為500-700km,在區(qū)域性制空制海作戰(zhàn)中可發(fā)揮較大作用。輕型航空母艦則適用于近海海域作戰(zhàn)和實(shí)施威懾。英、意、西、巴、印和泰國的現(xiàn)役航空母艦均為輕型航母。1全艦電氣系統(tǒng)的組成:本艦的原有電氣系統(tǒng)全部不予采用并根據(jù)新增設(shè)備的具體安裝布置情況,予以拆除部分原有設(shè)備。其新增主要電氣系統(tǒng)包括如下幾個部分:·岸上變電站及輸電上艦系統(tǒng)?!け九瀾?yīng)急發(fā)電站?!け九灥母邏弘娏ο到y(tǒng)及變壓器系統(tǒng)(10kV)?!け九灥牡蛪?AC380V以下)電力配電系統(tǒng)(含正常和應(yīng)急)?!け九灥恼彰飨到y(tǒng)(含正常、應(yīng)急和臨時應(yīng)急、旋轉(zhuǎn)天線等)?!け九灥膹V播、音響、電話、閉路電視、有線電視、監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)?!け九灥南老到y(tǒng)、火警探測、報(bào)警系統(tǒng)?!け九灥呐摰姿⒔o排水系統(tǒng)。·本艦的空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)。2本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)本艦的電力系統(tǒng)圖如下:電力系統(tǒng)圖3美國新型航母研發(fā)進(jìn)程及電力系統(tǒng)按照美國政府及海軍的計(jì)劃,新型“CVNX1”航母將于2006年開始建造,并將于2013年接替已經(jīng)服役52年的“企業(yè)”號航母?,F(xiàn)階段最先進(jìn)的航空母艦“CVNX2”計(jì)劃將于2011年開始建造,2018年完工。替換服役50年的“肯尼迪”號航母,并為未來的“CVNX”級航母設(shè)立建造標(biāo)準(zhǔn)。雖然前者仍保留“CVN68”航母的基本艦殼和相關(guān)的內(nèi)部格局安排,但推進(jìn)和電力系統(tǒng)都將作重大修改。2002年12月,美國國防部和海軍宣布將CVNX-1和CVNX-2合并為CVN-21航母項(xiàng)目。大部分原定在CVNX-2上才采用的先進(jìn)技術(shù)被提前應(yīng)用到了CVN-21艦上。CVN-21航母的正式建造工作預(yù)計(jì)在2007年開始,2014年交付美國海軍。估計(jì)該航母的總成本高達(dá)100多億美元。據(jù)美國海軍消息,未來的CVNX航母最大的裝備技術(shù)亮點(diǎn)將是:1)用現(xiàn)代化的全電力推進(jìn)系統(tǒng)。全電力推進(jìn)系統(tǒng)將艦上原動力能源轉(zhuǎn)化成電力能源,向艦上各個用電戶提供更多的電力,并對全艦電力進(jìn)行綜合管理和利用,從而有效地提升了艦上各個武器裝備的用電品質(zhì)。由于使用了電力推進(jìn),艦艇的自身噪聲得以減低,其聲學(xué)信號特性非常好。2)與此同時,艦上將使用4套新型的飛機(jī)電磁彈射和著艦系統(tǒng)。新型的電磁飛機(jī)彈射裝置代替蒸汽彈射裝置可降低航母的熱信號輻射和彈射噪音,提高航母的綜合隱蔽特性,且具有重量輕、容積小、操作簡便、可靠性高和幾乎免維護(hù)等特點(diǎn)。新型的飛機(jī)著陸系統(tǒng)能增加飛機(jī)單位時間內(nèi)著艦次數(shù),延長飛機(jī)的壽命。3)另外,新型航母還將對甲板系統(tǒng)的飛機(jī)升降系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),安裝新型飛機(jī)升降設(shè)備,以加快飛機(jī)出入庫的時間。4英國在研航空母艦進(jìn)程及系統(tǒng)裝備英國曾是世界航母強(qiáng)國,有著航母的許多世界第一。70年代初,盡管英國建造的3艘“無敵”級航母應(yīng)用了許多新技術(shù),但它因受到英國皇家海軍的戰(zhàn)略思想因素影響而存在著諸多“先天不足”,如:噸位太小、僅支持少量垂直起降載飛機(jī),因而難以完成聯(lián)合和持續(xù)作戰(zhàn)等任務(wù)。