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马伟明团队又一人立功 解决国产舰艇动力难题

战略观察2019-08-23 17:468A+A-

马伟明团队又一人立功 解决国产舰艇动力难题

据国内众多新闻媒体报道,毕业并长期工作于海军工程大学的马伟明院士门下得意弟子:王东教授于近日被授予2019年度军队一等功,这也是继2018年度海军工程大学肖飞教授被授予军队一等功之后,作为海军马伟明院士科研创新团队的中的又一成员被授予军队至高荣誉。除此之外,2018年11月,年仅40岁的王东教授还荣获了何梁何利基金科学与技术奖中的“青年创新奖”,并于今年首次入选中国工程院2019年院士增选候选人名单,并成功进入第二轮评审。那么,王东教授因什么成果而屡获军内外殊荣呢?本文根据国内外一些公开资料做一背景解读。

马伟明团队又一人立功 解决国产舰艇动力难题

随着未来海上作战方式的深刻变革,欧美等强国海军正在大力发展所谓全电力战舰,诸如电磁弹射系统,舰载电磁炮已被提上装备日程,各类武备电气化如火如荼地进行,推进方式也从原先的内燃机升级为电力驱动,大幅提高了隐身性能和航程。为了赶超欧美等发达国家先进水平,避免形成“代差”,围绕舰船动力高端装备性能提升问题,早在2002年,以海军工程大学马伟明创新团队为主承担军用新型高速异步交流感应发电机研制任务时,时年24岁的研究生王东就被委以重任,执掌主设计师一职,并取得重大进展。据军事观察家推测,在其基础上研发的高度集成化的带蒸发冷却的高速异步整流发电机,因其体积小巧,可直接与燃气轮机,蒸汽轮机相连,单台发电量可高达5到10万千瓦 ,为我军全电舰的发展打下了坚实基础,笔者推算,其技术成果为国家舰艇动力研究至少省了十几个亿。

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而传统的舰船发电机组,多采用减速齿轮箱将高速原动机(汽轮机或燃气轮机)与中低速发电机相连,其重量、体积庞大,且振动噪声不符合隐身要求。因此,在未来舰船综合电力系统中,高速交流整流型发电机已成为发电模块的主要发展方向。美国海军的最新资料表明其全电舰的发展路线已做重大修改,基本与我军相同。在军用舰船电力推进方面,考虑到螺旋桨的水动力特性,民船使用的直流驱动推进电机由于转速偏低,其体积重量过大,已无法满足新一代全电力战舰的使用需求。目前世界上最先进的舰船电力推进系统是美国DDG1000驱逐舰上搭载的法国阿尔斯通公司(现已被美国GE公司收购)研制的20兆瓦级新型交流感应电动机方案,其转矩密度可达100千牛/平方米,其性能较普通工业级异步电机提高了近8倍,材料利用率已接近极限。

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针对我国发展高端装备的战略部署,以及在973计划“高效能电机系统可靠运行与智能控制基础研究”项目的资助下,王东教授联合军内外众多科研团队,利用多相绕组设计、强迫式蒸发冷却技术、谐波注入等创新思想,大幅提升了国产大功率感应电机的转矩密度( 100 千牛/平方米 ) ,同时实现电机效率>96.5%,其重要技术指标已和阿尔斯通公司同类产品持平。该项研究成果可广泛的推广应用于大型水面舰艇( 如驱逐舰) 或潜艇上,具有重大的军事意义,将其军转民后还可以推广应用于民用船舶、汽车和电力机车等推进领域。

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大功率飞轮储能系统是满足飞机电磁弹射,高能武器上舰能源供给的关键技术,在马伟明院士的指导下,王东教授等军内外科研团队经多年苦心研究,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,其脉冲功率几十兆瓦,秒级内消耗的电能达几十甚至近百兆焦,公开资料表明2010年该团队研制出50兆瓦/120兆焦的储能样机方案。其后为了得到更高的储能密度,进一步提高转子转速,又开展了复合材料大功率飞轮储能模块的研究,为国产电磁弹射系统最终战胜蒸汽弹射系统做出了重大贡献。除此之外,王东教授还在大功率稀土永磁电机系统集成、深海条件下高效能电机系统的设计与降噪隐身运行,轴流式喷水推进器这些项目中取得重要进展,成为我军电力推进、独立电源系统等方面的主要研发者之一。(作者署名:小鹰说科技)

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