海军军舰革命性推进技术——整合式电力推进系统

整合式电力推进系统（全电推进）

整合式电力推进（Integrated electric propulsion，IEP），其是由美国海军在上个世纪90年代提出的新兴舰船动力方式。

在IEP系统中，主机的动力全部先通过发电机转成电力，再通过配电设施来供应船上一切的次系统；而在IEP架构下的推进系统，就是用来带动推进器的电动马达，算是系统之中的一个吃电负载，不再由主机通过传动齿轮来直接带动。由于电力管理分配技术的大幅进步，整合电力推进系统之下，主发电机所产生的交流电力可直接通过管理系统经过变压而任意分配给所有不同的负载，而不是过去的单独供应或转换成直流的方式。

通俗地讲，以前是靠发动机输出动力后靠变速器减速后由传动轴带动螺旋桨,这传动轴是钢的,笔直一根,还不能太长,这就限定了动力舱的布置位置必须离螺旋桨近,还得在船舶底部,噪声大.而且这传动轴总还有点长度,得穿透好几个舱室,还要转,不利于水密舱的密封.同时变速器的传动损耗大,维护要求高.由此可见,缺点是不少的,虽然通过把发动机装在一个可振动的平台(浮筏)上减少对舰体直接传递振动噪声,变距螺旋桨,在船倒行时不必使其倒转,以此减少变速器的复杂化等措施,仍不能解决损耗及安全等问题,这才引进了全电推进。

这种方式就是发动机直接带动发电机,再由电动机带动螺旋桨,这样问题基本都解决了.发动机可以安装在舰上任何地方(当然要保证线路不能太长,确保损耗低),方便了设计,现基本布置在中间船体防护最好的地方,没有了传动轴这活动部件,就可以将安装在浮筏上的发动机再增加隔音措施,电缆是软的,随你怎么弯,而且不是活动部件,在穿过舱室可以做到完全密封,保证了水密隔舱的使用.变速器取消了,电动机调节转速很方便,反转也很方便(调节电源相位).而且少了传动轴变速器这些大家伙,船体空间利用率也提高了.现在舰上设备用电量剧增,统一了能源方式,所以全电推进是未来了发展趋势,坦克装甲车辆也不例外.

在1994年，美国海军提出一项名“整合动力系统(Integrated electric propulsion，IEP）的概念，这是“海军先进船舰轮机计划”（Advanced Ship Machinery Program，ASMP）的其中一个项目。在IPS系统中，主机的动力全部先通过发电机转成电力，再通过配电设施来供应船上一切的次系统；而在IPS架构下的推进系统，就是用来带动推进器的电动马达，算是系统之中的一个吃电负载，不再由主机通过传动齿轮来直接带动。由于电力管理分配技术的大幅进步，整合电力推进系统之下，主发电机所产生的交流电力可直接通过管理系统经过变压而任意分配给所有不同的负载，而不是过去的单独供应或转换成直流的方式。

为了精确调控全舰所有的电力，满足船舰上各式各样性质不同、电压各异的负载， 整合电力推进需要一套精密复杂、由电脑控制的功率管理系统（Power Management System，PMS），其主要的控制功能包括对各项装备进行控制、监视与保护，例如控制马达的启动/调速/反转、防止电机与马达过载、监测各装备的运转数据（包括电压、电流、频率、温度、压力等）；而PMS则根据船舰各系统不同的运转情况与负载需求，在电脑的运算下进行电力分配。万一部分供电系统发生故障，PMS还需自动采取应变措施，由其他可工作的输配电网路尽快恢复船舰供电运转。

整合电力推进系统可大幅简化整体轮机的结构，它以电缆传递能量，取代了传统系统复杂庞大的齿轮、轴系、液压管路等等，可节省许多体积重量，多出的空间便可用于增加燃油、武器筹载量或人员居住空间；而电缆贯穿舱间的设计也远比机械与液压管路简单，可简化船舶的设计与建造工作。此外，主机的安置也比以往更自由且更紧致，不一定要如同以往设于舰底；例如可将主机放置于烟囱下方，使得维修拆换更加容易，也可减低传至水中的噪讯。传统推进系统由于笨重庞大、限制繁多，会相当程度地影响船舶的设计构型；而采用整合电力系统后，船舶更能依照流体力学设计进行最佳化，理论上可节省10%的推进功率需求。

