世界舰船柴油机技术发展回顾与展望

时志刚，刘啸波

(1.中国船舶重工集团公司，北京 100097;2.中国船舶重工集团公司第七一四研究所，北京 100192)

世界舰船柴油机技术发展回顾与展望

时志刚1，刘啸波2

(1.中国船舶重工集团公司，北京 100097;2.中国船舶重工集团公司第七一四研究所，北京 100192)

阐述了柴油机在舰船动力装备中的重要地位，总结了世界舰船柴油机技术发展情况，并对未来舰船柴油机技术发展方向进行了展望，提出了国内舰船柴油机技术“十二五”发展重点。

舰船动力;舰船柴油机

0 引言

舰船动力装置作为舰船的心脏，其技术发展水平直接反应了海军舰船发展水平。从世界各国舰船发展情况看，柴油机因具有功率覆盖范围宽、效率高、能耗低等优点，在中小型舰船动力装置中占主导地位。据有关资料显示，在国外舰船中，排水量在500 t以下的高速艇，常用柴油机做主推进动力;500～4 000 t之间的舰船，柴油机作为主动力有着极强的竞争力;而4 000 t以上的大型舰船，柴油机—燃气轮机联合推进动力装置也占有重要地位。近年来，随着计算机、电子、信息等技术的快速发展，舰船柴油机技术也迎来新的发展方向。

1 世界柴油机技术发展回顾

1.1 世界主要舰船柴油机公司及产品

世界舰船柴油机主要以大功率高速柴油机为主，随着舰船向大型化发展，越来越多的大功率中速柴油机被选作舰船主机。目前，国外生产舰船柴油机的公司主要有 MTU、SEMT、MAN、瓦锡兰、卡特彼勒、道依茨(Deutz)和新泻动力(Niigata)等。

当前，国外舰船柴油机均为四冲程机，缸径160～280 mm，转速1 000～2 100 r/min，单缸功率140～450 kW，单机功率最高达9 000 kW。表1列出了国外几种典型机型的主要技术参数表，其中强化指标最高达到38 MPa·m/s，高速机MTU大修期9 000～24 000 h，中速机MAN28/33D大修期32 000 h。

表1 国外几种典型舰船柴油机机型的主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of several types of foreign typical warship diesels

1.2 世界舰船柴油机技术发展历程

自20世纪80年代以来，世界柴油机技术飞速发展，现代柴油机已达到很高的技术水平，舰船用柴油机具有热效率高、全工况范围内油耗低、功率和转速范围广、有较低的功率体积比和功率质量比、空气耗量少、排温较低等优点，中速机与高速机技术趋向基本相同。世界舰船柴油机主要技术指标和特点发展情况如表2所示，总结起来表现为4个“提高”和1个“缩短”。

1)功率密度不断提高

柴油机强化指标是反映功率密度的重要指标。随着柴油机技术的不断进步，柴油机强化指标已迈上3个台阶:20世纪80年代中期由20提高到24，90年代中期提高至28，21世纪初提高到32。

表2 国外舰船柴油机技术发展历程Tab.2 History of the development of foreign warship diesel engines

2)可靠性不断提高

耐久性和可靠性是衡量舰用柴油机实际效用的综合性指标。世界主要柴油机公司采取各种技术措施，来提高柴油机的使用寿命和可靠性。到21世纪初，主要柴油机产品大修期较90年代中期延长了1倍。

3)智能化水平不断提高

随着电子、信息技术的发展，柴油机技术也逐步朝着智能化、自动化方向发展。相继增压技术、电控高压燃油喷射技术、电子调速器等的应用，实现了柴油机供油、启动等的全电子控制，有利于实现柴油机全工况高效运行，降低柴油机全寿命周期费用。

4)模块化程度不断提高

正如世界船用配套设备朝着“系统集成”、“模块化”等概念方向发展，世界舰船柴油机在总体优化的基础上，普遍采用模块化设计技术，将整机划分为动力、冷却、润滑、维修保养、功率输出等模块，整机零部件数量减少40%左右，便于组织生产、维修服务和系列开发。

5)研制周期大幅缩短

随着先进计算机技术和设计软件的应用，尤其是虚拟设计和制造技术的不断成熟，在积累了大量设计经验和数据的基础上，世界先进柴油机企业的产品研制周期大幅缩短，整机开发时间由原来的10年左右，缩短至3～4年。

2 世界舰船柴油机技术发展展望

随着世界海军对舰船机动性、续航力、高可靠性、高隐蔽性、低排放等性能要求的不断提高，舰船柴油机技术将会朝着以下几个方面发展:

1)功率密度进一步提高，适应性和集成水平不断增强

随着舰船吨位和航速的提高，柴油机单机功率正朝着9 000～10 000 kW发展。为此，舰用柴油机汽缸直径将会有所增大，强化指标将达到40 MPa·m/s，最大燃烧压力将达28 MPa。同时，除整机主要技术指标大幅提高外，其在各种工况下的适应性也要进一步提高。柴油机总体结构将进一步简化，模块化程度进一步提高，并朝着集成化方向发展。随着全电力推进发电模块的需求，预计未来15～20年，国外舰船柴油机的总体集成技术会有新的突破，柴油机设计研发将迈上新的台阶。同时，国外有关柴油机公司预测未来柴油机的技术指标将进一步提高，如图1所示。

图1 国外有关机构预测柴油机技术指标发展趋势Fig.1 Foreign agencies'prediction on the development of technical parameters of diesel engines

2)虚拟技术将在柴油机开发中得到广泛应用

近年来，计算机技术、网络技术、信息技术的飞速发展，使虚拟技术逐渐被用于舰船柴油机的研发。随着虚拟技术的不断发展和成熟，其将被用于柴油机设计、制造、装配、试验和维修的全过程。应用预测设计、电子样机、模拟试验及虚拟制造等技术，在计算机上进行柴油机设计、研究和试验，将大大缩短研发周期，降低开发成本，对柴油机技术发展产生深远影响。

3)智能型柴油机将大量装舰

2001年，世界首台智能机RT－flex58机开发成功，标志着柴油机将步入全电子控制时代。与传统机械式柴油机相比，智能机具备效率高、自动化水平高等诸多优点，其在海军舰船的应用推广将只是时间问题。

4)可靠性和战术性能将进一步提高

舰船柴油机动力装置的可靠性和战术性能对舰船动力装置至关重要，这也是舰船柴油机今后技术发展的重点。通过柴油机部件及系统模块化设计、高增压技术的应用、全电子控制技术、隐身技术和低排放技术的进一步发展，舰用柴油机的平均无故障时间和大修期将进一步延长，启动、加速、减振降噪等战术性能也将进一步提高。

3 结语

从国外舰船柴油机技术发展历程及表现出的趋势来看，“十二五”期间我国舰船柴油机行业应重点发展“大功率，高可靠性、智能化以及虚拟设计制造”技术，为我国海军提供优良的柴油机动力装备。

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Retrospect and expectation of the world warship diesel engine development

SHI Zhi-gang1，LIU Xiao-bo2
(1.China Shipbuilding Industry Corporation，Beijing 100097，China;2.The 714 Research Institute of CSIC，Beijing 100192，China)

The article illustrates the importance of the position of diesel engines in marine propulsion，summaries the development of the world warship diesel engine as well as the prospect of the development trend，and gives the key points of the Twelfth-Five Year Plan in the field of the development of domestic diesel engines.

warship propulsion;warship diesel engine

U664.121

A

1672－7649(2012)03－0137－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.03.032

2011－12－08

时志刚(1968－)，男，研究员，主要从事舰船动力管理。