推動大象的屁股 --- 四大類航母動力係統簡析(組圖)

在所有的軍艦中，航母要算大象了。推動這大象的屁股可是不容易，不光要考慮一般的艦船動力問題，如直接推進還是全電推進，還要考慮航母的特殊性。具體來說，就是要和起飛方式一同考慮，還要考慮甲板上的煙霧問題。

航母動力大體有四種：核動力、蒸汽輪機、燃氣輪機和柴油機。

柴油機的特點是省油、可靠，噪聲和振動大。柴油機適宜於長時間穩定地滿負荷工作，而不適宜於經常加減速。

航母在行進途中經常需要調轉方向和加減速，在起飛和回收的時候需要迎風加速，起飛和回收作業完成後回到航線航向並減速到經濟航速，否則即使航母有足夠的航程，護航艦隊也吃不消這麽個長時間的衝刺式航行。柴油機不適合這種方式的航行。

另一個問題就是如果采用蒸汽彈射，還需要另外設置鍋爐，產生蒸汽彈射所需要的高壓蒸汽。這樣疊床架屋，動力係統的空間和燃油效率很低。柴油機的廢氣還容易在甲板上形成黑煙，正好吹入下降中的飛機的航跡，如果不至於對發動機的安全工作和壽命造成影響的話，至少對飛行安全很不利。柴油機適宜於用來直接驅動，現代巨型柴油機的單機功率已經十分巨大。但柴油機也有用於全電推進的郵輪的，要是用於全電推進，可以用幾台較小的柴油機分別連接發電機，各自按最優工況運行。這一點比較靈活。現代航母還沒有用柴油機動力的先例。

 

采用單台柴油機驅動的Emma Maersk號集裝箱船，排水量高達16萬噸。

 

柴油機也是巨無霸，單機功率接近11萬馬力。

 

蒸汽輪機是傳統的大型船舶推進方式。蒸汽鍋爐產生的高壓蒸汽推動汽輪機，汽輪機直接驅動螺旋槳，或者帶動發電機。用於直接驅動的話，汽輪機的單機功率容易做得足夠大，可以幾台鍋爐共用一台汽輪機，避免齒輪箱耦合的麻煩。用於發電，那更是和常規的發電站無疑，任何具備一點工業基礎的國家都很熟悉。蒸汽鍋爐產生的高壓蒸汽可以和蒸汽彈射係統分享，比柴油機推進更加合理。

但蒸汽鍋爐的升火、加速比較慢，係統龐大、複雜，使用和維修都很麻煩，在現代軍艦中已經用得越來越少了。

 

采用蒸汽輪機的美國海軍肯尼迪號航母（CV67）

 

英國皇家海軍的“無敵”級小航母是現在已知的唯一一級燃氣輪機驅動的航母，不過這還是直接驅動，當然沒有汽電聯合的事情。

燃氣輪機是大多數現代軍艦的標準動力，具有體積小、啟動快、噪聲和振動低的優點。但燃氣輪機的耗油率較高，單機功率也不夠大，用於直接驅動航母級的大型軍艦的話，需要很多燃氣輪機並聯，耦合的齒輪箱不僅複雜，而且帶來一定的功率損失。但如果不用直接驅動，而是用全電驅動，燃氣輪機反而可以熱效率比柴油機和鍋爐還好，這是有汽電聯合係統（co-generation）實現的。換句話說，燃氣輪機的軸功率用於直接驅動發電機，高溫尾氣則進入廢熱鍋爐，產生高壓蒸汽，或者用於蒸汽彈射，或者用於汽輪機發電，極大地提高了全係統的熱效率。通過電氣耦合的多台係統並聯工作，單機功率不足也不再是問題。在常規動力中，這或許是最適合航母的。但燃汽輪機的進氣和排氣量最大，對甲板風的影響也最大，這是在航母上使用的不利之處。Co-gen是比較新的東西，在西方電力工業中也是80-90年代以後才開始，至今尚未出現在航母上也就不奇怪了。

英國皇家海軍的“無敵”級小航母

 

但大型航母最合適的動力還數核動力。核動力通過反應堆產生高壓蒸汽，推動汽輪機，或者直接驅動螺旋槳，或者用於發電。在60年代時，美國海軍打造過全核動力的航母特混艦隊，“企業”號航母、“長灘”級巡洋艦和“班布裏奇”級驅逐艦（當時用了一個奇怪的名稱“驅逐領艦”）浩浩蕩蕩地環繞全球也不需要途中加油，一時轟動世界。實際上，航母核動力的主要目的不在於無限航程，在艦上飛機燃油和彈藥有限的情況下，無限航程本身並不能帶來無限的作戰能力。美國海軍後來再也沒有建造核動力巡洋艦或驅逐艦，但繼續建造核動力航母。實際上，在“企業”號之後，除了“小鷹”級四艘（現已全部退役，但“企業”號還在服役）繼續沿用改進的“福雷斯特”級的常規設計，美國海軍的航母全部采用核動力。

美國海軍的全核艦隊

航母采用核動力的主要原因是避免擠占飛機燃油、彈藥和機庫的空間，最大限度地增強攜載的戰鬥持續力。更重要的是核反應堆容易產生大量的蒸汽和淡水，供蒸汽彈射係統使用。如果不用核動力，產生淡水和蒸汽耗用的燃料將非常可觀，極大地影響航母的自持力。蘇聯對艦船核動力並不陌生，1959年下水的“列寧”號破冰船就是核動力的，此後還陸續建造了9艘核動力破冰船，最後一艘是1993年下水的“50周年勝利”號，原本用來紀念衛國戰爭勝利50周年，但到2007年才最後完成舾裝。蘇聯的“庫茲涅佐夫”級沒有采用核動力，並非蘇聯缺乏核動力技術，而是一方麵是避免核動力的高昂成本，另一方麵是采用滑跳起飛，沒有產生大量蒸汽和淡水的需要。

前蘇聯的核動力破冰船，他們對艦船核動力並不陌生。

“庫茲涅佐夫”號航母，采用滑躍起飛的6萬噸級航母

核動力用於航母在技術上並不比核電站更難。直接用潛艇的核反應堆可能有功率不夠的問題，或者需要多用幾個反應堆，或者用放大的反應堆。這些都在中國的技術能力之內。相對來說，蒸汽輪機的技術前途有限，超大功率柴油機和燃汽輪機都不是中國的強項，大功率船用蒸汽動力對中國也很陌生，相比之下，核動力反而是中國的最優選擇。

轉載自西西河論壇    作者：晨楓