LM2500燃气轮机的发展趋势

目前，用于舰船推进的LM2500和LM2500+燃气轮机的总运行时数已经超过惊人的5千万小时，这是其他任何一种舰船燃气轮机都难以企及的高度。这一切都得益于LM2500的高性能、高可靠性和高利用率，也得益于其不断的升级改进。从最初的25500马力(18755千瓦)到G4的 47370马力(34841千瓦)，LM2500连续跨越了两个功率等级的台阶，从而充分满足了客户的需求。可以说，LM2500是最优秀、最成功的燃气轮机。从目前世界燃气轮机发展的趋势来看，很难再出现一种可以挑战甚至超越这座丰碑的新型燃气轮机了。而且燃气轮机属于高技术产品，研发必须具备雄厚的工业基础和长期不断的投入，目前世界上真正能设计、制造船用大功率燃气轮机的厂商数量也很少。

1960年，应美国海军的要求，通用电气公司开始为海军沿岸炮艇开发新型燃气轮机动力装置。为了提高新型发动机的研制速度，在空、海军战斗机上已经获得大量采用的J79涡轮喷气发动机被选中为改装的原型机。第一台LM1500——这是赋予新发动机的编号，意味着它可以提供15000马力（约11 兆瓦）等级的功率——从1961年10月开始装艇进行海试，这是美国海军舰艇第一次采用燃气轮机作为动力装置。根据试验中暴露出来的问题（主要是海水、盐雾对发动机部件的腐蚀问题，以及使用含硫量更高、密度更大、杂质也更多的船用柴油导致的腐蚀和磨损问题），通用电气公司在1963年获得了进一步的开发合同，小批量试生产LM1500燃气轮机来装备后续建造的炮艇，以扩大试验规模。到1966年，该型燃气轮机已经装备了17艘“阿沙维拉”级炮艇，采用两台柴油机（巡航）加一台燃气轮机（高速）的CODOG驱动方式。经过连续几年的装备试验后，LM1500终于在1969年正式定型，除用于海军舰艇之外，还广泛用作工业发电、油气泵站以及其他专用设备的动力。鉴于LM1500燃气轮机的研制、试用成功，舰船燃气轮机动力装置得到了美国海军的认可，特别是在进行反潜作战时，装备燃气轮机动力装置的舰船加速性远高于装备蒸汽轮机动力装置的舰船，动力性、自噪音特性又远胜于装备柴油机动力装置的舰船（当时还缺少现代的浮筏减震技术）。这对于当时正困扰于红色狼群威胁的美国海军来说，的确是一种理想的解决方案。于是，美国海军也决定将燃气轮机化作为海军舰船动力发展的方向。不过与英国海军分别采用专门的小功率巡航燃气轮机和大功率加速燃气轮机的COGOG组合不同，美国海军走得更远，直接要求获得一种全工况燃气轮机，采用COGAG的推进组合方式。这样可以在主战舰船上装备同一个型号的燃气轮机，不仅能通过提高采购量来压低采购成本，还简化了对后勤支援的要求。为了满足新一代大型驱逐舰超过30节的航速要求，其动力装置的总推进功率必须达到约10万马力（73550千瓦）；而为了保障动力装置的生命力，至少应设置两组独立的主机。这样，新舰应该设置4台同样的全工况燃气轮机作为动力，单机功率应该达到约2.5万马力（18387.54千瓦）。与之相比，苏联海军“卡辛”级驱逐舰的动力装置由8台1.1万马力（8090.5千瓦）燃气轮机组成，高下立见。由于开发LM1500燃气轮机的过程中已积累了足够的研制经验，新型燃气轮机的发展合同毫无悬念地落到了通用电气公司手中。鉴于新型燃气轮机的功率等级比LM1500上了一个台阶，一般班的航空喷气发动机已经难以满足要求。当时美国空军最大、最重的飞机是研制中的C-5“银河”重型运输机，其上将要装备的通用电气TF39涡轮风扇发动机是当时推力最大的发动机，该机当仁不让地成为改装新型燃气轮机的最优选择。TF39涡轮风扇发动机的源头来自于1959年，当时美国空军提出“轻重量燃气发生器”计划，后改称“先进涡轮燃气发生器计划”。这是一个由美国军方牵头、军工界共同参与的先进航空技术预研计划。由于燃气发生器属于涡轮发动机的核心部分，其性能高低决定了发动机的总体水平，技术难度也最大。通过开展“先进涡轮燃气发生器计划”，可以对关键技术进行先期研究，同时对燃气发生器（核心机）进行装机环境下的试验验证，从而降低型号研制的技术风险、缩短周期、减少成本。1963年，在“先进涡轮燃气发生器计划”的支持下，通用电气公司开发出第一台“先进技术核心机”——GEI。GEI核心机由14级轴流式高压压气机、环形燃烧室与2级冷却式高压涡轮组成，主要参数为：空气流量32公斤/秒，压比11，推力2272公斤，压气机前五级静子可调，直径0.61米，长度1.78米。在GEI的基础上，衍生出了三型值得注意的验证机——GEI/6、GE9和GE1/10。1964年5月，美国空军针对新型远程重型运输机的需求，提出发动机和飞机机体招标，其中要求发动机达到18000公斤级的推力。1965年4月，通用电气公司以GE1/6验证机参与投标，战胜了竞争对手普拉特·惠特尼公司。1965年12月，新型TF39发动机首次试车，1967年6月开始试飞，到了1968年10月，TF39发动机便开始了生产型交付。在获得美国海军的新型燃气轮机开发合同之后，1968年4月（这时TF39还未正式投产），通用电气公司以TF39涡轮风扇发动机的核心机为基础，开始了新型LM25OO燃气轮机的研制。

从上世纪70年代初正式投入使用以来，LM2500系列燃气轮机已经销售了2000多台（包括工业和舰船），占据了世界舰船燃气轮机的绝大部分份额。目前，用于舰船推进的LM2500和LM2500+燃气轮机的总运行时数已经超过惊人的5千万小时，这是其他任何一种舰船燃气轮机都难以企及的高度。
这一切都得益于LM2500的高性能、高可靠性和高利用率，也得益于其不断的升级改进。从最初的25500马力(18755千瓦）到G4的47370马力（34841千瓦）,LM2500连续跨越了两个功率等级的台阶，从而充分满足了客户的需求。可以说，LM2500是最优秀、最成功的燃气轮机。从目前世界燃气轮机发展的趋势来看，很再难出现一种可以挑战甚至超越这座丰碑的新型燃气轮机了。而且燃气轮机属于高技术产品，研发必须具备雄厚的工业基础和长期不断的投入，目前世界上真正能设计、制造船用大功率燃气轮机的厂商数量也很少。
由于日益复杂、昂贵的作战系统推动了舰船大型化，从1990年代以来，大功率燃气轮机已经成为各国海军舰船动力需求的主流。新一代大功率燃气轮机的输出功率普遍超过了3万马力（22065千瓦），最大功率已经达到约5万马力（36775千瓦），效率也大大提高了，简单循环效率达到约40%，复杂循环效率达到42%，如果引入废气锅炉组成燃-蒸循环，效率可以达到50%甚至更高。根据大功率船用燃气轮机的发展趋势可以推断，未来10～15年内，4万到5万马力（29420千瓦～36775千瓦）功率等级的燃气轮机足以满足各国海军对于大中型水面舰艇主动力装置的要求。