45型勇敢號驅逐艦。

  RR4500發電機組。

  MT-30燃氣輪機。

  DDG-1000朱姆沃爾特號驅逐艦。

  在現代海軍發展史上，每一次動力系統方面的重大革新都深刻改變了海戰形態——從風帆動力到蒸汽（機）動力，從燃氣（輪機）動力到核動力。而今天，隨着相關技術的逐漸成熟，戰艦內部悄然掀起一場能源革命，開始採用綜合電力系統（IPS）提供動力。

  與傳統艦船動力、電力二維能量輸出結構不同，戰艦綜合電力系統是將能源以電力的形式輸出，統籌管理、分配和使用，通過艦上電網為推進系統、作戰系統和日用設備提供電能。這種新型方式，不僅順應了戰艦上用電裝備設備日益增多的趨勢，而且有效提升了戰艦航行及作戰效能，並將對未來海上作戰樣式産生影響。

  起源“綜合電站”

  回顧世界戰艦的發展歷史，其推進方式有着明顯階段性。大體上來説，戰艦經歷了人力推進、機械推進、電力推進、綜合電力系統推進的發展過程。綜合電力系統推進，是當前各國謀求達到的新階段。

  人力推進不言自明。機械推進是指艦船通過複雜的機械傳動結構獲得動力的推進方式。簡單地説，就是由燃氣驅動齒輪，通過軸係推動螺旋槳。這種推進方式通常能量損耗較大，且柴油機、燃氣輪機等設備所佔空間較大。

  20世紀80年代，隨着推進電機、電力電子變流設備、計算機控制等技術的迅猛發展，電力推進系統的功率密度、可靠性和效率進一步提升，且因當時對艦船隱蔽性、機動性等提出了更高要求，電力推進的優勢逐步顯現，並運用到戰艦上。阿利·伯克級驅逐艦的動力系統具有一定代表性，4&燃氣輪機的主要功能是通過兩根軸驅動可控螺距螺旋槳，另有3&燃氣輪機負責給艦上供電。後來，為提高燃油效率，美國海軍曾在DDG-103特魯斯頓號驅逐艦上進行了混動系統的實驗，試圖在低速航行時切換為電機推進。

  20世紀90年代，歐美一些海洋國家為應對未來海戰，對艦船作戰能力、操縱性能等提出了新要求。其中，在艦船電力推進基礎上，相關研發人員設計了“綜合電站”以滿足艦船推進、日用設備、高能武器用電需求，並逐步發展為“戰艦綜合電力系統”。當前，英國45型驅逐艦、伊麗莎白女王號航母以及美國DDG-1000朱姆沃爾特號驅逐艦，都採用了綜合電力系統。以朱姆沃爾特號為例，該艦搭載了2&燃氣輪機發電機組以及2&輔助用的RR4500發電機組，總發電量約為78MW，其中，有68MW用於動力推進，10MW用於為艦上其他設備供電。

  一般來説，戰艦綜合電力系統由發電、輸配電、變配電、推進、儲能、能量管理6個分系統組成。其中，發電分系統由原動機和發電機組成，用於將原動機的機械能轉變為電能；輸配電分系統由電纜、母線、斷路器和保護裝置組成，將電能傳送到用電設備，且具有自動識別和隔離系統故障的功能；變配電分系統根據用電設備的電能需求實現電制、電壓和頻率的變換，給日用設備、脈衝負載和通信導航設備供電；推進分系統由推進變頻器和推進電機組成，推進變頻器為推進電機輸入電能並控制其轉速，推動艦船航行；儲能分系統用於系統電能的存儲和釋放，根據脈衝負載的需求為其供電，支撐系統安全穩定運行；能量管理分系統用於系統的監測、控制和能量的管理。

  戰場優勢明顯

  戰艦綜合電力系統之所以成為多國關注的重點和研發方向，源於其具有諸多面向未來海戰場的優勢。

  一是可為高能武器上艦提供條件。當前，隨着現代戰艦上的電子設備和裝備越來越多，對電力的需求也水漲船高。要讓這些新裝備發揮作用，就必須補齊電力方面的缺口。採用戰艦綜合電力系統，有利於解決這些問題。以阿利·伯克級驅逐艦為例，其發電功率為7.5MW，無法滿足後續艦計劃裝備14MW大功率雷達的需求。因此，美海軍試圖將該級艦之前的機械推進系統改為機電混合式推進系統，以滿足該型雷達的需求。從一些國家的研發計劃來看，不少已將採用綜合電力系統作為一種選擇，以滿足高能武器、大功率電子設備在電力方面的需求。