目前,英國皇家海軍的新一代航母的設(shè)計(jì)思想早在1998年就已經(jīng)提出,而后又多次更改完善。2003年,英國皇家海軍確定英國未來航母VCF的動力和推進(jìn)設(shè)計(jì)變動了新一代現(xiàn)代航母CVF的各項(xiàng)指標(biāo):艦長292m,水線長273m,艦體寬38.6m,滿載排量為65000t,比現(xiàn)役“無敵”級大3倍。采用短距起落/垂直降落飛行甲板,搭載各型飛機(jī)。獨(dú)特的甲板設(shè)計(jì)可以保證兩架F-35B艦載機(jī)交替快速地離艦升空。兩部升降機(jī)一次可同時升降兩架F-35B短距/垂直起降戰(zhàn)斗機(jī),大大提升作戰(zhàn)飛機(jī)的升降、進(jìn)出的速度。英國皇家海軍明確地決定,由于研制核反應(yīng)堆的成本和整個生命周期費(fèi)用過高,新CVF航母將不使用核動力系統(tǒng)。而兩種預(yù)選的配置已得到驗(yàn)證,它們包括已在45型護(hù)衛(wèi)艦上使用的25MWWR21燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和基于全電力推進(jìn)IFEP)的PODDED推進(jìn)系統(tǒng)。目前,另一個使用R-R公司船用特輪特36MWMT30燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)驅(qū)動2臺電動機(jī)方案正在論證之中。因此,新型CVF航母最終將采用全新的綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)(IFEP)。新型CVF將能對常規(guī)的飛機(jī)彈射系統(tǒng)進(jìn)行升級,以適應(yīng)不同飛機(jī)起降的要求。設(shè)計(jì)要求其彈射系統(tǒng)能在15min內(nèi)最多彈射24架飛機(jī),而回收率為一分鐘一架,飛機(jī)的起落可同時進(jìn)行。雖然還未最后確定,但根據(jù)航母所要求的技術(shù)指標(biāo),選用電磁彈射和制動回收系統(tǒng)的可能性極大。5法國在研航空母艦進(jìn)程及系統(tǒng)裝備法國海軍決定再建一艘常規(guī)動力的航母,以便與現(xiàn)有的“戴高樂號”核動力航空母艦聯(lián)合執(zhí)行海上軍事行動。據(jù)法國海軍官員稱,新航母長284m,滿載排水量約60000t,采用綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)。新航母將裝備2臺C-13蒸汽彈射器,長達(dá)90m。法國政府已為新航母的設(shè)計(jì)和建造準(zhǔn)備了23億美元的資金。在概念設(shè)計(jì)階段,最大的一個工程問題是,如何產(chǎn)生該航母兩臺蒸汽彈射器所需的過熱蒸汽。以前的航母或用蒸汽動力,或用核動力,因此,蒸汽彈射動力不是問題。但對于采用綜合電力系統(tǒng)的新航母來說,飛機(jī)彈射動力源將是一個不得不考慮的問題。6船舶綜合電力系統(tǒng)將成為未來新型航母或大型驅(qū)逐艦的應(yīng)用熱點(diǎn)在發(fā)達(dá)的西方國家,航空母艦作為海軍最具威懾力的武器之一,已有近百年的發(fā)展、裝備歷史,積累了豐富的建造和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。對于這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn),中國海軍可以進(jìn)行廣泛和深入的研究和借鑒,從而縮短海軍造艦周期,提高工程質(zhì)量,并為國家節(jié)約大量的財(cái)力。