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主题:【原创】推动大象的屁股 -- 晨枫

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  • 家园 【原创】推动大象的屁股

    在所有的军舰中,航母要算大象了。推动这大象的屁股可是不容易,不光要考虑一般的舰船动力问题,如直接推进还是全电推进,还要考虑航母的特殊性。具体来说,就是要和起飞方式一同考虑,还要考虑甲板上的烟雾问题。

    航母动力大体有四种:核动力、蒸汽轮机、燃气轮机和柴油机。

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    柴油机用于巨型船只是有先例的,Emma Maersk号集装箱船排水量接近16万吨,就是单台柴油机驱动的

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    柴油机也是巨无霸,单机功率接近11万马力

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    Emma Maersk(浅蓝)和航母比比,要大多了

    柴油机的特点是省油、可靠,噪声和振动大。柴油机适宜于长时间稳定地满负荷工作,而不适宜于经常加减速。航母在行进途中经常需要调转方向和加减速,在起飞和回收的时候需要迎风加速,起飞和回收作业完成后回到航线航向并减速到经济航速,否则即使航母有足够的航程,护航舰队也吃不消这么个长时间的冲刺式航行。柴油机不适合这种方式的航行。另一个问题就是如果采用蒸汽弹射,还需要另外设置锅炉,产生蒸汽弹射所需要的高压蒸汽。这样叠床架屋,动力系统的空间和燃油效率很低。柴油机的废气还容易在甲板上形成黑烟,正好吹入下降中的飞机的航迹,如果不至于对发动机的安全工作和寿命造成影响的话,至少对飞行安全很不利。柴油机适宜于用来直接驱动,现代巨型柴油机的单机功率已经十分巨大。但柴油机也有用于全电推进的邮轮的,要是用于全电推进,可以用几台较小的柴油机分别连接发电机,各自按最优工况运行。这一点比较灵活。现代航母还没有用柴油机动力的先例。

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    蒸汽轮机动力的“肯尼迪”号航母(近处)和核动力的“罗斯福”号航母(远处)在一起

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    烟囱在右舷舰桥顶上,数字“67”就是在烟囱的结构上,烟囱外飘,尽量减少烟雾对甲板上空的影响

    蒸汽轮机是传统的大型船舶推进方式。蒸汽锅炉产生的高压蒸汽推动汽轮机,汽轮机直接驱动螺旋桨,或者带动发电机。用于直接驱动的话,汽轮机的单机功率容易做得足够大,可以几台锅炉共用一台汽轮机,避免齿轮箱耦合的麻烦。用于发电,那更是和常规的发电站无疑,任何具备一点工业基础的国家都很熟悉。蒸汽锅炉产生的高压蒸汽可以和蒸汽弹射系统分享,比柴油机推进更加合理。但蒸汽锅炉的升火、加速比较慢,系统庞大、复杂,使用和维修都很麻烦,在现代军舰中已经用得越来越少了。

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    皇家海军的“无敌”级小航母是现在已知的唯一一级燃气轮机驱动的航母,不过这还是直接驱动,当然没有汽电联合的事情

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    民用汽电联合系统已经广为应用,用在航母上,可以在全电推进的同时,产生蒸汽弹射所需要的高压蒸汽

    燃气轮机是大多数现代军舰的标准动力,具有体积小、启动快、噪声和振动低的优点。但燃气轮机的耗油率较高,单机功率也不够大,用于直接驱动航母级的大型军舰的话,需要很多燃气轮机并联,耦合的齿轮箱不仅复杂,而且带来一定的功率损失。但如果不用直接驱动,而是用全电驱动,燃气轮机反而可以热效率比柴油机和锅炉还好,这是有汽电联合系统(co-generation)实现的。换句话说,燃气轮机的轴功率用于直接驱动发电机,高温尾气则进入废热锅炉,产生高压蒸汽,或者用于蒸汽弹射,或者用于汽轮机发电,极大地提高了全系统的热效率。通过电气耦合的多台系统并联工作,单机功率不足也不再是问题。在常规动力中,这或许是最适合航母的。但燃汽轮机的进气和排气量最大,对甲板风的影响也最大,这是在航母上使用的不利之处。Co-gen是比较新的东西,在西方电力工业中也是80-90年代以后才开始,至今尚未出现在航母上也就不奇怪了。

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    “企业”号航母、“长滩”号巡洋舰和“班布里奇”号驱逐舰组成全核动力舰队,在1964年环绕世界不加油,成为一时美谈

