圖為采用全電推進(jìn)系統(tǒng)的西北風(fēng)級兩棲攻擊艦。供圖：陽明

2月28日，“的黎波里”號兩棲攻擊艦交付美海軍。除側(cè)重提升航空作業(yè)能力外，該艦據(jù)稱還有一個較大特點(diǎn)：它是一艘采用全電推進(jìn)方式的軍艦。

長期以來，不少國家一直在研發(fā)全電推進(jìn)的戰(zhàn)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(yīng)用加以延伸，試圖探索用“電動”方式來解決坦克、戰(zhàn)機(jī)的一些問題。

發(fā)電機(jī)、電動機(jī)加身，似乎正在成為更多可機(jī)動武器裝備今后發(fā)展的一大選項。那么——

如果對世界上的戰(zhàn)艦、戰(zhàn)車、戰(zhàn)機(jī)推動方式稍加對比就會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前，對全電推進(jìn)系統(tǒng)可以相對成熟地加以運(yùn)用的，是一些國家海軍的艦船。而且，越來越多的國家正在對全電推進(jìn)系統(tǒng)上艦表現(xiàn)出濃厚的興趣。

在機(jī)械推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成熟的今天，為什么電力推進(jìn)方式能贏得各國海軍垂青？原因就是，和傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)相比，它具有適應(yīng)當(dāng)前艦艇發(fā)展以及未來戰(zhàn)爭需求的潛力。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)艦上用電設(shè)施越來越多，采用傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的艦船往往需要配置至少兩套原動機(jī)：一套原動機(jī)用來驅(qū)動機(jī)械帶動螺旋槳等，使戰(zhàn)艦前行；另一套用來發(fā)電，滿足艦上各類用電設(shè)施的需求。這就使得戰(zhàn)艦動力結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、造價高昂，易出故障且難以維修。

采用電力推進(jìn)方式，用發(fā)電機(jī)將艦船原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再傳輸給艦船的推進(jìn)電動機(jī)，帶動螺旋槳或噴水推進(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，而且可以延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。

采用全電推進(jìn)方式的戰(zhàn)艦，優(yōu)勢更加明顯。全艦所有原動機(jī)都用來產(chǎn)生電力，通過計算機(jī)分配和控制，電力可以迅速高效地分配給最需要的組件。這樣的動力調(diào)配方式，有利于更好地滿足電磁彈射裝置、電動升降機(jī)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(jī)械傳輸，因此艦船可以省去傳動軸系和離合器，減少甚至無需變速箱。如此，既減重量、省空間，有利于武器裝備合理配置，也使得戰(zhàn)艦更易于操控。同時，電力通過多路徑流向電動機(jī)，也可以提升艦船動力的抗毀性。

當(dāng)然，電力推進(jìn)方式所帶來的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢，不會只體現(xiàn)在戰(zhàn)艦上，這種推進(jìn)方式用在戰(zhàn)車和戰(zhàn)機(jī)上，也同樣能帶來相關(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力選項也就不足為奇了。

戰(zhàn)艦：再次駛?cè)搿叭�電推進(jìn)”時代

當(dāng)前，各國戰(zhàn)艦主流的推進(jìn)方式仍為機(jī)械電力混合推進(jìn)，即以大功率的柴油機(jī)、蒸汽機(jī)、燃汽機(jī)為原動力，高速航行時直接采用機(jī)械推進(jìn)方式；低速巡航時，依靠電動機(jī)驅(qū)動螺旋槳等，以滿足艦船經(jīng)濟(jì)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(jī)械直接推進(jìn)不同，采用綜合電力推進(jìn)方式時，艦上所有的二級能源都為電能，推進(jìn)、作戰(zhàn)等系統(tǒng)的運(yùn)行全部由電能帶動電動機(jī)來驅(qū)動。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驅(qū)動。

之所以說戰(zhàn)艦是再次駛?cè)搿叭�電推進(jìn)”時代，是因為早在上世紀(jì)初，就已有戰(zhàn)艦開始應(yīng)用全電推進(jìn)系統(tǒng)。

