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高杰的博客

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大型舰艇的心脏  

2009-03-12 19:06:13|  分类: 军事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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航母动力大体有四种:核动力、蒸汽轮机、燃气轮机和柴油机。

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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采用单台柴油机驱动的Emma Maersk号集装箱船,排水量高达16万吨。

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柴油机也是巨无霸,单机功率接近11万马力。

 

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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采用蒸汽轮机的美国海军肯尼迪号航母(CV67)

英国皇家海军的“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。

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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英国皇家海军的“无敌”级小航母

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。

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美国海军的全核舰队

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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前苏联的核动力破冰船,他们对舰船核动力并不陌生。

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“库兹涅佐夫”号航母,采用滑跃起飞的6万吨级航母

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。

转载自西西河论坛    作者:晨枫     原链接:http://www.ccthere.com/article/2070412

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