德国涡轮叶片：打造无畏的心脏5-燃油锅炉与齿轮减速

打造无畏的心脏

1905年10月2日，皇家海军划时代的“无畏”号战列舰公开下水，震惊了全球海军，作为第一艘“全装重型主炮”（All Big Gun）的战列舰，“无畏”号的出现开启了“无畏舰”时代的来临，从此“全装重型主炮”的战列舰，被统称为“无畏舰”，而在此之前的战列舰，则被称为“前无畏舰”。

与引人瞩目的“全装重型主炮”的武备设计一样，“无畏”号战列舰在动力设计上同样是划时代的，在“无畏”号上，蒸汽轮机第一次作为战列舰的动力主机出现，从此成为了战列舰动力的主流，不过，战列舰汽轮机动力的发展，并非像“全装重型主炮”概念那样迅速一统天下，而是经历了相当曲折的过程。

燃油锅炉与齿轮减速汽轮机

实际上，对于汽轮机的关注，尤其是直结式汽轮机的问题，不仅仅是各国海军，对于邮轮公司来说，运转平顺，高速性能好的汽轮机，是非常好的邮轮动力，但是直结式汽轮机的效率问题也是颇让人邮轮公司踌躇的，在这个问题上，以蓝飘带为目标的丘纳德公司相当激进，还在在无畏舰建造时，就确定了将大功率直结式汽轮机作为其下一代大型豪华邮轮“卢西塔尼亚”号的动力系统，虽然在卢西塔尼亚号试航时出现了高速时螺旋桨湍流导致船尾共振的情况，一度只能限速航行，但是仍然在1907和1909年两度短暂夺取蓝飘带，而从“卢西塔尼亚”号手上两度夺走蓝飘带的是她的姊妹船“毛里塔尼亚”号，经过改进的“毛里塔尼亚”号在1909年以26.06节平均航速夺取了蓝飘带，并且将其保持了10年之久。而白星公司则更加重视邮轮的豪华和燃料经济性，在其奥林匹克级豪华邮轮（“泰坦尼克”号就属于该级）上，采用了三级膨胀往复蒸汽机和汽轮机混合的动力系统，其两舷两轴由两台往复蒸汽机驱动，而中间一轴则由利用往复蒸汽机排出的废汽推动的低速低压涡轮驱动，以充分利用蒸汽能量，这也能看出所谓“泰坦尼克”号是为了竞争蓝飘带赶路才造成船难谣言的无稽，以往复机为主动力的泰坦尼克号设计最大航速只有23节，巡航速度21节，而在“泰坦尼克”号订购之前一年，“卢西塔尼亚”号创造的23.99节的西行记录和23.61节的东行记录，就已经超过了“泰坦尼克”的设计最高航速。即使不考虑往复机糟糕的维持高速的性能，1912年竣工的“泰坦尼克”号就算跑死也不可能打破毛里塔尼亚号在1909年就创造的平均航速26节以上的记录。

卢西塔尼亚号

泰坦尼克动力布局

面对直结式汽轮机的续航力问题，英国皇家海军虽然能忍，但是如果有更好的解决方案，皇家海军当然也会予以考虑，燃油锅炉就此被纳入了视线，重油很早就被作为燃煤锅炉的助燃剂使用，也就是所谓煤油混燃锅炉，而随着技术提高，燃油锅炉的优势越来越明显，首先热值较高的重油能够提供更高的续航力，其次，加油比加煤更简单更干净，也更容易实现航行中补给，同时，液态的燃油可以通过喷嘴雾化喷入炉膛燃烧，燃烧效率更高，加热更加均匀，升火升汽速度更快，对于皇家海军来说，唯一纠结的就是当时英国本土出产优质无烟煤，却不出产石油，战时有可能出现燃料短缺问题，不过皇家海军燃油化进程虽有波折，但是仍然走了下去，而石油对于世界主要产油国的美国来说更不成问题，而燃油锅炉带来的续航力增加则正中美国海军下怀。

但是皇家海军在对直结式汽轮机的运用中，随着功率和速度增大，又出现了新的问题，就是空泡效应导致螺旋桨由于空泡效应造成的实际输出功率下降超出预料，导致战舰无法达到设计航速，甚至在一些轻型军舰上与设计航速相差颇多。实际上，在“透平尼亚”号试航期间，帕森斯就注意到了螺旋桨高转速下严重的空泡效应问题，并且设计了空泡水槽对此进行研究，而要将空泡效应有效降低，那么降低螺旋桨转速是唯一真正有效的途径，而要让高转速的汽轮机，带动低转速的螺旋桨，最直接也是最有效率的办法就是齿轮减速，同时，通过齿轮联动减速的方式，也能将涡轮机中转速不同的各压力级联合起来驱动同一个螺旋桨轴这样既能使汽轮机和螺旋桨都能工作在适合的转速区间，而且也能充分利用蒸汽的压力和能量。

但是设计齿轮联动减速面临着相当多的问题，首先就是涡轮机的经济转速非常高，而螺旋桨的经济转速相当低，这就需要减速机构具有相当高的减速比，大减速比齿轮组需要非常高的加工精度，并且其材料和设计需要能够在舰用汽轮机的高转速，高功率和相应的扭矩下具有高可靠性和高使用寿命，另外，齿轮联动也需要重新设计汽轮机的控制系统，维持不同压力级的涡轮组在不同的输出功率下的转速比不能发生大的波动。所以，齿轮联动减速这个看似简单的问题，在当时的技术条件下，要实现并不是一个简单的工作，到1910年，帕森斯公司才拿出了第一个实用化的舰用齿轮减速蒸汽轮机方案。

齿轮减速汽轮机解剖，可以看到巨大的主减速齿轮

帕森斯齿轮联动减速机构

帕森斯

不过，就在英国人对帕森斯齿轮联动减速蒸汽轮机的测试和完善工作顺利进行时，第一次世界大战爆发，战争中断了新的战列舰的建造，而在战前开工的战列舰仍然在使用直结式汽轮机，1915年，英国皇家海军决定在新建战舰中全面使用齿轮联动减速汽轮机，不过，在1915年1月开工的两艘声望级战列舰已经来不及更改设计了，不过，同年开工的勇敢级大型轻巡洋舰就改用齿轮联动减速汽轮机作为主机，而“胡德”号则是第一艘使用齿轮联动减速汽轮机的真正主力舰，当然，这个“第一”也埋下了日后“胡德”号悲剧的第一根棺材钉。