眾所周知，在燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，英國一直處于世界領(lǐng)先地位。但上世紀(jì)初的全電推進(jìn)領(lǐng)域，跑在前面的卻是美海軍。原因很簡單：美國當(dāng)時尚未研制成功大功率蒸汽輪機(jī)的減速齒輪。

無奈之下，其設(shè)計師在研發(fā)海軍“木星”號運(yùn)煤船時，便想到用蒸汽輪機(jī)來發(fā)電、再由電動機(jī)驅(qū)動螺旋槳。后來，“木星”號陰差陽錯被改裝成航空母艦“蘭利”號，這使它極其偶然地成為人類歷史上第一艘全電推進(jìn)的戰(zhàn)艦。

基于同樣原因，美海軍后來的“田納西”號戰(zhàn)列艦、“科羅拉多”號戰(zhàn)列艦、列克星敦級航母都采用了類似的“蒸汽輪機(jī)+發(fā)電機(jī)+電動機(jī)”推進(jìn)設(shè)計。

不過，當(dāng)時艦船上的電路抗損性較差，動力可靠性不如機(jī)械驅(qū)動的戰(zhàn)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(jī)經(jīng)減速齒輪驅(qū)動螺旋槳的時代。

上世紀(jì)80年代，隨著新型發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的問世及戰(zhàn)艦噸位增大，電力推進(jìn)概念復(fù)蘇。1987年英國率先在現(xiàn)代護(hù)衛(wèi)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(hù)衛(wèi)艦、F125型護(hù)衛(wèi)艦、“馬金島”號兩棲攻擊艦等。

這一過程中，綜合全電推進(jìn)系統(tǒng)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年開始下水的45型驅(qū)逐艦及2014年下水的“伊麗莎白女王”號常規(guī)動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(yīng)用了全電推進(jìn)系統(tǒng)。

美海軍在其2006年下水的劉易斯和克拉克級彈藥補(bǔ)給艦上驗證了全電推進(jìn)技術(shù)，并在2013年開始陸續(xù)下水的朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦上采用了全電推進(jìn)系統(tǒng)，但該驅(qū)逐艦自下水之日起便問題不斷。

同時，這一技術(shù)開始向潛艇延伸。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(yù)見，隨著更多高強(qiáng)度、輕質(zhì)量復(fù)合材料在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用，以及大功率、小尺寸電動機(jī)技術(shù)的不斷突破和發(fā)展，“全電動”戰(zhàn)艦也許將很快迎來自己的春天。

坦克：局部突破，想說“全電動”不容易

當(dāng)前，各國對傳統(tǒng)推進(jìn)動力坦克的研發(fā)、改進(jìn)與挖潛仍在繼續(xù)。與此同時，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坦克有所不同，它的火力、機(jī)動和防護(hù)都以電能為基礎(chǔ)，即不僅動力上采用電力推進(jìn)方式，而且武器裝備也將高度依賴電能，包括使用電磁裝甲、電磁炮、電熱炮等進(jìn)行防護(hù)和作戰(zhàn)。

如果按以前對電傳動坦克的定義，即只從動力上采用電力推進(jìn)方式來判定，那么，在第一次世界大戰(zhàn)期間，就已有“電動坦克”投入戰(zhàn)場。它就是法國的“圣沙蒙”重型坦克。

這種重達(dá)20多噸的坦克，動力源是一臺90馬力的四缸汽油機(jī)，通過克羅切特-考拉度電傳動系統(tǒng)驅(qū)動主動輪，帶動履帶板向前開進(jìn)。

此后，多國在電傳動坦克研制方面作過嘗試，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，這些嘗試幾乎都因電傳動技術(shù)不夠成熟歸于失敗。

