現代化航母都是幾層機庫?有什麼依據?

兵器世界



現代航空母艦基本都採取一層機庫,但是機庫層往往是最高的一層,一般佔據2-3層甲板高度,同時這也是整個航空母艦最大的艙室,大型航空母艦的機庫面積可以達到4-5個大型劇院的面積,一般都會佔整個航母總容積的20%以上,長度會達到航母總長的3分之2,如此設計主要也是為了給更多的艦載機提供更充足的空間。

從機庫結構來看,又可以分為開放式和封閉式機庫兩種。開放式機庫,顧名思義,就是整體開放沒有單獨的存放空間,這種開放式機庫是二戰時期的航母的主要結構,就是以整個甲板為機庫,360全景天窗,純露天結構,這種結構簡單,但存在更多的問題。

自美國“福萊斯特”號航母開始都採用這種閉式結構機庫的航空母艦,這也是隨著艦載機的不斷髮展的需要。噴氣式艦載機的出現,航母不斷的加長長度,而帶來的另一個問題就是航母需要解決更多的強度和到活動,如此一來,就需要將甲板作為強力飛行甲板,而與強力縱梁相連接,縱向隔壁一直延伸到航母下端,這就形成了閉式的機庫機構,這也是為了更好的存儲和保護戰機的需要。



現代航空母艦的機庫一般需要長度達到200-250米,寬度達到25-33米,高度達到6-9米,以滿足艦載機數量、高度和大小的要求。我們就以第一代閉式機庫航空母艦“福萊斯特號”為例,“福萊斯特號”航空母艦機庫長225.55米,寬30.78米,高7.62米;“尼米茲級”航母機庫長208.48米,寬32.92米,高.08米;為了提高艦載飛機的數量,艦載機往往採用可摺疊的機翼,戰時可以將除了閉式機庫全部停滿艦載機後,飛行甲板也可以作為臨時開放機庫停放戰機。


機庫內還要設置加油、供電、衝氧、壓縮空氣等的設備,同時航空母艦上還要設置各類保障工廠,比如機械、電氣、金工、管系、曬印等多個保障車間,人員往往達到數百人。


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首先,現代航母都是單層機庫,二戰時期的航母有雙層機庫的。其次,關於航母機庫的設計,表面上看起來沒什麼大不了,裝的飛機當然是越多越好,但是實際要考的因素很多。同等條件下,雙層機庫當然能比單層機庫能多裝飛機,但是為什麼在現代航母中逐漸被淘汰了呢?要知道,現代航母比二戰時的航母要複雜的多、結構強度要求也高的多,雙層機庫雖然有利於提高載機量,然而雙層機庫卻嚴重影響了調度、損管、平衡以及結構強度。

上圖是伊麗莎白女王級航母機庫的剖視圖,可以很明顯的看得出是單層機庫。再來接著說雙層機庫的消極因素:1、雙層機庫對於升降機的設計和使用影響很大,增大了設計的複雜性、增長了提升底層飛機的時間。2、雙層機庫會使航母重心偏高,急轉穩定性隨之降低。3、雙層機庫如果在戰時受損,不利於與損管作業,可能對航母造成災難性後果。4、現代航母由於船體長度的增大,大長度船體需要建造強度較高的單層封閉機庫以作為一個受力結構整體。圖中可以看出,機庫部位艙室空間過大,相較於其他小艙室結構強度本就較低,若建成雙層機庫,則對航母船體強度產生更為不利的消極影響。

上圖是尼米茲級航母的機庫剖視圖和庫內飛機擺放情況(依然單層機庫)。話說回來,航空母艦本就是以艦載機為主要武器的大型水面戰艦,所以整個航母的設計都要考慮為艦載機提供戰時所需的安全性、穩定性、高效性和可維護性。

從上圖,可以看出機庫上下左右密佈各類功能艙室,在這種情況下,設計成雙層機庫的話一來並不容易,二來多存放的飛機並不能有效轉化為出勤率,可謂是性價比不高,且存在各種結構上和安全上的隱患。此外,在設計航母機庫的時候,主要還要考慮如下內容:

1、與升降機的位置關係:升降機的位置會影響機庫分段內飛機的佈置及數量(考慮到調度情況)

2、升降機之間的距離對結構設計的影響,因為升降機位置對於封閉式機庫來說都是一個開口,影響了封閉式機庫作為一個受力整體的結構強度。

3、靠近艦艏側的升降機受到艦艏上浪的影響程度。

4、機庫內需要佈置飛機的數量,現代航母的機庫容量一般要求可以容納航母艦載機總量的50-60%。

5、機庫總長度對航母總縱強度的影響,航母機庫這種大型中空結構對航母本身的總縱強度已經造成不利影響,升降機部位的大開口對於航母的總縱強度和局部強度更為不利。目前的機庫設計為補強這些不利因素,已經做了極大努力,如果再做成雙層,後果可以想象。

