中國戰艦綜合電力系統技術獲突破，將助國產航母實現電磁彈射
最近，中國工程院院士、海軍工程大學教授馬偉明獲國家科技進步獎的獲獎感言透露了部分成果，結合其它資料判斷，綜合電力系統技術即將在我國作戰艦艇上得到應用。
資料圖：伯克級驅逐艦的航速比例，可見20節以下的低航速狀態占絕大部分，其中43%低於12節，53%低於14節，80%低於17節，因此低速時的燃油經濟性非常重要。
綜合電力系統將船上所有發電和耗電設備都連接在一個電網上，可自由地為所有設備分配電力，從而提高了動力系統的整體效率，並能滿足定向能的高功耗要求。由於體積小、重量輕、加速快，燃氣輪機已成為現代軍艦最主要的動力設備，美國伯克級和我國052級驅逐艦都採用燃機推進。受技術原理限制，燃機在低功率運轉時的耗油率很高，這使得燃機驅動的軍艦在低速航行時的耗油量很大，不利於提高航程和降低運行成本。為解決這一問題，052級驅逐艦安裝了2台柴油機，用於低速航行狀態推進，但這導致動力系統設計複雜、噪音較高不利於反潛作戰。
資料圖：伯克級驅逐艦透視圖，其中紅框部分為動力系統艙室，占了艦體內相當大的空間。上層建築尾部紅框為第3台發電用燃機。
在推進需求之外，現代軍艦大量安裝雷達和電子戰設備，同時作戰、洗衣、空調等生活耗電也迅速增加，因此發電量越來越高。伯克級驅逐艦安裝了4台18兆瓦燃機用於推進，3台2.5兆瓦燃機用於發電，我國02D驅逐艦安裝了2台柴油機和2台燃機用於推進，2台柴油機用於發電，這使得動力系統結構複雜、造價高昂。而軍艦極少用最高航速航行，因此推進系統總是有大量剩餘功率可滿足發電需求，如果能自由調整動力分配，就可以簡化動力系統設計，從而降低造價。
資料圖：美國DDG1000驅逐艦武器和動力系統透視圖，左下角即為36兆瓦推進電動機，與燃機和發電機分開安裝。從煙囪位置看，該艦燃機安裝在艦島中部下方，電動機艙的前上方。
英國45型、美國DDG1000朱姆沃爾特級驅逐艦已經應用綜合全電推進技術，後者只安裝2台4.5兆瓦和2台36兆瓦燃機，極大簡化了動力系統設計、降低艙室空間需求；同時在3～9、20～81兆瓦功率範圍內都能確保燃機保持較高燃油效率，預計在30年服役期內可節省約2000萬美元燃油費。
綜合電力系統技術還是定向能武器的基礎。美軍第3艘DDG1000驅逐艦將安裝電磁炮，可打擊185公里外的目標，極大提高了對地攻擊能力。電磁炮彈的炮口動能高達64兆焦，以10發/分的射速持續發射時，需要至少12兆瓦的電能供應，遠遠超過伯克級7.5兆瓦的發電功率，因此伯克級安裝的電磁炮射速僅能達到5發/分。為安裝電磁炮或雷射炮，未來作戰艦艇必須採用綜合電力推進系統，以滿足供電要求。
電磁炮結構示意圖
由於綜合電力推進系統具有軍民兩用性，因此其消息較為公開。馬偉明院士稱：本世紀初，我們聯合國內10多家科研院所和軍工企業，展開課題攻關。但是其中負責一重要分系統研究的單位，幾年來一直沒有突破性進展……不到4年時間，完成了最關鍵的電力推進子系統的理論分析、樣機製造、系統集成以及功能試驗考核，全面突破了新型感應推進電機和新型變頻器的核心技術。2013年8月初，國家重大技術裝備網稱，中船重工武漢712研究所船舶綜合電力推進系統取得重大進展，研製了以變頻器、推進電機、推進變壓器、功率管理系統、操縱控制系統為核心的推進系統，實現了單軸推進功率20兆瓦以下船舶電力推進系統的全部國產化。
從這兩條消息看，我國綜合電力系統已經於2013年初取得突破。但從功率看，8000～1.5萬噸驅逐艦需要單軸36兆瓦的推進功率，而我國僅實現單軸20兆瓦推進功率，現有設備無法滿足大型驅逐艦使用要求，只能用於對航速和推進功率要求較低的4000噸級護衛艦。
我國現有054A護衛艦用於替換1980～1990年代服役的053護衛艦，目前已下水20艘，未來5年內還會建造十餘艘，從而滿足近海防禦任務需求。在此之後，我軍護衛艦的建造可能告一段落，轉而以發展遠海護衛任務所需的大型驅逐艦為主。在此期間，我國綜合電力推進系統技術也會繼續發展，屆時將能滿足驅逐艦的功率需求。
055驅逐艦陸上測試模型和網友猜測外形
052D驅逐艦是為替換1980年代服役的051型驅逐艦研製的，受噸位限制，該艦無法滿足遠海護衛要求，因此海軍必須發展新一代055型萬噸級大型驅逐艦。從各方面消息看，055級尚未開工建造，目前尚處於工程研製階段，預計首艦可能在5年後下水服役，符合綜合電力推進系統技術發展進度。為滿足低油耗、低成本、使用定向能武器等要求，055級必將採用綜合電力推進系統技術。
在船用綜合電力技術接近實用後，馬偉明院士講話中還提到某項尖端技術，是近年來世界海軍強國爭相發展的重點領域，是代表未來新型主戰艦船標誌性的核心技術……5年里，我們不分晝夜地連續攻關……2008年我們終於研製成功小型樣機，接著又做出了1：1單元設備樣機，突破了全部關鍵技術，實現了與世界最先進技術的同步發展。從各方面資料看，這裡提到的就是航母艦載機電磁彈射器，目前只有美國正在應用在福特級航母上，未來我國國產第二艘航母則很可能會使用。
福特級航母的電磁彈射器
相比傳統的蒸汽彈射器，電磁彈射器重量輕一半以上，只有約700噸，有助於提高航母適航性；可以彈射更輕和更重的飛機，可同時滿足5噸級小型無人機和40噸級重型戰鬥機的要求；彈射過程中飛行員感覺更舒適；取消了大量蒸汽管線，簡化了航母設計，提高了安全性；降低了全壽命使用成本，可節省十幾億美元資金。電磁彈射器對電力供應的需求並不大，福特級安裝4部電磁彈射器也只需要總計約9兆瓦的功率。
當前我國正在發展彈射起飛航母，待國產電磁彈射器技術成熟後，可安裝在第3艘及之後的國產航母上，從而大大提高艦載機出動能力、降低全壽命使用成本。該技術甚至可以應用於遼寧號和正在建造的第2艘航母，採用彈射加滑躍起飛方式，從而實現艦載機起飛過程中的單發停車安全。