眾所周知,美國海軍對潛艇、水面軍船,乃至航母的電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用寄予極大的希望,早在數(shù)年前就投巨資進(jìn)行可行性研究,希望未來軍船的動力系統(tǒng)、武器裝備、日用電器用戶等能在統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行能源的綜合利用、分配與管理,免除傳統(tǒng)艦船動力系統(tǒng)與武備系統(tǒng)難以有效利用和配置局限,也免除了各種常規(guī)輔機(jī)重、笨、大,以及效率低下等諸多弊端。綜合電力系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn),如:采用模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,降低造艦的采購費(fèi)用;對艦上能源實(shí)行綜合管理,減少能源消耗及機(jī)器磨損,運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好;裝機(jī)數(shù)量減少,節(jié)省操作和維修人員;發(fā)電機(jī)組布置靈活,電網(wǎng)多路備份供電,系統(tǒng)更安全可靠;噪聲低,隱形效果好;便于現(xiàn)代化改裝,易于兼容先進(jìn)技術(shù),有足夠的功率儲備,可為電磁彈射器、UAV彈射系統(tǒng)、導(dǎo)彈電磁彈射系統(tǒng)、飛機(jī)電磁制動回收裝置,電動機(jī)庫升降裝置、艦橋系統(tǒng)、電磁炮技術(shù)等電磁高能武器,情報(bào)通信系統(tǒng)等提供充足的電力。正因如此,海軍艦船戰(zhàn)略專家們有理由認(rèn)為,在理論上或在當(dāng)前有限的實(shí)踐基礎(chǔ)上,船舶綜合電力系統(tǒng)將成為21世紀(jì)大型水面艦艇最先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)。目前,美、英、法、德等國在這兩方面業(yè)已取得重大研究進(jìn)展。在大型水面推進(jìn)方面,美海軍當(dāng)前正在研究開發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目包括:①先進(jìn)感應(yīng)電動機(jī)系統(tǒng)(AIM);②高溫超導(dǎo)同步旋轉(zhuǎn)電動機(jī)系統(tǒng);③稀土永磁電動機(jī)系統(tǒng);④單極超導(dǎo)直流旋轉(zhuǎn)電動機(jī)系統(tǒng)等。在甲板機(jī)電系統(tǒng)方面,美海軍正在研發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目包括:①航母電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng);②電磁航母飛機(jī)著艦制動系統(tǒng);③艦橋電力系統(tǒng);④機(jī)庫升降裝置,以及,⑤電磁高能武器系統(tǒng)等。同樣地,英、法兩國的有關(guān)政府部門和一些軍備公司也不甘落后,進(jìn)行著各自的研發(fā)工作除了目前所擁有IEP技術(shù)外,對用于電磁彈射系統(tǒng)的各種類型的直線電動機(jī)技術(shù),電磁彈射技術(shù)(EMCAT)也保持著濃厚的興趣。7航母飛機(jī)電磁彈射系統(tǒng)及技術(shù)特點(diǎn)由于蒸汽或者滑行甲板彈射系統(tǒng)對艦載飛機(jī)的使用壽命造成影響,以及多方面的不適合性等,美國(包括俄羅斯)等,尤其是美國正在尋求新型的航母飛機(jī)彈射和攔阻技術(shù)。經(jīng)過幾年的研發(fā)后,電磁彈射系統(tǒng)射系統(tǒng)即成為首選技術(shù)。實(shí)際上,傳統(tǒng)的蒸汽彈射裝置所提供的能量已達(dá)到工程極限,約95MJ。它雖然能滿足現(xiàn)有飛機(jī)的起飛條件,但所占空間太大,重量太重,效率太低,而最大的問題是遇到順風(fēng)時,航母還必須掉轉(zhuǎn)船頭,以增加飛機(jī)升力。與傳統(tǒng)的蒸汽彈射裝置相比,電磁彈射技術(shù)有著諸多優(yōu)勢。