  二是有利於優化戰艦上設備、裝備布局。戰艦綜合電力系統沒有像機械推進那樣的大型部件和裝置，如齒輪箱、傳動軸等，原動機的佈置也沒有主軸束縛，變得更加靈活。這樣，設計人員就可從整體上對戰艦上的一些裝備和設備布局進行調整，使戰艦空間使用更加充分。

  三是提高綜合作戰效能。這方面，戰艦綜合電力系統帶來的好處更多。如電力推進以電纜代替主軸，可顯著降低機械噪聲，提高戰艦的隱身性；推進電機能實現無級調速，明顯提高對指令的響應速度，使操作人員獲得更好的操作體驗；原動機始終高效運行，油耗較低，續航力高；可通過多種方式和途徑保證綜合電力系統運行的效能和可靠性，並使其具有很強的抗故障能力。

  四是可在“減人”的同時實現增效。戰艦綜合電力系統通常會採用先進的自動化控制技術，實現對自身運行的無人監測和自動控制。如此，需要較少的人員就可對其進行操控，還能降低艦員的工作強度。美國研究人員曾對阿利·伯克級和朱姆沃爾特級驅逐艦做過對比，未採用綜合電力系統的阿利·伯克級驅逐艦編制為24名軍官、272名士兵，而採用綜合電力系統的朱姆沃爾特級驅逐艦隻需編制14名軍官、106名士兵。

  技術有待完善

  戰艦的動力系統，關係到航速、續航力、機動性和隱蔽性等性能，相當於艦船至關重要的“心臟”。作為艦船推進系統與電力系統的聯合，綜合電力系統是將全艦所需的能源以電力的形式集中提供，統一調度、分配和管理。可以説，綜合電力推進系統代表了當前世界海軍艦船最先進的推進方式。然而，一些技術門檻的存在和使用維護上的問題，使各國戰艦綜合電力系統的發展呈現出不同的狀態。

  英國45型驅逐艦在這方面可謂“命運多舛”。2009年，該型艦勇敢號在其首航跨越大西洋訪問美國東岸時，突然徹底失去動力，不得不改道加拿大維修；2012年，勇敢號在波斯灣地區執行巡邏任務時，因高溫導致動力系統罷工，緊急前往巴林維修。該型艦不屈號也有類似經歷，在西非沿海行駛時，因高溫導致停電，全艦陷入黑暗；2016年，該型艦鄧肯號出海參加北約軍演，結果不出3天就出現動力故障，被拖船拖回母港；2017年11月，英國6艘45型驅逐艦皆因動力系統故障無法使用。

  需要指出的是，這些故障均源於其使用的綜合電力系統。

  美國朱姆沃爾特級驅逐艦也遭遇類似情況：2016年11月，朱姆沃爾特號驅逐艦在通過巴拿馬運河下半段，駛往母港聖迭戈途中，突然失去動力，不得不滯留在巴拿馬的羅德曼海軍基地內；2018年，該級艦邁克爾·蒙蘇爾號因一台發動機在測試中發生故障，當年秋季之前都無法列裝，雖然後來的檢查結果顯示，是燃氣輪機葉片斷裂引發的事故，並非電動系統出現問題，但這仍反映出，該燃氣輪機葉片與綜合電力系統的匹配還存在問題。

  戰艦綜合電力系統雖然好處較多，且已有不少戰艦採用，但這並不意味着性能上的盡善盡美。除了部分技術還不夠成熟外，戰艦綜合電力系統還存在一些其他問題，如該系統需要輸出效率很高的發電機組，其所佔空間與自重仍然很大，只能應用在內部空間寬裕、搭載眾多高耗能設備和武器的大噸位艦船上。這些問題，也需通過技術的不斷提升一一解決。

  然而，瑕不掩瑜，在各種戰艦推進方式中，綜合電力系統是後來者，也是最具潛力者。總的來看，其代表的不僅是動力升級，還可能是今後海戰方式的變化，海軍作戰思維的轉型。當艦船的“血液”從燃油變為電流，爭奪制海權的戰場已悄然出現在戰艦內部。（曹蒙　王利偉）