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伯克级再认识:船机电尽力了!
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2023.10.31 北京

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前言:2023107日,美国海军伯克III型驱逐舰首舰卢卡斯号(DDG-125)服役。借此机会,重新认识这型具备先发优势的盾舰。意见不同之处,欢迎大家讨论。

伯克级驱逐舰主要有四种改型,分别是:Flight IDDG-52 DDG-71)、Flight  IIDDG-72 DDG-78)、Flight IIADDG-79 DDG-124)和Flight III DDG-125+)。之所以没有变更级别,主要是船机电没有重大变化。

相对于关注度高的相控阵、垂发系统,伯克级的船机电关注度较低,其实这才是伯克得以不断上位的基础所在。

船机电系统一般包括:主机、辅机、电力以及油水气、空调、污水等辅助系统,现代船机电实现了自动化控制,还有一套复杂的控制、监测系统。其中,还是以主机、辅机最为重要,一般统称为主动力系统,并决定了舰艇的总体布局。

一般而言,舰艇迭代发展主要围绕电子设备与武备,极少发生船机电大幅变化的情况。一些舰艇改进后虽然看起来更为高大上,但是还是采用老型号,例如054。韩国大邱级护卫舰虽然是仁川级的底子,但燃机都换了,数量由2LM2500变为1MT30,舰级变了自然而然。

具体到伯克三代舰艇,其船机电总体布局不变,主机、辅机为持续发展型号,伯克III还只能是驱逐舰,成不了巡洋舰。

伯克级主机箱内景

伯克级主机箱观察窗

伯克级主机机旁监测设备

伯克级后部的舵机舱

伯克级动力集中监测和损管部位

相较于提康德罗加与斯普鲁恩斯,伯克级长154m、宽20.3 m,长宽比为7.90。作为对比,斯普鲁恩斯级驱逐舰长宽比为9.68

短粗的伯克,是适应总体设计的需要,便于布置集中的四面盾、更多的垂发单元,然后保持正常的航行性能,并提供更好的被动防御——伯克除了桅杆是铝合金的,全舰使用钢材建造。所以,即便是30节的设计航速,所需功率比提康德罗加级增加25%

好在LM2500 燃气轮机也在迭代发展。伯克级的主动力系统,包括4台燃气轮机(GTE)、3台燃气轮机发电机组(GTGS)。4台燃气轮机2台为一组,通过齿轮箱连接,驱动15叶变距螺旋桨(CPP)。推进、发电燃气轮机封闭在机箱内,箱子整体安装在减震浮阀上。

4台燃气轮机分列2个机舱,每个机舱包含2LM25001台减速齿轮箱。左舷轴连接#2主机舱的2A2B GTE,右舷轴连接 #1主机舱的1A1B GTE。从船尾看,左舷轴逆时针旋转,右舷轴顺时针旋转,产生相反的螺旋桨旋转扭矩。单台额定功率为 26,250 马力(19.5兆瓦),4机最大功率为 105,000 马力(78.2兆瓦),高于提康德罗加级的80000马力(59.6兆瓦)。

AG9130燃气轮机发电机组 (GTGS) 由燃气轮机发动机、模块组件、减速齿轮组件和发电机组成,单套功率为 2500 KW,提供 450 VAC、三相、60 HZ 电源。GTGS 由三个水密舱壁相互隔开,以确保生存能力。#1 GTGS 位于#1 辅机房,与#2主机舱并列。#2 GTGS 位于#2 主机房,#3 GTGS 位于#3 发电机房,与#1主机舱并列。

燃气轮机发电机组的核心是艾里逊(Allison501-K34燃气轮机。这种燃气轮机由C-130运输机发动机发展而来。现在,发电机组被罗罗公司收购。除美国外,韩国、日本也在使用这套发电机组。

发展至二代伯克,即IIA时,驱逐舰已经多用途化,导致更多的推进与电力需求。

在解决方案上,日本在摩耶级引入燃--燃联合推进方案(COGLAG),反导作战时候采用电动机低速巡航,燃气发电机组全力保障反导作战系统。加之日本宙斯盾舰数量少,此方案在巡航时可以降低油耗,提升宙斯盾舰前出战斗值班时间。老对手韩国采用了同样思路,在世宗大王第二批舰上采用。

美国的思维是直线式,即大力出奇迹。伯克级的主机为LM2500系列,已经发展了五代,前两代单机功率为25兆瓦。三代机为LM2500+,功率为30.2兆瓦,主要装备马金岛号、美国级两栖攻击舰。四代机LM2500+G4 DLE,单机功率为33.9兆瓦。最新式的LM2500 +G5 DLE,单机功率为36.3兆瓦。

伯克一代、二代使用的是前两代的LM2500。四代机LM2500 +G4 DLE,已装备法意联合研发的FREMM护卫舰、意大利PPA巡逻舰,美国星座级也装备这型机。那么,伯克三代使用的是几代燃机?目前按照GE官网85艘伯克推算,伯克III装备的既不是四代机、也不是五代机,还是基础版的LM2500

舰桥动力控制设备

辅机舱内景

并联主机的齿轮箱(其实有轿车大小)

动力控制室右侧主机控制设备

动力控制室全景

从各种数据上分析原因,LM2500重量为20吨,LM2500 +G423吨。LM2500长度为8米,LM2500 +G48.3米,导致两者并不能简单替换。LM2500+G4有减重至17吨、长度缩短为8米的目标,以与老型号机共用底座,看来这项工作并不成功。

所以,单纯从功率上讲,伯克III30节速度是保证不了!不知道31节伯克怎么想?

最大的需求是电力。理论上,同时进行防空与反导任务时,电力消耗达到高峰。IIA辅机升级为AG9140RF,单机功率为3000 KW,但仅能在防空与反导两种工况中二选一。一种极端场景中,即本土与本舰同时受到威胁时,伯克的指挥官要考虑到底哪项任务优先!

到伯克III时,辅机为AG9160RF,单机功率为4000 KWAG9160RF尺寸进一步扩大,长9.88米,宽2.71米,高3.81米,是个尺寸比主机还大的巨无霸,以匹配具备防空反导一体化的基线10版本的宙斯盾系统。

基线10版本的宙斯盾系统的核心是AN/SPY-6V)主动相控阵雷达,载舰可以在反导(BMD)与防空反导一体化作战(IAMD)之间切换,至于能不能一碗水端平?答案在美国心心念念的X波动段相控阵雷达,双波段相控阵才能让防空反导一体化作战有底气。

动力控制室左侧电力监测设备

最终出炉的伯克III,是时间、成本、需求之间的妥协,尤其是时间让美国海军如鲠在喉。大国竞争,口号好喊,落实在行动上需要可用的平台。

综合来讲,扎实的主动力系统为伯克的升级提供了支撑,成就四代舰经典居功至伟,但已经没有余力再推一把了:心有不甘,力有不逮。

END

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