大型集装箱船、油船用二冲程低速柴油机驱动,热效率高,而且因为转速够低,不需要齿轮箱,直接驱动螺旋桨,进一步提高热效率、降低机械损失。这些船的速度要求不高,加速要求更加不高,主打远洋航行,匀速长跑才是正道。

游轮多用柴油-电力驱动。一组四冲程中速柴油机的噪声、震动都比一台二冲程低速柴油机低得多,还容易根据负荷情况灵活启停和轮流运转,使得磨损均匀。柴油机不直接驱动推进,而是发电后,通过全船的综合电力系统,部分用于推进,部分用于一般供电。推进也用可转动的电动吊舱,推进、转向一体,靠泊不再需要拖轮帮忙,特别有利于频繁停靠。

航母的动力要求与这些大船不一样。不仅吨位大,航速高,还要频繁加减速。起飞、着陆时全速前进增加相对速度,有利于增加起飞重量、降低着舰相对速度,巡航时不仅没必要全速,也有利于提高整个舰队的续航力。

6万吨级“辽宁”号有20万马力,8万吨级“小鹰”号有28万马力,“尼米兹”级反而只有26万马力。“福建”号和“辽宁”号一样,也是4机组,但不知道功率多少,估计在25-28万马力级。

燃气轮机的马力很大,但055也只有15万马力。把055的GT25000燃气轮机从4台增加到8台,可以满足常规动力8-10万吨级的动力要求,但机组太多,机械复杂性太高。

003的一号、二号弹射位的问题可以通过加长前甲板来解决,把“福建”号增加到10万吨级应该可以解决问题,但动力也要相应增加。

“福建”号的蒸汽动力机组不知道是什么技术水平,是亚临界还是超超临界(压力>22.12MPa、温度>580C),也不知道是否采用了综合电推。超超临界发电技术的系统热效率可以提高到45%左右,是中国电建的成熟技术,高于传统蒸汽动力的20-40%,也有利于与综合电推相整合,但还没有已知的用于舰船推进的先例。

与常规的亚临界机组相比,超超临界机组采用直流锅炉,没有常规汽包锅炉的巨大汽包,设备结构紧凑,占地面积小。在汽轮机方面,蒸汽参数高意味着蒸汽密度大、容积流量小,因此高压缸通流部分尺寸减小,总体布局更紧凑。虽然对钢结构的耐热耐压要求提高,需要使用更加高级的特种钢,在同等出力下,管壁厚度和结构件总体积减小,总重量通常小于同容量的传统机组。

25-28万马力还嫌不足。采用电弹后,电力要求增加,“福特”号的吨位没有比“尼米兹”级增加太多,但功率提高到35万马力。

假定“福建”号为25-28万马力而且已经实现综合电推,在此基础上,再加两台GT25000燃气轮机发电机组作为加速动力,应该就很够10万吨级新航母用了。简单循环燃气轮机发电的热效率在30-40%。联合循环可达60%,但需要重量大、体积大的废热锅炉、汽轮机,而且热工参数与超超临界没法统一,只能是分别系统,不适合舰用,更加不适合作为体积、重量要求较小的加速动力。燃气轮机加速动力还是以简单的燃气轮机发电为宜。

蒸汽动力部分相对不再需要频繁增减出力,有利于操作和效率。

一个问题是进排气。003用中舰岛构型,便于4机组锅炉的进排气。后舰岛最大限度地腾空中前甲板,极大提高甲板上飞机的调度效率,提高出动率,但传统上只有核动力才能用后舰岛。

在后舱增加燃气轮机加速动力后,燃气轮机也有进排气需求,而且进排气需求比同等功率的锅炉更大。还是中舰岛的话,燃气轮机的进排气损失太大。一个办法是双舰岛,但占用甲板面积太大。另一个办法是后舰岛,中置锅炉的进排气要求由后舰岛解决。

这需要甲板下的横向大型通气道,但依然有客观的进排气损失。这可以用强制通风解决,不影响锅炉工作。

强制通风需要动力,在纯锅炉时代,这意味着需要柴油辅机发电,才能完成启动和停车。蒸汽动力时代的航母只有紧急照明用的柴油辅机,更大功率的柴油辅机被看做不必要的麻烦。锅炉意外停止工作时,也不一定有时间及时启动柴油辅机保持供电,确保高温燃气不至于把烟道和附近结构烤坏了。所以横向通风道强制通风在纯锅炉时代属于“看上去很美”的异想天开,极少采用。

现在有了燃气轮机加速动力,可以完美地用作锅炉的启动和关停动力,确保强制通风的风机供电。当然,锅炉运转起来后,就可以把燃气轮机停下了。会需要不间断电池,即使燃气轮机还没有启动但锅炉一下子全停的极端情况下,也确保电动风机能不间断工作。这也是燃气轮机的启动电力。进排气通风道本身还可以用海水冷却,降低高温影响,增加气流密度。电动风机还控制风道的气流,确保均匀分布,也便于轮流运作。

总之,在新技术条件下,蒸汽-燃气轮机联合循环或许是对常规动力航母不错的选择,还解决了后舰岛问题。电动风机的耗电、风道占用的舰体结构与整体布局的优化相比,可能是可以接受的损失?

蒸汽-燃气轮机联合动力在60年代曾经被英国采用,用于几级驱护舰上,既利用起蒸汽动力成熟、省油的特点,又利用燃气轮机出力大、启停快的特点。但那时采用机械耦合,系统复杂,传动损失大,抵消了优点。后来就基本上没有再采用。

现在重走老路,又不是完全的老路。电耦合、综合电推没有机械耦合的问题,又是中国船舶推进的强项,或许是值得一试的路子。说起来,004的后段有一个神秘的小开口,不知道是干什么用的。貌似有一道纵隔,很符合双机组燃气轮机加速动力的猜想。当然,这猜想有几分是真,或许会随着建造的进度而见分晓。

这样的构型也便于快速过渡到核动力-燃气轮机联合动力,用较小的核动力作为巡航动力,轻小的燃气轮机作为加速动力。这抵消了一部分核动力不需要舰用燃油的优点,但较小、较简单、更安全的核动力的好处是显然的,增加的舰用燃油并不一定影响舰队运作,反而可能与护航舰队加油同频。