省去大批复杂机械后， 整合电力推进系统的购置与维修成本、故障率、系统复杂度等皆可大幅降低（因为电动马达的可靠性极佳，探钻油井或邮轮上的大型马达，输出数千马力、上万小时不需维修的例子可谓稀松平常），噪音与震动亦大幅减少。而全电力系统依赖高度自动化数位功率控制系统，也可降低全舰配置的人力需求，有助于降低船舰服役期间的整体成本。

再者，整合电力推进系统使得船舰不必拘泥于传统的“螺旋桨─船舵”动力与方向控制配置，而可以采用新型的囊荚式推进器（Podded Propulsor）。囊荚式推进器乃将电动机与螺旋桨的组合安装在一个荚舱里，并将此一荚舱以一旋转基座“悬吊”在船尾，而舰体只需要提供荚舱内电动机所需的电力即可。要改变船舰行进方向时，就转动囊荚推进器以改变推进方向。

传统的船舵依靠舵效应来改变船只行进方向，然而舵效应必须在一定的水流速度下才能生效，而且势必产生延迟与较大的能量损耗；如果能让推力来源转向，直接靠着反作用力的方向来决定船只航向，便能免除传统舵面的种种问题，大幅增加操控的灵活度，使船舰的回转半径大幅缩小，甚至可能实现原地回转。取消船舵、大轴也利于降低阻力，而且囊荚推进器的外壳可根据流体力学进行优化设计，能有效减少阻力与噪音振动。根据美国国会研究处的研究报告，全电力推进船舰若搭配囊荚式推进器，可进一步节省4~15%的操作成本。生存性方面，以往贯穿舰体舱间直通舱外的大轴，往往是舰体水密性的致命弱点，而囊荚推进器也可以免除这个弱点。

然而直到本世纪初，囊荚式推进器仍不算是一种够成熟到可用于第一线大型作战舰艇的推进方式，许多使用此种推进器的民间大型船只都面临组件受力过巨而需要频繁维修的问题，对于经常需要急遽加减速以及重视战场可靠度的作战舰艇而言并不合适；而虽然囊荚推进器可以避免许多大轴带来的问题， 但由于把电动机与推进器都整合在一起并放在船舱以外，需要进入干坞才能维修，不仅不利于第一线即时处理，遭受鱼雷攻击时更需要直接承受爆震，甚至可能直接掉落脱离船体；而传统布置方式则可确保主机、传动系统都在舰体内部，不仅受到保护，也能对电动机实施第一线的即时维修作业。再者，囊荚推进器把电动机放在囊荚之中，因此比传统舰内布置方式更容易遇到尺寸问题；对于中型的高速作战舰艇而言，功率足够的囊荚推进器很可能超过舰体所能安装的上限，除非采用新科技的马达在更小的体积内产生更高功率。

更重要的是，由于电推系统的动力传输是通过高压输电线来完成的，在战时一旦输电系统被敌方打断，那么纵然它的设计性能是多么的优秀，在这时只是一个漂浮在海上的活靶子。其次，当舰艇断电后，舰艇上对电力依赖性极高的各种武器和设备也会同时瘫痪。一旦断电，这些东西平时虽说武德充沛，但这时就是一个就像是被人看着的模型一样。对电力依赖较高的船被断电之后的惨状可以参考二战时北卡罗来纳号的遭遇，它在海战中被击中发电机断电后，整艘船无法进行最基本的还击，以至于被雾岛号战列舰重创。

总结来说，整合式电力推进在当前还不是一种完美的东西，优点很多缺点也很明显，但它的前景十分广阔。