舰船综合电力系统的内涵

传统舰船的动力系统和电力系统是相互独立的。动力系统解决的是舰船的推进问题，主要包括能源发生装置、推进机组、轴系、推进器和保障、监控等辅助设施。动力系统的设计需要考虑舰船的机动性、经济性要求，应能在任意正车功率与倒车功率（或反之）之间连续快速变换，满足舰艇的续航力要求。所以一般需要采用组合的联合动力装置，高功率动力装置满足全速航态的功率需求、机动性要求，低功率动力装置满足巡航航态的经济性、续航力要求。

传统动力系统组成示意图

电力系统解决的是全船用电问题，主要由电源设备、配电系统、负载组成。为了提高系统运行的灵活性，适应舰船各种不同航行工况的需求，发电系统的电站一般由大容量发电机组和小容量发电机组构成。大容量发电机组的原动机一般采用燃气轮机或者汽轮机，小容量发电机组的原动机一般为燃气轮机或柴油机。为了保证舰船的生命力和供电连续性，一般设置前后两个电站。不同机组的原动机的调速性能差异极大，突加、突卸负载时转速稳定时间相差一个数量级以上。传动的电力系统无法实现不同频率发电机的并联运行，而且调速性能差异太大导致不同容量发电机组并联运行时功率分配严重不均，系统无法稳定的并联运行。

综合电力系统的组成示意图

相互独立的动力系统和电力系统使得舰船系统复杂、设备分散、效率低下、可靠性差、维修保养量大。综合电力系统将传统舰船中相互独立的动力系统和电力系统合二为一，以电能的形式为推进负载、脉冲负载、通信、导航和日常设备等供电，实现了全船能源的统一供应、分配、使用和管理。采用综合电力系统，不仅可以为舰船负载提供电源平台，而且能简化舰船动力系统结构，提高舰船系统效率、降低舰船噪声能级，代表这舰船动力系统未来的发展方向。

综合电力系统的应用场景

舰船声隐身技术的重要作用

与民用船舶不同，舰船的噪声性能关系到其隐身性能以及作战时的生命力。

对于潜艇来说降低噪声，可以带来5个方面的收益：

提高潜艇隐蔽性，减少反潜探测距离，提高作战性能；增加本艇声纳探测距离；减小反潜兵器的命中概率；提高本艇水声对抗器材的作用效果；降低舱室的空气噪声，改善艇员的生活居住条件，提高战斗力。

舰船隐身性能的作战效用

对于水面舰船来说，当声辐射超过一定量级就会激发水雷引爆，舰船本体的噪声也会造成己方传感器的探测性能。当舰船的噪声每降低6dB，敌方被动声呐的作用距离可降低50%，每减小声辐射强度10dB，可降低敌方主动声呐70%作用距离，提高本舰声呐作用距离%。

舰船振动噪声的主要形式

舰船的振动噪声主要包括机械噪声、推进噪声和水动力噪声三种类型。机械噪声是指潜艇上的各种主辅助机设备的振动通过基座、管路和空气噪声向船体传播，船体以振动形式向水中辐射形成的噪声。舰船上配备了大量的动力机械，如各种原动机（汽轮机、燃气轮机、柴油机）、流体机械（各种水泵、油泵、空压机）。这些机械有往复式的、旋转式的，功率越大其自身的振动就越大，噪声越高。

推进噪声包括螺旋桨噪声和轴系噪声。螺旋桨的转动产生了不均匀的伴流场，进而形成了噪声，主要有空化噪音和叶片振动的唱音。为了不使螺旋桨空化，抑制空化噪音不许限制螺旋桨转速。而螺旋桨的转速与航速、推进效率相关，与控制噪声之间是矛盾的。推进主机与螺旋桨直接通过轴系进行连接。而主轴的材料性能、制造工艺、安装精度、重力作用、使用磨损、船体变形等因素会造成轴的扭转振动、回转振动。

推进噪声的仿真结果，螺旋桨空化造成噪

水动力噪声是由不规则的、起伏的海流流过舰船表面形成的噪声。水动力噪声是不规则的，与航速、船体结构有关。

综合电力系统对舰船减振降噪的促进作用

减振降噪有两条途径：一是振源抑制、二是传递抑制。前者取决于设备设计、后者取决于系统设计。而采用综合电力系统的舰船，可以同时在这两个方面进行降噪。

振源抑制：

振源数量直接减少。综合电力系统采用电力推进，取消了推进所需的原动机。推进用的原动机为了满足全速运行时的高航速高功率，以及巡航时低功率的经济性，通常需要配置两台以上。综合电力系统采用环形电网区域配电，减少了舰船所需的发电机组、变流机组种类和数量。这里减少的设备包括直接用于发电的机组、用于推进的原动机，以及保障机组、原动机运行的辅助系统中的辅助机械（如燃油、滑油输送用的泵组、冷却系统的循环水泵等）。

舰船动力舱室

可选用中高速原动机、原动机可工作在最佳工况点，以同时获得较高的效率和较低的噪声水平。传统机械推进方式，由于原动机需要通过传动装置带动螺旋桨，在不同的航速下，需要对原动机进行调速已发出不同的功率，其转速运行范围广，因此其噪声频谱也宽，控制也更困难。采用综合电力系统以后，原动机的转速与螺旋桨转速无关，原动机的功率与推进功率无直接关系。因此原动机可以运行在最佳工作点，而对具体某一工况点的噪声是比较好控制和消除的。对于中高速原动机产生的中高频振动噪声，可以采用隔振装置或者减振浮筏进行处理。

推进器的选用更加灵活，可以采用无轴推进器。无轴推进器将高效永磁电机、轴系、舵及尾推进器集成为一体，除变频器以外的推进装置安装在船舶外部，不占用舱内空间，具有体积小、重量轻、效率高、振动噪声小的特点。无轴推进器取消了动力系统的轴系、简化了操纵系统，同时可以抑制螺旋桨叶片的空化，因此在噪声的数量级上有明显的降低。

无轴推进器

传递抑制：

主机振动的传递抑制。传统的舰船直接推进系统中，连接主机和推进器的齿轮箱等传动装置将主机噪声直接向水中传播。对于采用电力推进的舰船，螺旋桨轴系与推进电动机连接，推进电机与主机之间只有电缆的柔性连接，取消了变速齿轮箱，切断了主机振动向外界传播的一个途径。

典型柴油机动力振动传递路径

发电机组振动的传递抑制。综合电力系统消除了原动机转速和母线频率之间的相互影响。原动机可以和发电机直接连接，无需使用减速齿轮或增速齿轮，发电机的转速可以突破转/分的限制，提高了系统的效率和功率密度，降低了设备的噪声振动水平。

系统总体减振优化。采用综合电力系统的舰船原动机与螺旋桨不用布置在同一轴线上，主机的布置更加灵活性；同时环形电网区域配电的模式，使得发电机组的布置也十分灵活。因此可以将所有振动大的原动机、辅机集中布置浮筏隔振装置上。由于设备集中布置可以充分利用设备本身的质量，降低中间筏体的质量，节约空间。而对于各原动机可以采用集中的冷却、燃油、滑油系统，有效地减少辅机数量降低机械噪声、减少海水进出口数量降低水动力噪声。

浮筏减振装置组成

结语

综合电力系统技术被誉为舰船动力从人力、风力到蒸汽动力再到核动力之后的第三次革命，可以显著提升了舰船各方面性能。综合电力系统技术的应用大大提高了舰船的声隐身性能，增强了舰船的生命力和战斗力。

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