企業號航母需要8個核反應堆,為何福特號2個核反應堆就搞定了?

天下布武


光看發動機數量,不看發動機功率,那隻能是紙上談兵,毫無意義!企業號航母是美國製造的全世界第一艘核動力航空母艦,從1961年開始服役,到2012年退役,一共服役了51年,是目前世界上服役時間最久的航母,沒有之一!企業號曾經與長灘號核動力巡洋艦進行了全世界第一次無補給全球航行,也曾在古巴導彈危機中與蘇聯潛艇對峙,越南戰爭七次參與行動,可謂是美國航母當中實戰經驗最為豐富的航母!


▲企業號與長灘號著名的環球航行

但就是這樣一艘戰功卓著的戰艦,卻依然存在一個非常巨大的弱點,這就是單位核反應堆動力嚴重不足,受制於60年代的小型堆水平,為企業號量身定製的A2W核反應堆,單臺動力3.5萬馬力,如果配置4臺A2W反應堆,企業號航母總功率只能達到14萬馬力,最高速度甚至很難超過25節。出於速度的考慮,最終企業號選擇搭載8臺A2W反應堆,兩個反應堆推動一個29噸重的螺旋槳,這樣的總動力就能維持在28萬馬力,8萬噸級的企業號速度也因此達到了33節左右!不過由於反應堆輸出功率幾乎全部用於軸動力推進,留下用於發電的額度只剩下2萬千瓦,為了避免電力短缺,企業號航母還安裝了四臺總功率為3萬千瓦的柴油發電機以備不時之需!


福特號航母是美國最新的第三代核動力航母,經過了半個世紀的發展,美國的小型艦用核動力水平已經非常成熟,因此為福特級搭配的是貝蒂斯核子動力實驗室的A1B反應堆,該反應堆單臺輸出功率約25萬馬力,只使用了兩臺就讓福特號總輸出功率達到了50萬馬力,其中僅僅用於螺旋槳推進的軸功率就有約30萬馬力,其它的則用來支持20萬千瓦的發電能力了。雖然總的來看,福特號的軸推進功率並不比企業號高出多少,但是發電量卻幾乎達到了前者的十倍!而這也是用來支持未來的電磁彈射乃至於全電推進的必然趨勢!

福特號航母使用單位功率更高的A1B反應堆就輕鬆超出了企業級使用的8臺A2W反應堆,這不得不說是技術進步所帶來的巨大優勢!而反應堆的總數太多,帶來的壞處也是顯而易見的,企業級因為內部艙室中段幾乎都被反應堆和柴油機所佔據,導致其機庫面積狹小,搭載艦載機數量減少,人員活動空間也不多,不僅讓戰鬥力縮水,也使得艦艇戰鬥人員生活條件變差!更重要的是,8臺反應堆維護保養難度急劇提高,增加了企業級的使用費用,縮短了其實際海外部署時間,讓核動力大打折扣!

而對比來看,福特級兩臺反應堆不僅數量減少,體積也大大縮水,動力十分充沛!由於內部髒亂差現象有效改善,加之福特級排水量的提升,福特級內部機艙擴大了幾乎一倍,這使得福特級不僅能夠搭載近80架艦載機,各種電子雷達、數據鏈、作戰指揮電子設備也可以保持24小時開機,戰鬥力有了質的飛躍!並且人員住宿空間明顯擴大、生活娛樂設施也更為完備,可以說這麼說,反應堆的減少不僅讓福特級更為強大,也更為舒適!


軍武吐槽君


以前有人會問,為什麼中國不拿核潛艇的反應堆直接上航母,並且查證了相關資料論述上航母的可行性。其實直接拿核動力潛艇的反應堆上航母其實是沒問題的。因為美國和法國就這麼搞過。世界上第一艘核動力航母、也是美國第一艘核動力航母企業號,法國第一艘核動力航母戴高樂號都是直接拿核潛艇的反應堆作為這兩艘航母的動力,可結果呢?法國就製造出了一艘就不敢造,美國也就整出企業號一艘,之後又轉回小鷹級常規動力航母。為什麼?



