回顾或阐述人类的动力史,就仿佛从井里打水上来。除了选择木桶,用铁桶、塑料桶都会造成不同的功效!

关键是,取水上来可以是人拽,也可以用辘轳、风力、马拉等方式!而这套功做下来,一般会产生二到三个热词:马力(匹)、牵引力,也可能包括扭矩!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(1)

“玻羊车界”跟各位同好分享了那么多车辆,为体现一种车辆的性能,也离不开“马力、牵引力、扭矩”这3项指标;可是大多也仅限于内燃机,其实人类至今为止,提供动力最大的原动力机依然离不开“蒸汽”!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(2)

“蒸汽”的英文为steam [stiːm] (n.)。它干的活,寻常人一般爱用“马力”来表示。“马力”(horsepower)一词在西方又与“瓦特”(瓦)共通,这里的“瓦特”也就是1769年改进完善了蒸汽机的发明家-詹姆斯·瓦特;中文则喜欢用“匹”来表示。1马力(1hp)约等于735瓦特;公制单位情况下,“1马力”最形象的理解,就是一匹健壮的英国马,连续牵引抽水机8小时的一个均值——1秒内完成75千克力・米!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(3)

“马、煤、蒸汽”最终堆砌起了人类的近代文明,“文明”又往往喜欢返璞归真,在上世纪兴起过一阵“蒸汽朋克”热,可看作是人类对蒸汽时代的一种致敬!本世纪以来,我们又希望通过电来解决除人力以外的动力问题!可是人类最终用什么解决“电”的来源问题?——在发明蒸汽机之前,马和风是人类最常借用的做功工具,如今我们显然有理由选择核能!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(4)

作为人类最顶级技术级别的“核能”,民用领域有核电站,核动力卫星(苏联);在军事方面则有核动力航母、核潜艇!一般1艘核动力航母或战略核潜艇的核反应堆,就可以满足一个城市的用电量,其造价如果用种树来表示的话,基本都“亿棵”以上级别!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(5)

不过,核能、核动力依然没有离开“烧开水”的概念;只不过将煤、重油等燃料用核裂变反应代替罢了!无控的核裂变的最终结果是蘑菇云;在异常坚固、高度隔绝,且可控的核裂变就会产生极强的热量!将这种热能通过介质传递出来,然后去加热纯水,水烧开后产生的水蒸汽,再通过蒸汽去驱动特制的涡扇,涡扇转动产生的力,可以去带动舰船的螺旋桨,其它机械,也可以带动发电机——这就是目前人类获得最高动力或造电的本源!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(6)

对于一艘8-10万吨的美国超级航母而言,无论是之前常规动力的“福莱斯特”级、“小鹰”级,还是现在的“福特”级核动力航母,其动力的原理本质依然没有改变!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(7)

航空母舰作为人类可建造的最大型武器,例如美海军的“福莱斯特”级、“小鹰”级,我国的“辽宁”号、“山东”号,以及俄罗斯的“库兹涅佐夫”号等,均选择了蒸汽动力。其中“福莱斯特”级航母的主机由蒸汽锅炉、过热器、蒸汽轮机、冷凝器和减速齿轮装置等组成。其锅炉炉膛容积为258m³,炉膛热强度674x106/4x106kJ/m,总受热面积1412mf;蒸汽蒸发量可达1182Vh,蒸汽压力8.45IMPalatm,过热蒸汽温度为540°C,蒸汽锅炉效率0.89。在《上世纪九十年代,为何一支T-55坦克群就从世界上凭空消失了?》一文中,笔者在介绍T-54/55坦克发动机的效率时,曾提到V-54的传动比为0.7。依此来看,蒸汽动力的效率依然要高于内燃机!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(8)

“福莱斯特”级航母上,共有8台蒸汽锅炉;另有4台工作压力为6-8.45Mpa,热蒸汽温度达450-510°C的蒸汽轮机,该舰总功率达17万马力!在此之后的“小鹰”级,总功率提高到28万马力,其单机功率为7万马力;与之相比,“库兹涅佐夫”和“瓦良格”号原装蒸汽动力的单机功率为4.5万马力!而“辽宁”舰作为一种重型常规动力航母,安装有8座KVG-4立式增压锅炉和4台TV12-4型蒸汽轮机,其动力设置与“福莱斯特”级类似,单机功率为5万马力,其总功率高达20万马力!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(9)

目前,已知的80万吨级油轮,依旧选择“烧开水”(蒸汽轮机)作为动力!这也体现出蒸汽动力具有:“单机功率大、震动小噪声低、可靠性高、寿命长、燃料范围广和效率高”等特点。当然,假如航母最终也走向“全电”,我国以及西方国家在研的“兆瓦”级的燃气轮机,可能是综合效率最好的一种动力——我们当然还是希望我国的超级航母能使用核动力,也就是用核裂变的热能去“烧开水”!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(10)

蒸汽动力不仅在海洋上为人类推动着几千至几十万吨的船舶,也曾霸占着陆地动力的各个领域!不仅有蒸汽动力的火车,还曾有过一阵子“蒸汽汽车”热!例如美国法兰西斯和费特兰兄弟在1911年研制成功的“斯坦利62型”蒸汽轿车,具有127公里/小时的最高时速和72公里的最大行程。

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(11)

早在1771年,法国人尼古拉·约瑟夫·居纽就发明了一种没有刹车装置的蒸汽动力火炮牵引车!该车能够将4吨重物或1门数千公斤重的24磅野战加农炮,以3.6公里/小时的时速拖拽7.8公里!当然,该车需要每隔15分钟,就要停下来进行检修或加水加煤......

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(12)

1906年,我国汉阳铁厂为轧制钢轨所订购的一台蒸汽机,自重250吨,具有8000马力,平均每小时蒸汽耗量达36吨。这台原动力机,也代表了那个时代人类向蒸汽机索取的巅峰!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(13)

在人们的印象里,蒸汽机除了维多利亚时代黑雾笼罩的伦敦,就是“傻大黑粗”,除了能出膀子傻力气,什么精巧事儿也干不来!其实不然,借用“蒸汽朋克”的文学作品或《蒸汽男孩》等动漫影视作品的构思;人类当初如果真的在蒸汽动力这条路上“一蒸到底”,也并不是穷途末路!

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(14)

例如曾走进人们生活的蒸汽电梯!在1812年,一位叫查尔斯·巴贝奇的英国数学家、发明家、机械工程师、管理学家,花掉了约等于能造两艘军舰、22台蒸汽火车头,外加银行家父亲留下的全部资产,就想研究出一台以蒸汽为动力的纯机械计算机......

核动力引擎进化(人类的动力史不过是烧开水)(15)

其实,无论是蒸汽机还是内燃机,人类产生动力的原理都极其粗暴简单。人类所骄傲和值得吹嘘的,仅是过程层面的精雕细琢!无论是化油器还是电喷,多气门或单气门、四缸或十二缸的内燃机,或黑烟滚滚的蒸汽机,都是一种热能转换!内燃机/燃气轮机通过燃料爆燃产生的力去驱动曲轴、轮轴做功,再用水或空气带走利用不了或不可控的热量;而蒸汽机与内燃机截然相反,要借助腾腾蒸汽去做人类想让它干的事情......

(备注:本文标题源自于“赵青芜”的一条评论留言;图片来源于各网络媒体,特此声明!)

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