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万博体育3.0常规动力使用电磁弹射!003型航母这
作者: 万博体育3.0 来源: 未知 发布时间:2020-02-05 02:50

  随着前段时间辽宁舰赴西太平洋训练归来,国产航母完成第六次海试,预计服役已不远。中国双航母即将成形,在此背景下,有关中国第三艘航母的讨论也越来越引起关注。

  6月12日网上曝光了正在上海建造的003型航母分段,而有关新航母的技术性能,最值得关注的就是动力系统和弹射器,今天咱们就谈谈003型航母这2方面的技术前景。

  动力可谓衡量航母战斗力最基础的指标,动力性能直接决定了航空母舰的吨位、航速、能使用何种舰载机起飞方式。按大类分,航母动力系统分为核动力和常规动力,万博体育3.0核动力航母目前只有美国福特级和尼米兹级、法国戴高乐号。

  常规动力又分为蒸汽轮机和燃气轮机,中国2艘常规动力航母和俄罗斯库兹涅佐夫号都采用蒸汽轮机;轻型航母大都采用燃气轮机,而在大型航母上使用燃气轮机,并做出革命性技术变革的只有英国的伊丽莎白女王级航母,因为这是世界上第一型航母。

  那么003会采用何种动力呢?核动力固然好,但核反应堆研制周期长、成本高。没有十几年时间是搞不定的,如果贸然给航母安上核潜艇的反应堆,下场就是法国那艘半拉子的戴高乐号。对于已经开工的新航母,003型只可能是常规动力。而且就是继承自辽宁舰和002的那套4台TB-12蒸汽轮机组,当然功率肯定会有所提高,毕竟船大了嘛。

  蒸汽弹射器的基本原理就是从主机锅炉导入部分蒸汽充入储气罐,然后驱动活塞弹射飞机。

  因此决定蒸汽弹射器性能的关键指标就是蒸汽压力大小。美国研制的第一代弹射器是C-11型,之后研制了更强力的C-7,第三代的C-13安装在企业号、小鹰级和尼米兹级航母上。

  美国第一型专门为搭载喷气式舰载机的航母——福莱斯特级的首舰福莱斯特号在舰首安装2部C-7,斜角甲板安装2部C-11。不过在福莱斯特号建造的前后,美国海军将蒸汽动力系统的压力由4.5Mpa提高到8.45Mpa,尽管是同一级别的航母,但福莱斯特级号的蒸汽压力为4.5Mpa,而后续三舰蒸汽压力为8.45Mpa。受制于蒸汽压力的差异,福莱斯特号在弹射飞机的能力上与后续三舰有较大差距。

  同样的问题在首艘核动力航母企业号上体现的更加明显,企业号采用的8座A2W核反应堆蒸汽作业压力只有6.1Mpa,相比小鹰级和尼米兹级8.45Mpa的蒸汽压力有明显差距。

  为此美国专门为企业号设计了加大蓄压罐和增长型的C-13-1弹射器,气缸冲程75.15米提高到94.4米,8座核反应堆和增长型弹射器也造成了企业号342米的史上最长军舰记录。尽管如此企业号在弹射F-14战机时最大起飞重量被限制为28吨,而蒸汽压力更高的小鹰级可以达到31.4吨。

  如果中国要在003型航母上使用蒸汽弹射器,就必须使用蒸汽轮机动力(常规动力航母和核动力航母都能使用蒸汽轮机)。目前中国功率最大的蒸汽轮机是辽宁舰上使用的TB-12蒸汽轮机,单台功率4.5万马力。8台锅炉两两一组驱动4台蒸汽轮机,最大输出功率20万马力。但TB-12的蒸汽压力只有6.1Mpa,如果用于弹射飞机,将使舰载机最大起飞重量限制在28吨左右。对于歼15这种最大起飞重量超过30吨的重型舰载机来说,这将大大限制其性能发挥。