美國卡曼電磁設(shè)備公司研制的電磁彈射器(EMALS),重約225噸,占用空間為425m3,效率達(dá)70%。比現(xiàn)在的蒸汽彈射系統(tǒng)減輕50%的重量、65%的容積和30%的人力。而且更有利于甲板布置,飛行甲板設(shè)施的總重減少約1000t。電磁彈射器的另一大優(yōu)點(diǎn)是它的精確性。這將允許海軍擴(kuò)大從航母上起飛的輕型和重型飛機(jī)的范圍,能彈射人工操縱以及無人駕駛種類型的飛機(jī)(UAV/UCAV)等,從小型艦艦導(dǎo)彈到大型戰(zhàn)斗機(jī),如聯(lián)合攻擊機(jī),都將從航母上起飛。電磁彈射器工作時,由動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(盤式發(fā)電機(jī))在2-3s內(nèi)向彈射電機(jī)提供一組電磁脈沖,這種高頻電力被饋送到周波變頻器,周波變頻器的作用如同給彈射電動機(jī)提升電壓,提升頻率源。此時,線性同步電動機(jī)從變頻器處獲得電力,并沿著彈射沖程加速飛機(jī),而控制系統(tǒng)始終進(jìn)行“實(shí)時”閉環(huán)控制。彈射器向前移動并加速至28-103m/s,終端能量高達(dá)122MJ,可使飛機(jī)以55-200kn的速度在彈射器的長度范圍內(nèi)(大約100ft)起飛,且無需迎風(fēng)起飛。由于這此支援設(shè)施大量采用成熟的商業(yè)技術(shù),這將使新型航母的研發(fā)費(fèi)用和所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。盡管美國海軍當(dāng)局已經(jīng)把艦載機(jī)電磁彈射系統(tǒng)作為新一代航母CVNX裝備,但它畢竟還是一個新的技術(shù)系統(tǒng),仍然存在著諸多難題和風(fēng)險(xiǎn)。這也不難從美國國防部2001年到2004年的國防裝備白皮書海軍部分中發(fā)現(xiàn)。國防部連續(xù)數(shù)年投資了巨額資金用于其技術(shù)論證和開發(fā),其位置一直列于美國電力戰(zhàn)艦關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的第二位,僅次于軍船電力主推進(jìn)系統(tǒng)之后。目前,通用原子能公司的設(shè)計(jì)方案已被確認(rèn),其合同價款高達(dá)145600000美元。8電磁彈射系統(tǒng)分系統(tǒng)組成通用原子能公司的電磁彈射系統(tǒng)主要包含4大子系統(tǒng)如圖1。圖1通用原子能公司電磁彈射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9航母飛機(jī)電磁制動回收系統(tǒng)與此同時,為取代目前已明顯落后的飛機(jī)阻攔裝置,一種型的電磁著艦制動裝置也正在同一合同框架下研制中。和電磁彈射系統(tǒng)一樣,該裝置重量輕、容積小、操作容易,不但能增加飛機(jī)著艦次數(shù),還能延長飛機(jī)的壽命。海軍航空系統(tǒng)司令部希望1998年開始先期研制,在2002年進(jìn)行工程研制和制造技術(shù)開發(fā),2008年以后訂購的航空母艦上將安裝電磁彈射器以及阻攔設(shè)備。使用了電磁起降技術(shù),能提升飛機(jī)制動能力,簡化操作、維修以及生命周期費(fèi)用。同時,將可解決因使用復(fù)雜機(jī)械裝置起降UAV而導(dǎo)低實(shí)用性問題。UAV將可以不必做復(fù)雜的減震裝置,進(jìn)而減低重量,并大大提高UAV起降的安全性等等。甚至使得小型UAV能在機(jī)動車輛上進(jìn)行起降作業(yè)。在新型的阻攔系統(tǒng)中,電磁電動機(jī)作用至關(guān)重要。它將在阻攔動態(tài)階段,主動地降低攔索張力極限,精確地控制阻攔中掛鉤負(fù)荷,以及飛機(jī)的最終制動位置。