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核動力引擎進化

圖文 更新时间:2024-07-17 19:24:46

回顧或闡述人類的動力史,就仿佛從井裡打水上來。除了選擇木桶,用鐵桶、塑料桶都會造成不同的功效!

關鍵是,取水上來可以是人拽,也可以用辘轳、風力、馬拉等方式!而這套功做下來,一般會産生二到三個熱詞:馬力(匹)、牽引力,也可能包括扭矩!

核動力引擎進化(人類的動力史不過是燒開水)1

“玻羊車界”跟各位同好分享了那麼多車輛,為體現一種車輛的性能,也離不開“馬力、牽引力、扭矩”這3項指标;可是大多也僅限于内燃機,其實人類至今為止,提供動力最大的原動力機依然離不開“蒸汽”!

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“蒸汽”的英文為steam [stiːm] (n.)。它幹的活,尋常人一般愛用“馬力”來表示。“馬力”(horsepower)一詞在西方又與“瓦特”(瓦)共通,這裡的“瓦特”也就是1769年改進完善了蒸汽機的發明家-詹姆斯·瓦特;中文則喜歡用“匹”來表示。1馬力(1hp)約等于735瓦特;公制單位情況下,“1馬力”最形象的理解,就是一匹健壯的英國馬,連續牽引抽水機8小時的一個均值——1秒内完成75千克力・米!

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“馬、煤、蒸汽”最終堆砌起了人類的近代文明,“文明”又往往喜歡返璞歸真,在上世紀興起過一陣“蒸汽朋克”熱,可看作是人類對蒸汽時代的一種緻敬!本世紀以來,我們又希望通過電來解決除人力以外的動力問題!可是人類最終用什麼解決“電”的來源問題?——在發明蒸汽機之前,馬和風是人類最常借用的做功工具,如今我們顯然有理由選擇核能!

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作為人類最頂級技術級别的“核能”,民用領域有核電站,核動力衛星(蘇聯);在軍事方面則有核動力航母、核潛艇!一般1艘核動力航母或戰略核潛艇的核反應堆,就可以滿足一個城市的用電量,其造價如果用種樹來表示的話,基本都“億棵”以上級别!

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不過,核能、核動力依然沒有離開“燒開水”的概念;隻不過将煤、重油等燃料用核裂變反應代替罷了!無控的核裂變的最終結果是蘑菇雲;在異常堅固、高度隔絕,且可控的核裂變就會産生極強的熱量!将這種熱能通過介質傳遞出來,然後去加熱純水,水燒開後産生的水蒸汽,再通過蒸汽去驅動特制的渦扇,渦扇轉動産生的力,可以去帶動艦船的螺旋槳,其它機械,也可以帶動發電機——這就是目前人類獲得最高動力或造電的本源!

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對于一艘8-10萬噸的美國超級航母而言,無論是之前常規動力的“福萊斯特”級、“小鷹”級,還是現在的“福特”級核動力航母,其動力的原理本質依然沒有改變!

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航空母艦作為人類可建造的最大型武器,例如美海軍的“福萊斯特”級、“小鷹”級,我國的“遼甯”号、“山東”号,以及俄羅斯的“庫茲涅佐夫”号等,均選擇了蒸汽動力。其中“福萊斯特”級航母的主機由蒸汽鍋爐、過熱器、蒸汽輪機、冷凝器和減速齒輪裝置等組成。其鍋爐爐膛容積為258m³,爐膛熱強度674x106/4x106kJ/m,總受熱面積1412mf;蒸汽蒸發量可達1182Vh,蒸汽壓力8.45IMPalatm,過熱蒸汽溫度為540°C,蒸汽鍋爐效率0.89。在《上世紀九十年代,為何一支T-55坦克群就從世界上憑空消失了?》一文中,筆者在介紹T-54/55坦克發動機的效率時,曾提到V-54的傳動比為0.7。依此來看,蒸汽動力的效率依然要高于内燃機!

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“福萊斯特”級航母上,共有8台蒸汽鍋爐;另有4台工作壓力為6-8.45Mpa,熱蒸汽溫度達450-510°C的蒸汽輪機,該艦總功率達17萬馬力!在此之後的“小鷹”級,總功率提高到28萬馬力,其單機功率為7萬馬力;與之相比,“庫茲涅佐夫”和“瓦良格”号原裝蒸汽動力的單機功率為4.5萬馬力!而“遼甯”艦作為一種重型常規動力航母,安裝有8座KVG-4立式增壓鍋爐和4台TV12-4型蒸汽輪機,其動力設置與“福萊斯特”級類似,單機功率為5萬馬力,其總功率高達20萬馬力!

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目前,已知的80萬噸級油輪,依舊選擇“燒開水”(蒸汽輪機)作為動力!這也體現出蒸汽動力具有:“單機功率大、震動小噪聲低、可靠性高、壽命長、燃料範圍廣和效率高”等特點。當然,假如航母最終也走向“全電”,我國以及西方國家在研的“兆瓦”級的燃氣輪機,可能是綜合效率最好的一種動力——我們當然還是希望我國的超級航母能使用核動力,也就是用核裂變的熱能去“燒開水”!

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蒸汽動力不僅在海洋上為人類推動着幾千至幾十萬噸的船舶,也曾霸占着陸地動力的各個領域!不僅有蒸汽動力的火車,還曾有過一陣子“蒸汽汽車”熱!例如美國法蘭西斯和費特蘭兄弟在1911年研制成功的“斯坦利62型”蒸汽轎車,具有127公裡/小時的最高時速和72公裡的最大行程。

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早在1771年,法國人尼古拉·約瑟夫·居紐就發明了一種沒有刹車裝置的蒸汽動力火炮牽引車!該車能夠将4噸重物或1門數千公斤重的24磅野戰加農炮,以3.6公裡/小時的時速拖拽7.8公裡!當然,該車需要每隔15分鐘,就要停下來進行檢修或加水加煤......

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1906年,我國漢陽鐵廠為軋制鋼軌所訂購的一台蒸汽機,自重250噸,具有8000馬力,平均每小時蒸汽耗量達36噸。這台原動力機,也代表了那個時代人類向蒸汽機索取的巅峰!

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在人們的印象裡,蒸汽機除了維多利亞時代黑霧籠罩的倫敦,就是“傻大黑粗”,除了能出膀子傻力氣,什麼精巧事兒也幹不來!其實不然,借用“蒸汽朋克”的文學作品或《蒸汽男孩》等動漫影視作品的構思;人類當初如果真的在蒸汽動力這條路上“一蒸到底”,也并不是窮途末路!

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例如曾走進人們生活的蒸汽電梯!在1812年,一位叫查爾斯·巴貝奇的英國數學家、發明家、機械工程師、管理學家,花掉了約等于能造兩艘軍艦、22台蒸汽火車頭,外加銀行家父親留下的全部資産,就想研究出一台以蒸汽為動力的純機械計算機......

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其實,無論是蒸汽機還是内燃機,人類産生動力的原理都極其粗暴簡單。人類所驕傲和值得吹噓的,僅是過程層面的精雕細琢!無論是化油器還是電噴,多氣門或單氣門、四缸或十二缸的内燃機,或黑煙滾滾的蒸汽機,都是一種熱能轉換!内燃機/燃氣輪機通過燃料爆燃産生的力去驅動曲軸、輪軸做功,再用水或空氣帶走利用不了或不可控的熱量;而蒸汽機與内燃機截然相反,要借助騰騰蒸汽去做人類想讓它幹的事情......

(備注:本文标題源自于“趙青蕪”的一條評論留言;圖片來源于各網絡媒體,特此聲明!)

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