因為核潛艇的反應堆為了適應潛艇的工作環境所以其體積小,輸出功率也小,推動1萬多噸的潛艇在水下跑30節都沒問題,可是要推動4萬多噸甚至7萬多噸的大型航母就有問題了。由於技術資金以及艦艇佈局的原因,法國戴高樂號航母4上了臺反應堆,這就導致它的輸出功率不夠,使得4萬多噸的航母,最高航速跑出了25節。而美國為解決功率不夠問題,直接給企業號上了8臺核反應堆,其代價就是技術複雜、消耗的資金太大、過度佔用艦體空間,以至於財大氣粗的美國人也只造了一艘。



隨後美國人在研發尼米茲級時就老老實實研發航母用的大型核反應堆,單臺最大輸出功率達到了13萬馬力,而核潛艇用的單臺最高輸出馬力也不過6.1萬馬力而已所以在尼米茲級上也是用了兩臺核反應堆,但是這兩臺反應堆卻能讓10萬噸級的和尼米茲一航母跑到30節的速度。而在四十年前美國就搞定了2個反應堆的推動十萬噸級航母的技術,而在四十多年後美國福特級上的核反應堆不是沿用此前尼米茲級用西屋公司的A-5W,而是用貝蒂斯核子動力實驗室研發的A-1B,相較於A-5W,它的功率增加了20%以上。



在十字路口等等你


“企業”號之後就是著名的尼米茲級,其動力系統中就只用了2座威斯汀豪斯的A4W壓水堆,並不是福特級才用2座反應堆搞定。


A4W單堆熱功率達600兆瓦,輸出功率97兆瓦,雙堆輸出總功率為194兆瓦。說實話,這個熱效率很低,只有16%。原因在於艦用和艇用蒸汽輪機為了適應大負荷變動範圍,並且儘量降低體積和重量,沒有采用再熱循環,甚至有時抽汽回熱也不採用,這與陸地核電站的蒸汽輪機為了提高熱效率而採用複雜熱力循環的方式完全不同。所以艦用反應堆的熱效率比陸地核電站上相同參數的反應堆低得多――陸地核電站的壓水堆熱效率能夠超過33%,而艦用和艇用反應堆的熱效率很少超過20%。

即便艦用反應堆熱效率不高,但2座A4W反應堆的總輸出功率已經十分可觀了,換算成軸功率就是26.4萬馬力,可以讓尼米茲級航母的最大航速達到30節以上。由此也可以看出,美國在艦用反應堆方面的水平之高,600兆瓦熱功率的反應堆,放眼全球,至今仍然是美國一家。福特級的2座反應堆是A1B,由位於賓夕法尼亞州、屬於美國政府的貝蒂斯核動力實驗室研製而成(B代表貝蒂斯,A1B就是貝蒂斯第一代艦用反應堆)。 之所以換了另一家公司的反應堆,是因為威斯汀豪斯的A5W反應堆在1999年的競標中失敗。

A1B反應堆是新設計的一體化壓水堆,結構緊湊,輸出功率較尼米茲級增加25%以上,同時配備13500伏輸配電系統,供電能力高達20萬千瓦,幾乎是尼米茲級的3倍,能為電磁彈射系統(EMALS)提供充足的電力。除了功率大,A1B反應堆的堆芯使用壽命長達50年,讓福特級航母在整個服役期內無需再回到船塢更換堆芯,相應也就增加了壽命週期內的海上執行任務時間。(S)


聯合防務


企業號核動力航空母艦使用的是A2W核反應堆,單臺功率為3.5萬馬力,8臺A2W可以為企業號航空母艦提供28萬馬力的輸出功率。而福特級航空母艦使用的是A1B反應堆,單臺輸出功率高達28萬馬力,2臺就可以為福特級航母提供56萬的馬力。可見兩臺A1B核反應堆頂的上16臺A2W核反應堆。

