美國通用LM2500艦用燃氣輪機

研制背景

美國通用電氣公司是美國、也是世界上最大的電子設備制造公司之一，總部位于美國康涅狄格州的費爾菲爾德市。公司由多個多元化的基本業(yè)務集團組成，如果單獨排名，有13個業(yè)務集團可名列《財富》雜志500強。除了生產(chǎn)消費電器、工業(yè)電器設備外，還是著名的軍事裝備制造商。

與同樣著名的波音公司不同，通用電氣公司的名稱并非來源于創(chuàng)始人的名字，這在美國的百年老店里是非常罕見的。實際上，它來源于1876年著名的美國發(fā)明家托馬斯·愛迪生創(chuàng)立的愛迪生電燈公司。1890年，愛迪生將各項業(yè)務重組，成立了愛迪生通用電氣公司。1892年，在與湯姆森-休斯頓電氣公司合并后，成立了通用電氣公司（General Electric Company，GE)，當時的總部設在紐約。1896年，道瓊斯工業(yè)指數(shù)榜設立，通用電氣公司是當時榜上的12家公司之一。時至今日，它還是唯一一個保留在道瓊斯30指數(shù)榜上的公司。

1960年，應美國海軍的要求，通用電氣公司開始為海軍沿岸炮艇開發(fā)新型燃氣輪機動力裝置。為了提高新型發(fā)動機的研制速度，在空、海軍戰(zhàn)斗機上已經(jīng)獲得大量采用的J79渦輪噴氣發(fā)動機被選中為改裝的原型機。第一臺LM1500——這是賦予新發(fā)動機的編號，意味著它可以提供15000馬力（110325千瓦）等級的功率——從1961年10月開始裝艇進行海試，這是美國海軍艦艇第一次采用燃氣輪機作為動力裝置。

根據(jù)試驗中暴露出來的問題（主要是海水、鹽霧對發(fā)動機部件的腐蝕問題，以及使用含硫量更高、密度更大、雜質也更多的船用柴油導致的腐蝕和磨損問題），通用電氣公司在1963年獲得了進一步的開發(fā)合同，小批量試生產(chǎn)LM1500燃氣輪機來裝備后續(xù)建造的炮艇，以擴大試驗規(guī)模。到1966年，該型燃氣輪機已經(jīng)裝備了17艘“阿沙維拉”級炮艇，采用兩臺柴油機（巡航）加一臺燃氣輪機（高速）的CODOG驅動方式。經(jīng)過連續(xù)幾年的裝備試驗后，LM1500終于在1969年正式定型，除用于海軍艦艇之外，還廣泛用作工業(yè)發(fā)電、油氣泵站以及其他專用設備的動力。

鑒于LM1500燃氣輪機的研制、試用成功，艦船燃氣輪機動力裝置得到了美國海軍的認可，特別是在進行反潛作戰(zhàn)時，裝備燃氣輪機動力裝置的艦船加速性遠高于裝備蒸汽輪機動力裝置的艦船，動力性、自噪音特性又遠勝于裝備柴油機動力裝置的艦船（當時還缺少現(xiàn)代的浮筏減震技術）。這對于當時正困擾于紅色狼群威脅的美國海軍來說，的確是一種理想的解決方案。于是，美國海軍也決定將燃氣輪機化作為海軍艦船動力發(fā)展的方向。不過與英國海軍分別采用專門的小功率巡航燃氣輪機和大功率加速燃氣輪機的COGOG組合不同，美國海軍走得更遠，直接要求獲得一種全工況燃氣輪機，采用COGAG的推進組合方式。這樣可以在主戰(zhàn)艦船上裝備同一個型號的燃氣輪機，不僅能通過提高采購量來壓低采購成本，還簡化了對后勤支援的要求。

為了滿足新一代大型驅逐艦超過30節(jié)的航速要求，其動力裝置的總推進功率必須達到約10萬馬力（73550千瓦）；而為了保障動力裝置的生命力，至少應設置兩組獨立的主機。這樣，新艦應該設置4臺同樣的全工況燃氣輪機作為動力，單機功率應該達到約2.5萬馬力（18387.54千瓦）。與之相比，蘇聯(lián)海軍“卡辛”級驅逐艦的動力裝置由8臺1.1萬馬力（8090.5千瓦）燃氣輪機組成，高下立見。

由于開發(fā)LM1500燃氣輪機的過程中已積累了足夠的研制經(jīng)驗，新型燃氣輪機的發(fā)展合同毫無懸念地落到了通用電氣公司手中。鑒于新型燃氣輪機的功率等級比LM1500上了一個臺階，一般班的航空噴氣發(fā)動機已經(jīng)難以滿足要求。當時美國空軍最大、最重的飛機是研制中的C-5“銀河”重型運輸機，其上將要裝備的通用電氣TF39渦輪風扇發(fā)動機是當時推力最大的發(fā)動機，該機當仁不讓地成為改裝新型燃氣輪機的最優(yōu)選擇。

TF39渦輪風扇發(fā)動機的源頭來自于1959年，當時美國空軍提出“輕重量燃氣發(fā)生器”計劃，后改稱“先進渦輪燃氣發(fā)生器計劃”。這是一個由美國軍方牽頭、軍工界共同參與的先進航空技術預研計劃。由于燃氣發(fā)生器屬于渦輪發(fā)動機的核心部分，其性能高低決定了發(fā)動機的總體水平，技術難度也最大。通過開展“先進渦輪燃氣發(fā)生器計劃”，可以對關鍵技術進行先期研究，同時對燃氣發(fā)生器（核心機）進行裝機環(huán)境下的試驗驗證，從而降低型號研制的技術風險、縮短周期、減少成本。

1963年，在“先進渦輪燃氣發(fā)生器計劃”的支持下，通用電氣公司開發(fā)出第一臺“先進技術核心機”——GEI。GEI核心機由14級軸流式高壓壓氣機、環(huán)形燃燒室與2級冷卻式高壓渦輪組成，主要參數(shù)為：空氣流量32公斤／秒，壓比11，推力2272公斤，壓氣機前五級靜子可調，直徑0.61米，長度1.78米。在GEI的基礎上，