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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。

关键词(Tags): #纸上谈兵#鱼翔浅底元宝推荐:MacArthur,

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家园 沙发,板凳花
家园 真正板凳花

鄙视楼下的,抢了沙发就算了,还想占俺的板凳,翻过来打

家园 花,同意

核动力是航母的不二选择。但是就中国现在的核工业,对于舰用动力堆水平如何,实在是信心不够。

如果走立项--从俄罗斯挖人--方案设计--陆地模拟堆--装舰实用的过程来看,赶不上第一批也是很正常的。

另外,第一批的航母试验性质浓厚,包括舰体布局等均有待摸索,上常规动力的更便宜,更方便。等下一批有经验了,舰体布局基本稳定了,更重要的是在弹射器上确定了走电的路线还是蒸汽路线后再上核动力可能更合适。

燃气轮机其实拿来改造 瓦良格好应该是个好办法。用燃气轮机发电、全电推进。对于改造锅炉完全报废、蒸汽轮机还不知道能不能用的瓦良格很合适。做训练舰对航速的要求也不高,就算是损失一些机库容积对于训练航母来说也不是不可以接受。

附带的好处是可以测试全电动力系统。

家园 新门派!核动力,全电,电磁弹射--核电磁弹派

高温气冷堆,去年火爆一时,就算没有,也可以把091的并联。印象里我军的潜艇已经有全电型的了,可见此技术已经实用化了。西安那面的磁悬浮已经消化这么多年了,也该有点成果了,电磁弹射估计也靠谱。

当年大炮巨舰的年代,我们没赶上,只好多铆蒸钢的YY一番。现在咱要什么有什么,还有许多许多真正能干活能拼命的TG,核电磁弹不是梦想了。

家园 库兹涅佐夫没用核动力的原因还有一个

当时没有合适的核动力系统,比如基洛夫用的系统功率就已经不足了,需要蒸汽加热来辅助。

家园 那张长滩与企业的图错了吧?

应该是加利福尼亚号的图

家园 单纯为了过渡而设计常规动力在成本上并不低

风险上也不低,因为造一艘和造10艘是一样的设计。只用一次就丢弃的设计是很浪费的。

家园 基洛夫的核动力用蒸汽“加力”是一个创举

核动力只作为巡航动力是降低核动力成本的好办法,而不是苏联没有能力做更大的核动力。

家园 这个裤子的图是某个游戏里的吧?

看着好诡异的说……

家园 确实贴错了,谢谢指出

看着是另外一张,不知道怎么就贴成这张了。现在改过来了。

家园 什么图?

我看不见什么诡异的图啊。

家园 库兹涅佐夫的图

光影效果很诡异的说

家园 说不好,有可能
家园 苏联当时是没有能力做出合适的核动力系统

功率够的吧体积、重量不合适,尺寸合适的功率又不够,所以才搞一个蒸汽加力系统,核动力系统的复杂性没躲开,还要加上蒸汽一套的复杂系统

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