圖為采用全電推進(jìn)系統的西北風(fēng)級兩棲攻擊艦。陽(yáng) 明
2月28日，“的黎波里”號兩棲攻擊艦交付美海軍。除側重提升航空作業(yè)能力外，該艦據稱(chēng)還有一個(gè)較大特點(diǎn)：它是一艘采用全電推進(jìn)方式的軍艦。
長(cháng)期以來(lái)，不少?lài)乙恢痹谘邪l(fā)全電推進(jìn)的戰艦，并取得一定成果。一些國家的科研人員還對相關(guān)技術(shù)應用加以延伸，試圖探索用“電動(dòng)”方式來(lái)解決坦克、戰機的一些問(wèn)題。
發(fā)電機、電動(dòng)機加身，似乎正在成為更多可機動(dòng)武器裝備今后發(fā)展的一大選項。那么——
如果對世界上的戰艦、戰車(chē)、戰機推動(dòng)方式稍加對比就會(huì )發(fā)現，當前，對全電推進(jìn)系統可以相對成熟地加以運用的，是一些國家海軍的艦船。而且，越來(lái)越多的國家正在對全電推進(jìn)系統上艦表現出濃厚的興趣。
在機械推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成熟的今天，為什么電力推進(jìn)方式能贏(yíng)得各國海軍垂青？原因就是，和傳統的機械推進(jìn)相比，它具有適應當前艦艇發(fā)展以及未來(lái)戰爭需求的潛力。
隨著(zhù)現代戰艦上用電設施越來(lái)越多，采用傳統機械推進(jìn)系統的艦船往往需要配置至少兩套原動(dòng)機：一套原動(dòng)機用來(lái)驅動(dòng)機械帶動(dòng)螺旋槳等，使戰艦前行；另一套用來(lái)發(fā)電，滿(mǎn)足艦上各類(lèi)用電設施的需求。這就使得戰艦動(dòng)力結構更加復雜、造價(jià)高昂，易出故障且難以維修。
采用電力推進(jìn)方式，用發(fā)電機將艦船原動(dòng)機的機械能轉換為電能，再傳輸給艦船的推進(jìn)電動(dòng)機，帶動(dòng)螺旋槳或噴水推進(jìn)器工作，不僅可以降低燃油消耗、合理利用能源、降低整體成本，而且可以延長(cháng)發(fā)動(dòng)機的使用壽命。
采用全電推進(jìn)方式的戰艦，優(yōu)勢更加明顯。全艦所有原動(dòng)機都用來(lái)產(chǎn)生電力，通過(guò)計算機分配和控制，電力可以迅速高效地分配給最需要的組件。這樣的動(dòng)力調配方式，有利于更好地滿(mǎn)足電磁彈射裝置、電動(dòng)升降機甚至高能激光武器等高耗能武器的需要。
全電推進(jìn)方式下，能量由電力傳輸而不是由機械傳輸，因此艦船可以省去傳動(dòng)軸系和離合器，減少甚至無(wú)需變速箱。如此，既減重量、省空間，有利于武器裝備合理配置，也使得戰艦更易于操控。同時(shí)，電力通過(guò)多路徑流向電動(dòng)機，也可以提升艦船動(dòng)力的抗毀性。
當然，電力推進(jìn)方式所帶來(lái)的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢，不會(huì )只體現在戰艦上，這種推進(jìn)方式用在戰車(chē)和戰機上，也同樣能帶來(lái)相關(guān)方面的很大改變與提升。
如此，電力推進(jìn)成為各國寄予厚望的武器裝備動(dòng)力選項也就不足為奇了。
戰艦：再次駛入“全電推進(jìn)”時(shí)代
當前，各國戰艦主流的推進(jìn)方式仍為機械電力混合推進(jìn)，即以大功率的柴油機、蒸汽機、燃汽機為原動(dòng)力，高速航行時(shí)直接采用機械推進(jìn)方式；低速巡航時(shí)，依靠電動(dòng)機驅動(dòng)螺旋槳等，以滿(mǎn)足艦船經(jīng)濟性和低噪聲需要。
但是，這種混合推進(jìn)方式目前正被更“高端”的綜合電力推進(jìn)方式所取代。
與前者還存在機械直接推進(jìn)不同，采用綜合電力推進(jìn)方式時(shí)，艦上所有的二級能源都為電能，推進(jìn)、作戰等系統的運行全部由電能帶動(dòng)電動(dòng)機來(lái)驅動(dòng)。艦船的“全電推進(jìn)”指的就是這種綜合電力推進(jìn)方式，而不是指狹義上的僅靠電池來(lái)驅動(dòng)。
