“女王級航母”所用的兩臺MT–30艦用燃氣輪機確實很牛!它是由波音777早期型號的“特倫特800型”航空發動機衍生而來(80%的零件可以互換),是目前世界上功率最大(熱效率最高)、油耗最低的艦用燃氣輪機,總體效能要比由C–5“銀河”運輸機所使用的TF–39發動機衍生出來的LM2500艦用燃氣輪機好了一些,由於MT–30燃氣輪機效能卓越,就連美軍的“朱姆沃爾特級驅逐艦”和“獨立”、“自由”兩型瀕海艦也使用它。
C5“銀河”運輸機的TF39渦扇發動機也很牛,著名的LM2500燃氣輪機就是以它為核心機衍生出來的,但是與勞斯萊斯瑞達公司的“特倫特800”渦扇發動機衍生出來的MT30燃氣輪機相比還是略有差距的。
“女王級航母”安裝了兩臺MT–30,分為前後動力艙佈置。從圖片裡就能看出來這個先進的發動機是複雜的裝置。MT–30燃氣輪機的結構:為三轉子結構,是由雙轉子燃氣發生器和自由動力渦輪組成。雙轉子燃氣發生器由低壓壓氣機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪組成。(空氣先“濾清”再進入到低壓級當中進行壓縮→進入到高壓級與燃油(先濾清)混合霧化→進入到燃燒室→排出高壓氣體驅動渦輪做功→低壓排出迴圈。)低壓壓氣機為八級軸流式,8級靜葉可調。高壓壓氣機為6級軸流式。壓氣機靜葉片和動葉片採用三維設計,提高了壓氣機的效率。
MT–30燃氣輪機壓氣機內的靜葉片,每一片葉片都是空心的,燃氣輪機在做功時葉片要承受1500℃以上的高溫,並且溫度越來越高,業界內形容是:“冰羹匙攪拌熱燙”,為了不讓葉片燒熔,要做成空心的讓它一邊經受高熱一邊迅速降溫。
燃氣輪機的葉片都是空心的,是因為在高溫高壓的燃燒室當中,它要承受1700~2200°的高溫,如果是實心的用不了10分鐘自己就融化了!所以要採用空心,這樣才能迅速散熱。
燃氣輪機或者說飛機用的航空發動機 為啥難以製造?不是說設計是就有困難,理論知識都具備,但是難點就在工藝製造方面!使用什麼配方的合金材料、怎樣的工藝,這些都是經過上萬次的試驗得出來的資料,更是花了上百億美元堆積起來的,所以先進的廠商不會告訴你工藝,這是人家“壓箱底”的吃飯手藝,都告訴你了人家還怎麼賺錢?
葉片這東西是精密鑄造方式生產出來,其鑄造方式就是我們一千多年前的“失蠟法鑄造”,就是先做一個蠟模,再在外面噴膠,然後撒上耐火的橄欖石細沙烘乾後再燒結,燒結的過程中蠟融化掉了,最後得到葉片的鑄模,再下芯,澆鑄冶煉完成的耐高溫合金液,冷卻凝固後就得到了一片葉片...這個工藝流程誰都知道,但是成品要到達技術要求卻很難。
比如說:我們1970年代引進的英國“斯貝”航空發動機,用在“飛豹”戰鬥轟炸機上,勞斯萊斯公司將整機和維修圖紙、維修手冊都給了,但是核心工藝絕對不可能告訴我們,所以我們直到2000年代初才仿製成功“秦嶺”發動機...從工業角度來說這個事情我們也能理解。
言歸正傳,圖片上是GE的民用燃氣輪機,結構上與軍用沒啥區別,燃氣輪機的轉子就是這樣的,前面較細一些的是低壓機,中間是燃燒室,後面是高壓機。艦用燃氣輪機的一個顯著有點就是體積小、重量輕、功率大,具體到MT–30重量加上外箱體也只有22噸多一點,比之“小鷹號航母”上的一組蒸汽輪機系統就得140多噸!燃氣輪機的好處是顯而易見的。
比如說:採用箱體結構,將燃氣輪機包裹在鋁合金的箱體內,具有隔音降噪的功能,燃氣輪機所有的附屬部件都在箱體內便於維護保養、MT–30的耐壓效能相當的高,已經實現了計算機自動控制無人值守。
總體來說,TM–30燃氣輪機繼承了“特倫特800”航空發動機的許多先進技術,因為從“航發”到“艦發”是由高向低的技術支援,比如說:壓氣機系統當中,靜葉片和動葉片設計使用了三元方法,達到了較高的效率。燃氣發生器是雙轉子構造式,低壓機的八級靜葉片均為幾何式葉片。動力渦輪由“特倫特800的低壓風扇渦輪發展而來,支撐在新設計的軸承殼內,保持了相當高的可靠性。
“威爾士親王號”正在吊運前後兩臺MT–30燃氣輪機,在兩個艦島下面各有一臺。 燃氣輪機雖好,但兩艘“女王級航母”只安裝了兩臺,從需要角度來看它裝四臺沒問題,MT–30單臺輸出功率是36兆瓦,兩臺加一起不足80兆瓦,僅能維持“女王級”26節的最高航速,這顯然比主流航母30節最高航速慢一些!
其實,“女王級”已經簡化了原設計,主機數量太少,原先設計的電磁彈射器也根本不安裝了,因為發電量不夠用,F–35B戰鬥機只能垂直短距起降。
總之,MT–30燃氣輪機安裝在“女王級航母”上做主動力來使用體現了它的先進性,但從使用經驗來說6萬噸以上的航母還是用核動力為佳,但核動力航母技術門檻太高了!傳統的蒸汽輪機在研製和保養...相對簡單、建造價格也便宜,還能為蒸汽彈射器提供蒸汽彈射能量,目前仍然是航母第二位的主動力系統;燃氣輪機排目前在第三位,雖然有這樣和那樣的不足,但它的是優越性不是蒸汽輪機可以比較的,只是當航母主動力還是第一次,但確實有替代蒸汽輪機的可能。