马伟明的N项技术突破对中国海军的意义。。。

马伟明,出生于1960年,江苏镇江市扬中人。曾就读于海军工程学院(现在的海工大)和清华大学,海军技术专业少将军衔,动力与电气工程专家,工程院院士。

舰艇上和电有关的部分,综合电力系统、电磁弹射,电磁炮。

上世纪八十年代,中国某型新型常规潜艇立项,需要从德国进口高效能的十二相整流发电机系统,结果验货的时候,发现该电机存在固有振荡问题。这种振荡会不仅产生强烈的噪音,如果震荡指标超过临界点,会造成整个动力系统瘫痪。动力系统一旦瘫痪,对潜艇后果不堪设想。如果使用这种电机,那么潜艇性能就无法达到设计要求。马伟明提出质疑,对方却十分傲慢,不承认存在问题。

他内心憋一股劲,回国后,带领5名成员组成的研究小组,下决心研发自己的电机。

在六年时间内,他们五加二、白加黑,进行无数次的尝试,终于找到有效消除这种振荡的方法,研制出自己的十二相发电机整流供电系统,从根本上解决这个世界性难题。

这一项科技成果不仅解决掉中国主战潜艇的心脏病,还被迅速应用到各种舰船、飞机、移动通信领域的供电系统中。该成果获2000年度全军武器装备系统唯一的国家科技进步一等奖。

2001年他当选为工程院院士;2002年,授予马伟明一等功。

一等功有多难立?在军中有这样的说法:三等功站着领,二等功躺着领(负重伤或者残疾),一等功家人领(牺牲)。这足以说明马伟明的这项技术对部队意味着什么。

他的贡献还不止于此,在十二相交流整流发电机的基础上,又研制成功交直流双绕组发电机,也就是一台发电机,既能发交流电,又能发直流电,并且能够同时供电。

这种发电机,可以完全满足整个舰艇对各种不同设备的用电需求,要直流有直流,要交流有交流,且不会产生电磁干扰。该款发电机与交直流分别供电的两台发电机组相比,体积和重量减小40%以上,工程造价降低40%以上。2002年,交直流发电机通过国家鉴定,正式生产装备部队。该发电机运营数年表现非常稳定,没有发生任何故障。

2011年初,这款产品再次获得2010年度国家科技进步一等奖。

他直接把目标瞄准世界军事科技的最前沿——舰船综合电力推进系统。

先说舰艇的动力系统,最开始是人力和风力,然后是蒸汽动力,再后来是内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机、核动力汽轮机,但都没有摆脱机械传动,都得用传动轴和齿轮组。

在一些船舶上,传动轴的长度往往占一艘船总长的五分之二,占据不少体积,而且大量高速转动的机械,不仅仅损耗能量,还导致大量的噪音,降低舰艇的隐身性能。所以美英等海上强国,从上世纪80年代就开始研究综合电力系统,也就是原动机输出电力,通过电线把电直接送到螺旋桨上,省去传动轴和齿轮。同时还可以用电力驱动通信、导航、武器设备、日常设备等,大大简化舰艇的动力系统结构,提高舰艇的效率,降低振动噪声,被誉为舰船动力的革命。

而且用全电驱动,不管是柴油机还是燃机轮机,亦或是蒸汽轮机作为原动机,格局部署也不再受到限制,多机并联也比较灵活,本质就是并网发电即可,全电驱动是大势所趋。

当时发达国家的技术路线是中压交流,比如美国的DDG-1000驱逐舰和法国的西北风登陆舰,但是马伟明发现他们的缺点,那就是设备体积偏大、效率偏低,供电连续性不高、故障频发。

举个简单的例子,原动机转速直接影响交流电的频率,如果几台原动机转速不一致,那么他们之间互相互影响,甚至会造成冲击电压,可能严重损害发电机组和设备,不利于系统稳定。还有一点,中压交流系统,依然需要变速箱和主轴带动螺旋桨,这样的话噪音还是会有一部分通过主轴传到水中。交流电还有个缺点,那就是导体内部电流分布不均匀,电流集中在导体的皮肤,越靠近导体表面,电流密度越大,这种现象叫做趋肤效应,相比直流电要费导线。

马伟明提出新的技术路线——中压直流技术路线。

为此,他先后3次召集全国顶尖专家研讨,结果遭到一致反对,说英美都没走这条路线,我们肯定走不通。专家的反对意见也不是没道理,主要是技术不成熟,面临诸多未知挑战。但困难是公平的,对我们是困难,对对手来说也是困难,谁先克服谁领先。马伟明选择迎难而上。

为什么他选择迎难而上,那就是为解决高能武器上舰的问题。中压直流关键时候可以踩油门,不用担心一踩油门频率不匹配的问题。

既然是前所未有的选择,遇到的困难也是前所未有,领先世界哪有那么容易。如果很容易就做到,那也很容易被反超。

2006年,马伟明瞄准电磁弹射器,这是航母的核心部件,决定战机能否能从航母上顺利起飞。但是经费有限,国家最终还是决定研发蒸汽弹射,蒸汽弹射器是目前最为成熟的弹射器,已被多个国家广泛采用,虽然其性能也已接近极限。几个亿的资金都给蒸汽弹射,而电磁弹射被否决,一分钱经费都没有。

最近消息,由于马伟明的成果,原本上蒸汽弹射的003型航母工程被紧急叫停,经过再次论证,要上电磁弹射了。

他的科研历程,剧本几乎都是连着的。从解决固有振荡,到发明十二相电机,再到交直流电机,再到中压直流综合电力系统,然后是电磁弹射。

马伟明早就“蓄谋已久”——也就是高能武器上舰。

电磁射程可高达200公里(甚至400公里),也就是比火炮自由十倍。由于射速高达5-8倍音速(马赫),堪比导弹,以前电磁炮只存在于科幻电影中,但是2018年初,936号海洋山号登陆舰引起大家的注意,因为经过重大改装,船头出现一门体积庞大、造型怪异的舰炮。

2016年底美国决定放弃电磁炮。美国刚解散研究电磁炮的团队,拆了研制电磁炮的实验室,中国这边就公开自己的电磁炮。

由于马伟明在电力综合系统的贡献点燃一颗科技树,中国的武器研发突然从必然王国进入到自由王国,开始肆意发挥。

2017年马伟明团队首创潜艇无轴泵推,由于没有传动轴,极大地降低噪音,应用到下一代潜艇上,让中国的潜艇变成大洋黑洞。

也正由于他贡献突出,2017年被授予新设立的八一勋章。八一勋章是中国军队的最高荣誉,每五年才授勋一次,第一批只有十人。

总之,马伟明的团队,通过综合全电、电磁弹射、电磁巨炮,无轴泵推等一系列原创性成果,让中国海军现代化实现一个大跨越。

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