之所以說(shuō)戰艦是再次駛入“全電推進(jìn)”時(shí)代，是因為早在上世紀初，就已有戰艦開(kāi)始應用全電推進(jìn)系統。
眾所周知，在燃氣輪機領(lǐng)域，英國一直處于世界領(lǐng)先地位。但上世紀初的全電推進(jìn)領(lǐng)域，跑在前面的卻是美海軍。原因很簡(jiǎn)單：美國當時(shí)尚未研制成功大功率蒸汽輪機的減速齒輪。
無(wú)奈之下，其設計師在研發(fā)海軍“木星”號運煤船時(shí)，便想到用蒸汽輪機來(lái)發(fā)電、再由電動(dòng)機驅動(dòng)螺旋槳。后來(lái)，“木星”號陰差陽(yáng)錯被改裝成航空母艦“蘭利”號，這使它極其偶然地成為人類(lèi)歷史上第一艘全電推進(jìn)的戰艦。
基于同樣原因，美海軍后來(lái)的“田納西”號戰列艦、“科羅拉多”號戰列艦、列克星敦級航母都采用了類(lèi)似的“蒸汽輪機+發(fā)電機+電動(dòng)機”推進(jìn)設計。
不過(guò)，當時(shí)艦船上的電路抗損性較差，動(dòng)力可靠性不如機械驅動(dòng)的戰艦，所以在大型減速齒輪研制成功后，美海軍又回到蒸汽輪機經(jīng)減速齒輪驅動(dòng)螺旋槳的時(shí)代。
上世紀80年代，隨著(zhù)新型發(fā)動(dòng)機和發(fā)電機的問(wèn)世及戰艦噸位增大，電力推進(jìn)概念復蘇。1987年英國率先在現代護衛艦上采用部分電力推進(jìn)技術(shù)，驗證混合電力推進(jìn)的優(yōu)越性。此后，法、德、美等國的海軍相繼裝備了混合電力推進(jìn)艦船，如歐洲多任務(wù)護衛艦、F125型護衛艦、“馬金島”號兩棲攻擊艦等。
這一過(guò)程中，綜合全電推進(jìn)系統的研究取得成果。這次，走在前面的仍是英國。
2001年，英國全電推進(jìn)的“海神之子”級船塢登陸艦下水。2006年開(kāi)始下水的45型驅逐艦及2014年下水的“伊麗莎白女王”號常規動(dòng)力航母同樣采用全電推進(jìn)方式。
法國海軍緊隨其后，2004年下水的西北風(fēng)級兩棲攻擊艦也應用了全電推進(jìn)系統。
美海軍在其2006年下水的劉易斯和克拉克級彈藥補給艦上驗證了全電推進(jìn)技術(shù)，并在2013年開(kāi)始陸續下水的朱姆沃爾特級驅逐艦上采用了全電推進(jìn)系統，但該驅逐艦自下水之日起便問(wèn)題不斷。
同時(shí)，這一技術(shù)開(kāi)始向潛艇延伸。法國紅寶石級核潛艇和美國弗吉尼亞BLOCK4攻擊型核潛艇均采用全電推進(jìn)方式。
可以預見(jiàn)，隨著(zhù)更多高強度、輕質(zhì)量復合材料在發(fā)電機上的應用，以及大功率、小尺寸電動(dòng)機技術(shù)的不斷突破和發(fā)展，“全電動(dòng)”戰艦也許將很快迎來(lái)自己的春天。
坦克：局部突破，想說(shuō)“全電動(dòng)”不容易
當前，各國對傳統推進(jìn)動(dòng)力坦克的研發(fā)、改進(jìn)與挖潛仍在繼續。與此同時(shí)，作為新概念坦克——全電坦克日益成為研發(fā)的重點(diǎn)。
這種新概念坦克和以前的電傳動(dòng)坦克有所不同，它的火力、機動(dòng)和防護都以電能為基礎，即不僅動(dòng)力上采用電力推進(jìn)方式，而且武器裝備也將高度依賴(lài)電能，包括使用電磁裝甲、電磁炮、電熱炮等進(jìn)行防護和作戰。
如果按以前對電傳動(dòng)坦克的定義，即只從動(dòng)力上采用電力推進(jìn)方式來(lái)判定，那么，在第一次世界大戰期間，就已有“電動(dòng)坦克”投入戰場(chǎng)。它就是法國的“圣沙蒙”重型坦克。
這種重達20多噸的坦克，動(dòng)力源是一臺90馬力的四缸汽油機，通過(guò)克羅切特-考拉度電傳動(dòng)系統驅動(dòng)主動(dòng)輪，帶動(dòng)履帶板向前開(kāi)進(jìn)。
此后，多國在電傳動(dòng)坦克研制方面作過(guò)嘗試，包括英國的TOG重型坦克，美國T1E1重型坦克，德國“虎”P重型坦克、“鼠”超重型坦克以及蘇聯(lián)IS-6重型坦克等。只不過(guò)，這些嘗試幾乎都因電傳動(dòng)技術(shù)不夠成熟歸于失敗。