要知道航空母艦對航速有一定的要求,企業號航空母艦的最大航速33節—35節。不使用8臺A2W核反應堆,是達不到這樣航速的。按照《艦艇設計新技術》中計算一下,企業號航母的航速,根本連30節都達不到,這還是按其標準排水量75700噸算的。雖說這只是個估算的,與實際相差也不會太大。



8臺A2W核反應堆除了要推進航母前進之外還要發電,企業號航母的發電量為2萬千瓦。28萬馬力也就是21.5萬千瓦,如此來說的話,只剩19.5萬千瓦用於推進企業號前進。個人覺得企業號航空母艦最高航速達不到35節,估計連33節都夠嗆。


而福特級航空母艦的標準排水量為10.1萬噸,滿載排水量高達11萬噸,最大航速大於30節。在使用兩臺A1B核反應堆的前提下,既可以滿足福特級航母最高超過30節的航速,又可以滿足發電量,由此可知,A1B核反應堆的性能是多麼強悍。計算得出福特級航母以標準排水量,最高航速30節航行時,需要50.4萬千瓦的功率,也就是65.6萬馬力。這與福特級航母核反應堆的輸出功率大概相似。所以說,福特級航空母艦是可以達到30節航速的。

畢竟企業號作為世界上第一款核動力航空母艦,A2W核反應堆的技術也不算太成熟,以至於功率極低,只有35000馬力。也只有使用8臺A2W才可以推得動滿載排水量近10萬噸的企業號航空母艦。另外,為了儘量不浪費核反應堆的功率,企業號航母還有4臺柴油輔助發電機,其功率為2.3萬千瓦。而企業號航母的總髮電量為2萬千瓦,使用應急柴油發電機已經足夠了。估計是,當企業號全速前進時,要將核反應堆所有的功率作為動力,這時就要靠應急柴油機進行發電了。



而福特級航空母艦則沒有柴油發電機,其20萬千瓦的發電量,全部由A1B核反應堆提供。此外A1B核反應堆的堆芯使用時間之長,只需要50年更換一次即可。由此可知,A1B核反應堆的性能有多麼強悍。


要知道企業號航空母艦是在1961年服役的,而福特級航空母艦是在2017年服役的,這中間隔了56年。在這個時間段內,核反應堆的技術有了突飛猛進的發展,這才有了福特級航母用兩臺核反應堆就可以達到遠超企業號使用8臺核反應的效果。(圖片來自網絡)


江山何沉


因為反應堆的功率不同啊,前者是上世紀60年代下水的初代核動力航母,後者則是集美國現代軍工技術之大成的最新一代核動力航母,不管是在哪方面,曾經的“企業號”和今天的“福特級”都不是一個等級的,“福特級”航母的上的A1B反應堆是目前世界上最先進的艦用核反應堆,而“企業號”上面的A2W反應堆雖然是第二代核反應堆技術(中間的數字“2”就表示“第二代技術”),但是實際上跟初代並沒有多大區別,因為A2W的前級型就是實驗室裡面的A1W第一代反應堆,而A1W的目的又是為A2W上艦做測試用的,所以嚴格來講A2W同樣是第一代艦用核反應堆。

▲“企業號”航母

所以,拿今天最新一代的核反應堆去跟60年前還處於探索階段、技術並未成熟的初代核反應堆相比,這不是欺負人麼?其實不僅僅A2W反應堆是處於摸索階段,就是整艘“企業號”航母都是美國核動力航母發展過程中的一次探索,我們要知道,“企業號”是美國第一代核動力航母“企業級”航母的首級艦,也是唯一一艘被建成入役的“企業級”航母,同時也是世界上第一艘核動力航母,它上面的8個核反應堆+8臺蒸汽輪機帶來的用於推進系統的輸出功率達到了28萬馬力,即平均一個反應堆的輸出功率為3.5萬馬力,然而,同時期的“小鷹級”常規動力航母,8個鍋爐+8個蒸汽輪機的輸出功率也是28萬馬力,也就是說,核動力的“企業號”在動力系統的輸出功率上並沒有佔到優勢,反而那8個核反應堆佔去了航母內部更多的空間。