德國的費(fèi)迪南/象式重型坦克殲擊車可謂這個時期碩果僅存的“電動坦克”。它曾參加庫爾斯克戰(zhàn)役，擊毀過對手的不少坦克。但是，超過60噸的體重，加上傳動系統(tǒng)方面的問題，使它在與重型坦克一起沖鋒時“情況”不斷。

在此之后，相關(guān)探索并未停止。冷戰(zhàn)期間，美國曾經(jīng)為M113裝甲車和AAV7兩棲裝甲車換裝過新型電傳動裝置，德國也在“黃鼠狼”步兵戰(zhàn)車上安裝過使用永磁電機(jī)的電傳動系統(tǒng)。

進(jìn)入上世紀(jì)90年代，隨著發(fā)電機(jī)、電動機(jī)研發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)明顯進(jìn)步，一些國家提出“全電坦克”的概念，開始以此為基礎(chǔ)研發(fā)下一代新型坦克。如美國聯(lián)合防務(wù)公司設(shè)計研發(fā)的轉(zhuǎn)型技術(shù)演示車TTD、德國馬克公司推出的LLX型裝甲車等，瑞典、法國、南非等國家也先后展開相關(guān)研發(fā)。

南非的“大山貓”裝甲偵察車通過換裝德國提供的永磁電機(jī)和使用混合鎳電池，從機(jī)械傳動裝置改裝為電傳動裝置，重量減輕1.8噸多，最大行程增加了400千米。這反映出，新型電傳動系統(tǒng)已經(jīng)在一些方面取得新突破。

除了動力系統(tǒng)上的電動化外，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(dāng)前，一些國家已研制出電磁炮樣炮，據(jù)稱可用于新型坦克。

但是，無論是電磁炮、電磁裝甲，都需要消耗大量電能，儲電裝置體積過于龐大，仍將是坦克“全電動化”研制過程中需長期面對的難題。

戰(zhàn)機(jī)：“多電”方興，“全電”研發(fā)之路仍然漫長

和戰(zhàn)艦的動力系統(tǒng)有混合推進(jìn)和全電推進(jìn)之分類似，飛機(jī)其實也有多電飛機(jī)和全電飛機(jī)之分。

一般來說，多電飛機(jī)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。換句話說，多電飛機(jī)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(jī)電作動器，用電力驅(qū)動代替了機(jī)上的液壓、氣壓、機(jī)械系統(tǒng)和飛機(jī)附件傳動機(jī)匣。

上世紀(jì)80年代中期，美國先行組織開展對多電飛機(jī)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、電力作動和發(fā)動機(jī)等多個方面。目前，相關(guān)研究成果已逐漸得到應(yīng)用，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)也因此成為具有一定代表性的多電戰(zhàn)機(jī)。

廣義上的全電飛機(jī)則是指以完整的電氣系統(tǒng)取代液壓、氣動和機(jī)械系統(tǒng)的飛機(jī)，其飛行控制和機(jī)載系統(tǒng)所需功率全部由飛機(jī)中央供電系統(tǒng)提供。從發(fā)展進(jìn)程來看，多電飛機(jī)可視為全電飛機(jī)發(fā)展的一個過渡階段。當(dāng)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。

不過，全電戰(zhàn)機(jī)的影子已在一些試驗飛機(jī)上閃現(xiàn)，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(jī)，就純粹以燃料電池、太陽能電池為動力源。作為一款全電動載人飛機(jī)，其所用的鋰離子電池模塊已完成飛行條件下的測試，電動機(jī)也已經(jīng)通過驗收。但在此之前，其鋰離子電池在熱失控試驗中遭遇嚴(yán)重失敗，以至于相關(guān)方不得不重新設(shè)計電池模塊。

而一些以太陽能電池為動力的中大型無人機(jī)，要具備夜間持久飛行的能力，也必須先過研發(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。

由此來看，即使是狹義上的全電戰(zhàn)機(jī)，打造起來也絕非易事。從這個層面來看，無論是廣義還是狹義上的“全電”戰(zhàn)機(jī)，其研發(fā)之路仍將漫長而艱難。

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