日前,央视《焦点访谈》栏目日前在特别节目“科技强国的追梦人”中报道了中国工程院院士、海军工程大学电力电子研究所所长马伟明领头的团队研究的多项高技术成果。在谈到综合电力推进系统时,马伟明院士明确指出舰船应用综合电力系统的本质,还是为了解决高能武器上舰的问题。而在此之前,人们普遍认为综合电力系统主要是为了提高舰船的动力性能,降低舰船的噪声,为高能武器提供能量只是附带,但是现在马伟明的话完全颠覆了人们对综合电力系统真正目的的认识。实际上,马伟明在今年3月回答记者提问时就指出,电磁发射技术在10年内将取代化学能技术。当时,很少有人注意到马伟明特意指出的“电磁发射”,现在回过头来看,专家用词很严谨,“电磁发射”明显是与武器系统联系在一起的。
传统以化学能为能量的武器系统,如应用最广泛的火炮在发展潜力上已经快到了尽头。目前初速最快的高膛压坦克炮也就1800-1900米/秒,而且多年没有新的突破,这是因为化学能发射药的发展潜力已经被人们挖掘得差不多了。不仅如此,化学能发射药所带来的高膛压对于火炮炮管材料也提出了苛刻要求,以现在的金属材料和加工工业很难满足继续提高火炮炮管膛压的要求。然而,人们对武器系统的性能追求却一直没有停步,既然化学能技术到了一个难以突破的瓶颈,那么天生具有速度优势的高能武器就越来越受到人们青睐。
所谓高能武器,主要是指激光武器、高功率微波武器、粒子束武器、电磁轨道炮等,其中前三种的速度都是光速或者近光速,即使最慢的电磁轨道炮初速也在数千米/秒,远远超过传统采用化学能发射的火炮。目前,世界上发展最快的高能武器是激光武器和电磁轨道炮,其中一些国家,例如美国已经开始在舰船上试验激光武器和电磁轨道炮。
从技术层面讲,制约高能武器上舰的主要因素就是电力供应,因为高能武器都是有名的耗电大户,舰船上传统的电站根本无法维持高能武器持续作战所需的电力,只有综合电力系统才可以。综合电力系统的优势在于将全舰的电力进行统一调配,也就是能够很好地实现“哪里需要哪里去”。而在综合电力系统的技术研究上,马伟明团队在世界上第一个提出中压直流综合电力系统项目,技术上领先以美国为首的西方国家十年,用马伟明的话说就是“领先就领先美国”。
根据马伟明2015年在电气工程学报上发表的沦为,海军工程大学已经在舰船综合电力系统机电能量转换方面取得了关键技术的突破,为综合电力系统整体技术发展奠定了良好的基础。其中发电模块攻克了几百千瓦至数十兆瓦级整流发电机的集成优化设计、高效冷却、输出电压精确控制、关键加工工艺固化等关键技术,解决了时间常数和功率等级有量级差异的燃气轮机发电机组和柴油发电机组并联运行难题,提高了我国舰用发电机的单机容量、集成化程度、运行效率和功率密度。
电力推进模块创造性地提出了采用三次谐波注入和蒸发冷却技术的多套多相绕组大功率推进电机系统方案,突破了一系列关键技术,研制成功大容量新型感应推进电动机及其配套的变频调速装置,实现了我国舰用电力推进系统的高功率等级、高功率密度和高效率,满足了大型舰船模块化应用的需求。
储能模块突破了高能量密度、长脉宽和长寿命的惯性储能技术,创造性地提出了将拖动机、励磁机、旋转整流器及主发电机共轴集成,并将飞轮与转子合二为一的储能电机方案,提高了装置的功率密度和能量密度,解决了脉冲功率装置与不同容量电力系统适配的难题。由此可见,我国已经完全具备了综合电力系统装舰的技术条件,而这也为高能武器未来上舰奠定了坚实基础。