第九十四章 燃气轮机舰艇

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　　“很好，很感谢大家那么配合，下面我们来谈一谈一些我们海军建设中的革命性新技术的发展方向。首先是动力方面，目前帝国的柴油机已经是世界最强的了，还可以继续深化下去，不过这个领域没什么革命性，我要说的是，我们应该在船用引擎领域引进一类完全不同的引擎，那就是燃气轮机。”

　　“燃气轮机？这不可能，维勒安先生，燃气轮机目前业内效率最高的才打到19%，几年前甚至是13%，而现在最好的蒸汽轮机已经被证实是可以接近25%的效率，单台功率出力也比燃气轮机大得多。”布罗姆福斯造船厂和西门子公司的技术总监纷纷开口质疑维勒安的建议。

　　要解释这个问题，首先需要知道燃气轮机和蒸汽轮机发展的技术瓶颈差异。

　　燃气轮机和蒸汽轮机都是使用透平叶轮在高热高压的工质气体吹动下带动转轴转动做功的热机，从最终的做功部分的原理来说，两者是很相似的。

　　它们的区别在于，蒸汽轮机是把燃料燃烧后的热能用于加热锅炉中的水，让高温水在蒸汽发生器中制造高压水蒸汽来作为驱动工质，因此需要笨重庞大的锅炉。而且多了一道锅炉加热的过程就多了一道热交换，众所周知每次热交换最起码要带来30%的能量损耗，在热能利用不发达的时代，这个数字甚至可以达到60%，而蒸汽轮机要进一步提高效率，现在的科学家也多半是在提高热交换上做文章。

　　到了燃气轮机这里，这一道热交换就直接省略了，庞大笨重的锅炉也不再需要，因为燃气轮机使用的工质，是燃料在燃烧腔（和内燃机的燃烧腔类似）内使用轴流式空气压缩机加压燃烧后（和内燃机的压然性质差不多）产生的高温高压废气本身直接冲向叶轮做功。从热交换效率和设备体积来说，因为不用水蒸气介质和锅炉，燃气轮机必然是未来船用动力取代蒸汽轮机的一个重要方向。

　　那么，燃气轮机的劣势或者说技术瓶颈在哪里呢？闲言休絮，最关键的一点在于燃烧废气要达到和水蒸气相同的做功压强及出力的话，工质气体的温度要高的多，众所周知使用水蒸气作为工质的时候，因为水是100℃就会沸腾的，当使用200~300℃温度的高压水蒸气去冲击叶轮的时候，做功效果就已经不错了——这个温度指标对于20世纪的冶金水平来说毫无压力。

　　但是以压燃式的燃气轮机来算的话，因为要实现无点火直接压燃（例如：机油机就是点火，柴油机就是压燃），本身燃烧前气体的压强和温度已经较高，要达到出力效果并且带动轴流的压缩机的话，没有700~800℃的燃气温度的话，效率根本不可能看。

　　也就是说，对于燃气轮机来说，工质废气做功时的压强和温度越高，燃气轮机的效率就越高，压缩机上损耗部分的功率占叶轮总输出功率的比例就越小——这就带来了燃气轮机发展地第一个也是最重要的一个瓶颈，也就是热机腔体和叶轮叶片材料在超高温超高压情况下的性能，纯铁在1500℃就会融化成铁水，超过1200℃就会开始软化，如果再考虑到为了加强其他机械和抗扭矩性能而在铁材里面参入其他金属制成合金，其耐高温性能就会进一步下降，这也就是为什么人类明知使用1300乃至1500℃的工质气体做功会让燃气轮机的效率比7~800的时候提高数倍，但是直到80年代都没有人做到，实在是因为材料科学不允许。

　　后世人们在研发超高温燃气轮机的时候，终于发现了只用镍甚至是钴来作为燃气轮机叶片的基材，综合解决了叶轮材料的耐高温和机械性能。但是就20世纪30~40年代的材料科学水平，且不说特种合金材料的技术积累根本做不到，就算做得到，以德国现有的自然资源布局，大批量把用作高档合金“添加剂”的镍甚至更稀有的钴当作基材主料来使用无疑是在放希特勒的血，就好比一个盐都吃不起的人你却让他把盐拿来当饭吃。

　　所以，维勒安的话一

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