6、航母機庫的所有設計還要考慮消防和損管作業。

所以,綜上所述,現代航母的機庫的設計基本上都是單層的。


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一層,位於船身中部。是考慮靠整個船體的佈局和配重結構等因素後的合理設計,就這僅有的一層還要分出艦載機存放區、維修區和航空燃料存儲區。

船體結構

早期二戰航母確實有2層甚至3層機庫設計,是由於那時的戰機尺寸較小且上層建築重量較輕的緣由。因此可以在船體船體內部設置上下2層(或者3層)機庫,但是僅僅是直通甲板沒有外漂結構的二戰航母可以這樣設計。同時這樣的分層其實每層的高度十分低矮,艦載機機翼摺疊後放進機庫時基本是頂天立地的局面。

二戰大鳳號航母立面圖,在有限的船體內設計的雙層機庫十分侷促

同時,初期的航母大部分都是由商船、戰列艦等艦體改裝而來。因此為了合理利用艦體空間只能將部分的機庫“變成”2層或者3層,可以說這是不得以而為之的“湊合”,本身船內空間的合理利用而已。

1930年改裝三段式飛行甲板時期的加賀號航母

改裝成全通式甲板的加賀號航母,其內部因佈局變為三層機庫,同時注意巨大的橫向煙囪,在戰機起飛時經常遭遇亂流。

反觀二戰後噴氣機時代的航母,設計時採用的基本是上層建築外漂於船身。整體結構要求維持平衡的同時最大限度的增加了甲板的面積,不要小瞧這4.5英畝裝甲甲板的重量。這可是二戰航母艦體上那些木製甲板想不到的承重結構變化!

艦載機的變化

對比二戰時期的艦載機,噴氣時代的艦載機無論從維護、油料、體積、重量、操縱性等等指標上都有著質的飛躍。現代航母設置成單層機庫是在艦載機變化後的唯一選擇。

維護:二戰時期的維修工作可以簡單的在機庫停機時完成,使用工具相對簡單。而噴氣戰鬥機的維護需要專業工具和固定的區域進行,這時,假如是雙層機庫的話,移動這架問題飛機上下層就是一個恐怖的問題。

重量:航母船體結構分成上下層機庫其艦載機的重量可能無法進入這樣的機庫。

調度:雙層(3層)機庫另一個重大的問題就是調度和戰機出動率問題,做個不恰當的比喻,我們知道樓層越高,配備的電梯就越多,那麼層數越多的航母調度起戰機來就會設置更多的升降梯以保證原有的出動率。那麼在航母目前寸土寸金的地方上如何安放大型的升降梯?

綜上,航母設計一路走來,從第一艘由運煤船改裝的蘭利號,發展到現今的最先進的福特號。有關機庫的設計一直在優化中,總體來看,只要是專業航母船體已經固定在一層機庫的思路上,這是能耗比最優的方式。

第一艘作戰意義上的航母蘭利號(1922年),甲板下就是機庫。


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航空母艦剛誕生之時都是一層機庫,但是為了增加艦載機數量一些國家比如日本開始嘗試設計2層機庫,雙機庫理論上可以增加一倍的艦載機數量但是問題也隨之而來,這就是航母的重心過高,在高海況下航母很容易搖擺甚至傾覆,對於航母這種需要在平整甲板上操作艦載機的軍艦來說是不能接受的,因此使用雙機庫的航母都會取消飛行甲板的裝甲板,甚至採用開放式機庫設計以減輕重量降低重心高度,

但是現代化航母光是取消甲板裝甲和機庫外壁減輕的重量已經不能和滿足需求了,因為噴氣式艦載機太重了,一個機庫中塞滿30架艦載機就會增加上萬噸的重量,如果是美國尼米茲級這樣的超級航母光是艦載機的重量就高達21000噸,這幾乎相當於二戰時一艘中型航母的排水量,因此為了保證航母的適航行性,現代化航母都採用一層機庫設計,比如上圖的美國尼米茲級航母。

航母機庫的選擇依據除了重心問題之外還要考慮升降機的問題,因為現代化航母都使用“側舷升降機”,這時候使用雙疾苦就會帶來調度上的極大不便,因為最下層的機庫高度很靠近海面,有時甚至在海面之下,因此在設計上它是不能夠打開的一層機庫;二戰時代的航母升降機都是在加班中間的坑狀型,在航母的側舷不需要開口因此不必擔心進水問題。


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