德國的費迪南/象式重型坦克殲擊車(chē)可謂這個(gè)時(shí)期碩果僅存的“電動(dòng)坦克”。它曾參加庫爾斯克戰役，擊毀過(guò)對手的不少坦克。但是，超過(guò)60噸的體重，加上傳動(dòng)系統方面的問(wèn)題，使它在與重型坦克一起沖鋒時(shí)“情況”不斷。
在此之后，相關(guān)探索并未停止。冷戰期間，美國曾經(jīng)為M113裝甲車(chē)和AAV7兩棲裝甲車(chē)換裝過(guò)新型電傳動(dòng)裝置，德國也在“黃鼠狼”步兵戰車(chē)上安裝過(guò)使用永磁電機的電傳動(dòng)系統。
進(jìn)入上世紀90年代，隨著(zhù)發(fā)電機、電動(dòng)機研發(fā)領(lǐng)域出現明顯進(jìn)步，一些國家提出“全電坦克”的概念，開(kāi)始以此為基礎研發(fā)下一代新型坦克。如美國聯(lián)合防務(wù)公司設計研發(fā)的轉型技術(shù)演示車(chē)TTD、德國馬克公司推出的LLX型裝甲車(chē)等，瑞典、法國、南非等國家也先后展開(kāi)相關(guān)研發(fā)。
南非的“大山貓”裝甲偵察車(chē)通過(guò)換裝德國提供的永磁電機和使用混合鎳電池，從機械傳動(dòng)裝置改裝為電傳動(dòng)裝置，重量減輕1.8噸多，最大行程增加了400千米。這反映出，新型電傳動(dòng)系統已經(jīng)在一些方面取得新突破。
除了動(dòng)力系統上的電動(dòng)化外，電磁炮、電磁裝甲等新興武器裝備的研制也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。當前，一些國家已研制出電磁炮樣炮，據稱(chēng)可用于新型坦克。
但是，無(wú)論是電磁炮、電磁裝甲，都需要消耗大量電能，儲電裝置體積過(guò)于龐大，仍將是坦克“全電動(dòng)化”研制過(guò)程中需長(cháng)期面對的難題。
戰機：“多電”方興，“全電”研發(fā)之路仍然漫長(cháng)
和戰艦的動(dòng)力系統有混合推進(jìn)和全電推進(jìn)之分類(lèi)似，飛機其實(shí)也有多電飛機和全電飛機之分。
一般來(lái)說(shuō)，多電飛機上使用的主要功率是電功率，但也不排除使用少量其他功率。換句話(huà)說(shuō)，多電飛機主要依靠電力飛行，但也不排除使用部分其他能源。它最重要的特征是大量采用機電作動(dòng)器，用電力驅動(dòng)代替了機上的液壓、氣壓、機械系統和飛機附件傳動(dòng)機匣。
上世紀80年代中期，美國先行組織開(kāi)展對多電飛機技術(shù)的研究。研究涉及到發(fā)電、配電、電力管理、電防冰、電剎車(chē)、電力作動(dòng)和發(fā)動(dòng)機等多個(gè)方面。目前，相關(guān)研究成果已逐漸得到應用，F-35戰斗機也因此成為具有一定代表性的多電戰機。
廣義上的全電飛機則是指以完整的電氣系統取代液壓、氣動(dòng)和機械系統的飛機，其飛行控制和機載系統所需功率全部由飛機中央供電系統提供。從發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，多電飛機可視為全電飛機發(fā)展的一個(gè)過(guò)渡階段。當前，“多電”方興未艾，而“全電”相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，其研發(fā)之路仍然漫長(cháng)。
不過(guò)，全電戰機的影子已在一些試驗飛機上閃現，如2019年底美國在阿姆斯特朗飛行研究中心展示的X-57飛機，就純粹以燃料電池、太陽(yáng)能電池為動(dòng)力源。作為一款全電動(dòng)載人飛機，其所用的鋰離子電池模塊已完成飛行條件下的測試，電動(dòng)機也已經(jīng)通過(guò)驗收。但在此之前，其鋰離子電池在熱失控試驗中遭遇嚴重失敗，以至于相關(guān)方不得不重新設計電池模塊。
而一些以太陽(yáng)能電池為動(dòng)力的中大型無(wú)人機，要具備夜間持久飛行的能力，也必須先過(guò)研發(fā)關(guān)，即要能研究出可儲存足夠能量的高儲能光電池陣列。
由此來(lái)看，即使是狹義上的全電戰機，打造起來(lái)也絕非易事。從這個(gè)層面來(lái)看，無(wú)論是廣義還是狹義上的“全電”戰機，其研發(fā)之路仍將漫長(cháng)而艱難。（文/王笑夢(mèng)）
