最近西大国驱逐舰在南海驱逐舰掉电趴窝4天的事情,不过对这个事情也是见怪不怪了,西大国这几年在南海出事的军舰可不少,驱逐舰都不算啥;
不过这次故障实在诡异,虽然伯克驱逐舰由于设计太早,很多细节考虑不是太到位,但这极端事故战时在被反舰导弹命中才有可能出现,但是现在没有打仗,并没有到出的时候!
大家都知道伯克驱逐舰,最明显特征是相控阵雷达,但相控阵雷达需要足够电力才能工作,所以配置了大功率三台发电机,并且做到了分开布置、互为备份;
那么本文先从科学角度来说一下伯克的电机组的设计特点、优势,以断电的可能性——共模故障风险。
伯克级的供电架构和全电军舰完全不一样,是典型的机械推进加独立燃气轮机发电的组合。舰上四台LM2500燃气轮机,专门负责驱动螺旋桨,只管机动推进,完全不参与发电。
而整艘军舰所有的设备用电,不管是宙斯盾雷达、导弹武器、航电系统,还是日常照明、空调、生活用水,全部依靠三套独立的舰用燃气轮发电机组供电,全程没有轴带发电机辅助补电。
不同批次的伯克舰,发电能力差距非常大。早期的Flight I和Flight II批次,也就是本福尔德号所属的批次,搭载三台AG9130燃气轮发电机,单台功率2.5兆瓦,总发电容量7.5兆瓦,电网采用450伏低压交流制式,机组源自成熟的航空发动机改型。
到了Flight IIA批次,升级为AG9140发电机,单机功率提升到3兆瓦,总发电量达到9兆瓦,电网制式保持不变。最新的Flight III批次,为了适配全新的SPY6有源相控阵雷达,换装了大功率AG9160RF发电机组,单机功率4兆瓦,总发电容量提升至12兆瓦,同时升级为4160伏中压加450伏低压的双总线供电模式,高压总线专供大功率雷达,低压总线兼容老设备,最大程度控制了改装成本。
单看设计参数,伯克级的发电系统优势非常突出。第一就是响应速度极快,燃气轮发电机组冷态几分钟就能启动并网,相比传统柴油发电机,能快速从巡航状态切换到高强度作战状态,随时支撑雷达满负荷开机、武器系统随时待命。
第二是设备成熟耐用,全系机组都是航空发动机改舰载版本,经过数十年全球海量部署验证完全满足军用舰艇的抗冲击、抗干扰标准,供应链完善、维护便捷,后勤压力很低。
更关键的是它的冗余抗损设计,也是最容易让人产生错觉的地方。
把三台发电机,分别布置在舰体前、中、后三个完全独立的水密舱室,用水密舱壁彻底隔开。
这套设计的初衷非常明确,就是为了应对海战战损,哪怕其中一个舱室被炸弹、碎片击中,损毁一台发电机,剩下两台依旧能正常工作;就算不幸损毁两台,仅剩一台也能维持军舰最核心的作战、通信、导航设备运转,绝对不会出现全舰断电的情况。
而且它的发电和推进系统完全解耦,军舰加速、减速、机动转向的时候,供电功率不会波动,全程稳定输出,不会因为机动动作影响作战设备运行。
既然设计得这么完善,为什么本福尔德号还会出现三台完好的发电机集体罢工情况,就是军舰遇到战时才会发生的共模故障。
简单来说,所谓的多备份冗余,只保护了发电机硬件本体,却没有保护它们共用的供油、配电、控制系统。
三台发电机物理上是隔离的,但的上游公共资源完全互通,一旦公共环节出问题,所有备份机组会集体失效,所有冗余设计瞬间作废。
先说的燃油共模风险。三台发电机各自有独立的燃烧室和喷油机构,但是全程共用同一套舰用燃油总管、燃油过滤系统和增压泵。
但燃油管路进水只有在反舰导弹命中后,产生巨大条件下才会发生,平时即便有少量进水也不会导致太大问题,大不了换一个油舱就好,所以这里有点说不通;
第二个致命隐患,就是配电母线的电气共模故障。
伯克早期批次全舰只有一条公共450伏交流主母线,三台发电机全部并联在这一条母线上并网工作。
很多人以为断路器可以隔离故障,但真实复杂海况下,一旦舰上某一台大功率设备短路、电网出现浪涌和谐波扰动,故障信号会瞬间传遍全舰电网。最先出现异常的发电机率先跳闸,剩下两台机组瞬间负载翻倍,过载保护紧接着启动,最后形成连锁跳闸,整个电网彻底崩盘。
但这种情况如果把负载切断,然后三台发电机依次启动就可以,至少军舰不会全部断电;
另外就是还有控制信号共模风险。三台发电机的并网调度、状态监测、保护,全部接入同一套舰用电力中控系统。公共控制单元、传感线路出现故障,下发错误停机指令,三台机组会同步跳闸停机,在信号故障面前完全不起作用。
但这个问题排除解决方法就是,先全部停机,检查负载,然后然后再启动,总得来说办法是有的;
而伯克级的独有设计,进一步放大了这个故障的致命后果。它没有轴带发电机,整艘军舰的推进系统完全依赖舰用供电。
所以一旦三台发电机全部跳闸、主电网失电,哪怕四台主推进燃气轮机硬件完好、毫无损伤,主机的滑油泵、液压控制系统、启动控制系统都会彻底失电,完全无法工作。
最终结果就是,一艘几十亿的主力驱逐舰,直接丧失所有动力,变飘在海上;
可能有人会问,军舰没有应急电源吗?其实伯克级配有小型应急柴油发电机和蓄电池组,但功率极小,只能勉强维持最基础的照明、报警和简易通信,根本带不动雷达、武器和推进系统,只能勉强保命,完全无法恢复作战和航行能力。
这也就解释了,为什么本福尔德号断电后,不仅宙斯盾全部瘫痪,连空调、给排水、厨房都彻底停用,舰员在封闭闷热的舰体内苦熬数日,只能依靠友舰补给生存。
即便最新的伯克III批次升级了中压双总线电网,提升了供电功率和负载能力,但依旧没有解决架构问题。依然是公共母线、公共燃油、公共中控的集中式供电架构,只是降低了故障概率,并没有根除共模故障风险,但总得来说这个故障平时不会出什么问题,只有战时出现重大战损情况下才会爆发共模故障的风险。
本次本福尔德号海上连续断电4天,是发生了平时不可能出的事故,哪怕就是一开始出现3台电机掉电,通过排除法至少也能让一台发电机运转起来,但诡异的是就没有解决,这个季节南海是高温,没有空调,缺少淡水日子很是难熬的;
但这次也算运气好,如果是台风天,主副机失灵,是非常非常危险的!
既然掉电科学解释不通,那只能玄学了,当年梁道长在南海下了咒以后,西大国军舰在南海事故不断,这都多少次还不长记性,下次就没有这个运气了!
西大国有个“铁锈地带”,就是工业衰败的化石,现在航行在世界各地的军舰也开始锈迹斑斑,变成“铁锈军舰“,按照这种态势发展下去,10年整个舰队战斗力就会减半!