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    大名鼎鼎的“尼米兹”级航母当然也是核动力的

    但大型航母最合适的动力还数核动力。核动力通过反应堆产生高压蒸汽,推动汽轮机,或者直接驱动螺旋桨,或者用于发电。在60年代时,美国海军打造过全核动力的航母特混舰队,“企业”号航母、“长滩”级巡洋舰和“班布里奇”级驱逐舰(当时用了一个奇怪的名称“驱逐领舰”)浩浩荡荡地环绕全球也不需要途中加油,一时轰动世界。实际上,航母核动力的主要目的不在于无限航程,在舰上飞机燃油和弹药有限的情况下,无限航程本身并不能带来无限的作战能力。美国海军后来再也没有建造核动力巡洋舰或驱逐舰,但继续建造核动力航母。实际上,在“企业”号之后,除了“小鹰”级四艘(现已全部退役,但“企业”号还在服役)继续沿用改进的“福雷斯特”级的常规设计,美国海军的航母全部采用核动力。航母采用核动力的主要原因是避免挤占飞机燃油、弹药和机库的空间,最大限度地增强携载的战斗持续力。更重要的是核反应堆容易产生大量的蒸汽和淡水,供蒸汽弹射系统使用。如果不用核动力,产生淡水和蒸汽耗用的燃料将非常可观,极大地影响航母的自持力。苏联对舰船核动力并不陌生,1959年下水的“列宁”号破冰船就是核动力的,此后还陆续建造了9艘核动力破冰船,最后一艘是1993年下水的“50周年胜利”号,原本用来纪念卫国战争胜利50周年,但到2007年才最后完成舾装。苏联的“库兹涅佐夫”级没有采用核动力,并非苏联缺乏核动力技术,而是一方面是避免核动力的高昂成本,另一方面是采用滑跳起飞,没有产生大量蒸汽和淡水的需要。

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    苏联对于船用核动力并不陌生,苏联的“列宁”号核动力破冰船1959年就下水了,现已退役,作为博物馆

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    这是又一艘苏联核动力破冰船“北冰洋”号

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    “基洛夫”级巡洋舰也是核动力的

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    “库兹涅佐夫”级没有用核动力,并不是苏联缺乏相关技术,而是有其他考虑

    核动力用于航母在技术上并不比核电站更难。直接用潜艇的核反应堆可能有功率不够的问题,或者需要多用几个反应堆,或者用放大的反应堆。这些都在中国的技术能力之内。相对来说,蒸汽轮机的技术前途有限,超大功率柴油机和燃汽轮机都不是中国的强项,大功率船用蒸汽动力对中国也很陌生,相比之下,核动力反而是中国的最优选择。

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    • 家园 【文摘】我国R0110重型燃气轮机可用作国产航母主动力

      http://mil.news.sina.com.cn/2009-04-07/0337547844.html

      动力: 常规动力

        航母有常规动力,即柴油动力和核动力。其中核动力可以持续航行十几万海里,周游全球。每个航母战斗机可以有效控制400—500海里半径的海域。目前世界上绝大多数航母为常规动力,仅仅有12艘为核动力,也仅有美国和法国掌握核动力航母技术,前者的11艘航母全部为核动力。中国虽然早就自己研发核武器,也拥有核动力潜艇,不过综合各方面考虑首艘航母依然是采用常规动力,而不会上来就采用核动力。军事专家李杰分析说,建造航母必然是循序渐进的,动力方面应先从常规动力开始,将来技术或者经济条件合适了,逐渐过渡到核动力上来,中国航母不可能一步到位,常规动力是中国首艘航母的必然选择。来自人民网的网友引述《现代兵器》报道,我国自主研究的第一台重型燃气轮机——R0110重型燃气轮机设计与研制项目已经取得突破性进展。R0110预期输出功率 114500千瓦,热效率36%,可以作为中型常规航空母舰的主动力。

    • 家园 重型燃气轮机已经研究出来了,

      不知是否会用在未来的航妈上.

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    • 家园 说说班布里奇号和驱逐领舰的故事

        文中晨枫说到驱逐领舰这个怪名字,顺道插一句。班布里奇被定名为驱逐领舰是有原因的,二战后,美国海军吸取护航队的教训,仍然保留了大量驱逐舰的编制。但在实际应用中却发现,同样舰体的驱逐舰用于组织护航队在承担旗舰的角色上力不从心。你想啊,这驱逐舰本意就是为了驱逐敌方鱼雷艇、潜艇一类小型舰只而来的,人员吨位那个紧凑啊。难怪老的简氏一向把驱逐舰和鱼雷艇是放在一块统计的。要在放个护航队司令部班子上去,套个现在时髦的词,那得外挂。但要派巡洋舰去护航,海军又不甘心,毕竟原来的轻巡洋舰这个级别已经没有了,让一上校舰长去干护航队的活,难度是……大大滴。得,海军作战部的哥们寻思半天,倒也挠出主意。在原来驱逐舰的舰体上放大一点,正好可以放下一个护航队司令部的班子。好嘛,立马把原来驱逐舰的舰体放大,当护航队的旗舰用。这一放大了,原来的驱逐舰名称也不好使了,干脆就叫“驱逐领舰”吧。再派一中校,也算是人尽其才、物尽其用。

        实际使用了几年,发现这不和铁幕那边大打出手的话,这护航队是没啥指望了,驱逐领舰也没啥大用,再一看吨位,好家伙,也快赶上巡洋舰了。再琢磨一下,咱们还是改回来吧,班布里奇又被改成了巡洋舰,中校立马变上校,也算是因祸得福。

        所以班布里奇环球归来后没多久,就改成了巡洋舰。原来号称的全核动力航母编队也就昙花一现,就此歇菜。

    • 家园

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    • 家园 这破冰船这么大个,也是靠压力破冰么?

      有没有兼做情报收集?

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