  那么能否专门建立一套高压力的蒸汽动力系统呢?答案是很贵而且很慢,舰艇动力标准的制定涉及到一套完整的设计、检验、维修、保养规范,至少需要10年以上才能建立并细化到工程级别。如果贸然提高蒸汽压力,所有的阀门、管路、接头、仪表都要全部推倒重来。所以从目前中国的现实情况来看,受限于蒸汽动力系统压力,在未来航母上使用蒸汽弹射器可能并不是合理的选择。

  从原理上讲电磁弹射器相当于大型直流电机:将电能转化为电磁感应力弹射飞机,因此决定电磁弹射器性能的就是电力大小。要把30吨的舰载机在不到100米的距离上弹射到140节以上的离舰速度,所需的能量是惊人的。

  福特级4台电磁弹射器全功率运行时,在2.85秒内就会对航母平台造成65MW的电力负荷。为了支撑电磁弹射器运行,美国把福特级的总发电能力由尼米兹级的64MW提高到192MW。

  为此专门为福特级设计了全新的A1B核反应堆,相比尼米兹级的A4W反应堆,输出功率提高25%,但即使这样4台电磁弹射器65MW的电力负荷也达到了福特级总发电功率的三分之一。为了抹平电力消耗的尖峰,万博体育3.0!福特级还配备了12套总容量720兆焦的飞轮储能系统,每3套一组分别支撑4台电磁弹射器。同时福特级还采用了综合电力系统,在做出了这样一系列努力后,福特级的动力系统终于可以支撑电磁弹射器运行,但由于最新的电力推进系统还未发展成熟,福特级的推进系统还是以蒸汽轮机驱动螺旋桨。

  回到中国现实情况:对动力系统蒸汽要求高、弹射能量、体积重量、维护性和可靠性相比电磁弹射器处于全面下风的蒸汽弹射器已经没有进一步发展前景。着眼未来,选择代表下一代航母发展趋势的电磁弹射器无疑是更明智的选择。

  明确了电磁弹射器是未来的发展方向,那么如何用常规动力支撑电磁弹射器呢?答案是:综合电力推进系统。

  舰船综合电力推进系统就是先把舰船上所有的机械能都用来发电,然后通过计算机把电能精确的分配给其他设备。相比于传统的燃机动力系统,由于取消了主轴采取大型感应电机作为推进装置。这就省去了传动轴系,减速齿轮箱等机械传动设备。这些设备不仅占用空间大,而且运行时会产生很大的噪音,综合电力推进系统就很好的解决了这一难题,并且采用计算机精确分配电力使用,可在短时间内集中所有电力保证战舰关键设备的运行。而目前世界上唯一采用综合电力推进系统的航母只有英国的伊丽莎白女王级。

  女王级的动力系统可谓现阶段非核动力航母的最优设计:两台MT-30燃气轮机分别布置在水线座舰岛下方,避免长长的烟道占用内部空间;同时为了防止航母重心不稳将敦实沉重的柴油机布置在舰体底部。同时燃电动力系统大大优化了航母内部空间:女王级航母舰长288米,宽73米,机库面积达到了4200平方米;与之相比辽宁舰长305米,宽75米,机库面积为3978平方米。吨位和尺寸略小的伊丽莎白女王级航母拥有更大的机库面积,由此可见燃电动力系统带来的空间优势。

  而对于中国来说,在没有研制出与MT-30对标的大功率舰用燃气轮机之前,003型最稳妥的办法还是采用继承自辽宁舰和002的那套4台TB-12蒸汽轮机。用蒸汽轮机带动大型感应电机发电,然后通过综合电力系统驱动电磁弹射器。虽然蒸汽轮机在反应速度上不及燃气轮机,但对于中国海军来说,这只能是唯一的选择。

  从世界范围来看,海军舰艇全燃化已经势不可挡,即使像航母这样的超大型军舰使用燃气轮机加综合电力推进系统也能达到满意的动力性能,蒸汽轮机这种100年前的动力系统注定是被淘汰的命运,所以燃电动力航母或许是中国航母未来发展的一个重要方向。返回搜狐,查看更多

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