▲“小鷹號”航母

導致的後果就是,雖然“企業號”的噸位要比“小鷹級”大,但是在航母自身的空間利用率上卻比不上常規動力的“小鷹級”。然後我們再來看看“福特級”上的兩個A1B反應堆有多強,單個反應堆的總熱輸出功率超過350兆瓦(約47.6萬馬力),其中用於推進系統的功率約為260兆瓦(約35萬馬力),也就是說,兩個A1B反應堆的總熱輸出功率超過了700兆瓦,用於推進系統的功率也達到了70萬馬力,根本就不是隻有幾萬馬力的A2W反應堆能相提並論的,即使是目前“尼米茲”上面的A4W反應堆,也同樣比不上最新的A1B反應堆,因為單個A4W的反應堆的總熱輸出功率也不過270多兆瓦,與A1B反應堆350兆瓦的功率差距還有點大的。

▲“福特級”航母

因此,為什麼“企業號”要用8個反應堆,而“福特級”只需要2個反應堆?因為福特級上面的A1B在功率上可以吊打“企業號”的A2W,一個A1B反應堆用於推進系統的功率就已經超過8個A2W反應堆產生的了。


哨兵ZH


企業和福特的反應堆數量不同,反映了美國人在核航母設計上從幼稚走向成熟的一個過程。

企業號航母用8個核反應堆,是吃了貪小便宜的虧。作為美國第一型核動力航母,之前沒啥經驗,就想著能用華盛頓級的戰略核潛艇現成的反應堆,改改上艦。這樣就不用開發新的大功率反應堆,可以省下一大筆錢,這就是A2W核反應堆(A=aircraft carrier 2=2 generation W=Westinghouse)。不過核潛艇反應堆的設計指標,首先要考慮的就是體積,體積不能太大,這個限制了就循環水單位時間帶走的熱功率。A2W的熱功率僅有150MW,軸功率僅26MW僅相當於一個LM2500燃氣輪機的功率,這也了太小。於是功率不夠數量來湊,企業號上了8個A2W反應堆,驅動4臺蒸汽輪機,軸功率達到208MW,可以讓這艘9萬4000噸大傢伙以33節高速行駛。可是企業服役之後,美國人從國會到水兵,哭都哭不出好調了。

反應堆-軸功率輸出的原理框圖

企業號航母正在航行

A2W反應堆

為啥?因為8個反應堆就是8倍的麻煩。其實核反應堆的維護保養成本,和功率是關係不大的,也就是說,不會因為這8個反應堆熱功率較小,麻煩就會少。這一點同樣使用核潛艇反應堆的戴高樂級上也是體現的淋漓盡致,法國人估計戴高樂到退役,動力總維護保養成本與一艘尼米茲級相當。全生命週期下來,企業整整更換了3次核燃料,維護保養成本遠遠超出了研發一種大型艦用反應堆的成本,能不哭麼?所以企業級僅僅造了一艘,成了獨苗一個。想一下如果這型航母要是一口氣造10艘,每年保養費得多感人。。。

企業號航母

排水量僅4.2萬噸的戴高樂航母,全壽命維護保養費用和一艘大型核動力航母差不了多少

所以吃夠了小堆虧,美國人痛定思痛,開始研發專為航母使用的大型核反應堆。尼米茲級使用的第四代艦用核反應堆A4W,熱功率可以達到550MW,最大軸功率可達105兆瓦!這樣2臺即可滿足航母的動力要求,並可持續使用50年不換堆芯。