10電磁彈射技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用美國宇航局正在探索電磁彈射技術(shù)應(yīng)用于空間,研究人員希望利用電磁彈射技術(shù),將火箭發(fā)射到空間。相對于常規(guī)火箭發(fā)動機(jī)要消耗成千上萬噸的燃料以及其不穩(wěn)定性而言,電磁彈射系統(tǒng)是一個既安全,低廉又清潔的航天運(yùn)載設(shè)備。NASA當(dāng)局希望航天運(yùn)載費(fèi)用能從10000美圓/磅降到1000美圓/磅。這是完全可以實(shí)現(xiàn)的,如果使用電磁彈射系統(tǒng),運(yùn)載火箭就不必?cái)y帶大量的燃料和氧化劑,火箭的尺寸也可以做得很小。從而,航天飛機(jī)就可以攜帶更多的有效載荷。早些時候,NASA已經(jīng)對其設(shè)想進(jìn)行了模擬測試,取得了很好的結(jié)果。下一步它將以150ft/h的速度,發(fā)射一艘承載2t載荷的火箭,做進(jìn)一步的試驗(yàn)。他們樂觀地估計(jì),未來5年內(nèi),電磁彈射空間運(yùn)載系統(tǒng)將進(jìn)入太空船實(shí)用平臺。11結(jié)語綜合全動力推進(jìn)航母與當(dāng)代機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的航母相比,從理論上可給航母提供相當(dāng)客觀的優(yōu)勢,包括:無機(jī)械齒輪傳動裝置,部件安裝靈活,燃料消耗。人力和維護(hù)方面潛在的經(jīng)濟(jì)性。齒輪機(jī)械推進(jìn)要求燃?xì)廨喩钪糜诤侥傅撞?,渦輪機(jī)的吸氣和排氣裝置占據(jù)較大的船舶空間。而電力推進(jìn)允許燃?xì)廨啓C(jī)安置到貼近航母表層,這最大程度減少了吸氣/排氣問題。電力推進(jìn)由于先進(jìn)的電路設(shè)計(jì),還可以增強(qiáng)航母的生命力,同時極大地降低海軍對蒸汽輔機(jī)的維護(hù)。電力推進(jìn)由于去掉了易受攻擊的傳動軸系和齒輪箱,從而改進(jìn)航母的損管控制。盡管電力推進(jìn)的初期投資較高而且設(shè)備龐大笨重,但從其終生航程/續(xù)航力等考慮,會給海軍uo帶來巨大效益。所以各國海軍紛紛嚴(yán)究設(shè)計(jì)采用
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2024年教育咨詢服務(wù)與人才交流合同
- 2024年文化合作:藝術(shù)品投資合同范本
- 2024年技術(shù)出口與進(jìn)口法律指南
- 專題16種群密度和群落物種豐富度的取樣調(diào)查-2023年高考生物畢業(yè)班二輪熱點(diǎn)題型歸納與變式演練(原卷版)
- 有關(guān)教師實(shí)習(xí)個人工作總結(jié)3000字
- 2024年工程建設(shè)合同的復(fù)雜屬性描述
- DB4106T 81-2022 農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測報(bào)告編制規(guī)范
- 2024小學(xué)四年級新學(xué)期班務(wù)工作計(jì)劃(3篇)
- 2024年房產(chǎn)按揭借款抵押合同樣本
- 2024年文員創(chuàng)始人合同
- 鏡頭的角度和方位課件
- 污水處理常用藥劑簡介知識講解課件
- 五年級上冊英語課件-Unit 1《My future》第1課時牛津上海版(三起) (共28張PPT)
- 光交接箱施工規(guī)范方案
- 氣溫和降水學(xué)案
- 普及人民代表大會制度知識競賽試題庫(1000題和答案)
- 國家電網(wǎng)公司施工項(xiàng)目部標(biāo)準(zhǔn)化管理手冊(2021年版)線路工程分冊
- 《汽車低壓線束設(shè)計(jì)規(guī)范》
- 工程項(xiàng)目增加簽證單
- 被一部電影感動記韓國電影《鳴梁海戰(zhàn)》觀后感
- 六年級數(shù)學(xué)上冊教案-《百分?jǐn)?shù)》青島版
評論
0/150
提交評論