尼米茲級的框圖,動力艙(圈10)空間巨大

到了福特級,使用的是2臺更加先進的A1B反應堆,熱功率達700MW,推進功率與尼米茲級持平的情況下,發電功率為尼米茲的2.5倍,可以支持電磁彈射和除推進系統以外的全艦綜合電力實現。將來搞定了10萬噸級的電力推進後,福特級完全可以像朱姆沃爾特那樣採用電力推進,屆時航速會更高。

福特級內置了一個小型核電站,為綜合電力推進打下了基礎。這都是得益於A1B單個反應堆的高功率


紙上的宣仔


企業號航空母艦(CVN-65)是美國第一代核動力航空母艦,其採用第一代A2W航母用反應堆,這是專門針對航母設計、也是真正實用的艦用反應堆。該反應堆在美國海軍S5W核潛艇反應堆基礎上研製而成,但是輸出功率只有3.5萬馬力。企業號航母為了滿足性能需求,不得不搭載8座核反應堆,這也導致艦身中部空間幾乎被完全佔用,而整艦長度也達到了史無前例的342米。

此後,工程師為了減小反應堆數量,專門提升了單座反應堆輸出功率,美國繼而開始研發A3W反應堆,它的輸出功率最高達7萬馬力,4臺核反應堆就能達到原來8臺的效果。但是美國海軍也提升了標準,要求只能搭載2臺核反應堆。於是企業號航母只生產一艘,美國便進入尼米茲級航母時代,其搭載第三代A4W反應堆,單臺輸出功率更是高達14萬馬力!搭載全新核反應堆的尼米茲級航母整個性能也是脫胎換骨,具備4座升降機、4臺蒸汽式彈射器和4條阻攔索,而且航速可保持在30節以上!


美國最新的航母是福特級核動力航母,這也是美國第三代核動力航母。反應堆也更新為A1B,這也是比奇特爾公司的扛鼎之作,它為美國提供了八成以上的陸基核電站。數據顯示,A1B總輸出功率高達700兆瓦,比A4W高出25%。A2B反應堆可以輸出125兆瓦電力。

A1B比之前所有的反應堆更加先進,而且體積更小。正是客機的力量讓福特號擁有更更強勁的動力,和更小巧的動力裝置。


航空之家


說白了,企業號的反應堆單臺功率太弱,而艦用發動機恰恰是更追求單臺功率的。

戴高樂號就是用小號的K15壓水堆,結果功率不足

企業號的反應堆用到的是西屋電氣生產的A2W壓水反應堆,其中A代表航母用、W代表西屋電氣、2代表西屋電氣生產的第二代核反應堆,這種核反應堆因為設計和生產年份較早,所以說功率和後期的航母用反應堆沒法比,單臺反應堆功率大概在35000軸馬力左右,八臺湊一起才能產生280000軸馬力的動力,只能說他造的早,所以很多理念都比較原始。

這8臺A2W核反應堆本身是很佔地方的,也就造成了整個企業號的體積“奇長無比”,達到了342米,甚至比後世的尼米茲級還要長10米,所以說用多用發動機來堆動力這玩意在海軍軍艦上本身並不行得通,所以企業級航母美國只造了一艘,然後就去發展西屋電氣的A3W和A4W壓水堆,最後A4W壓水堆用在了尼米茲級航母上,單臺功率到了130000軸馬力,體積縮小了,數量減少了,維護更方便,而且總功率還加了10000軸馬力。

而福特級航母用到的是比奇特爾公司生產的A1B反應堆,是海軍雙大核心反應堆理念的一個進一步發展。A1B壓水堆屬於最新設計的一體化壓水堆,結構上比A4W壓水堆更緊湊,熱效率也更高一些,輸出功率能比A4W反應堆增加25%左右,而且還有專門的發電系統給電磁彈射器充電。所以說用兩臺反應堆就能完成的事情,幹嘛非要用8臺反應堆呢?


鐵匠工坊


企業號為了省事拆的鸚鵡螺核潛艇的反應堆 怕動力不足所以拆了八個 結果大毛病沒有 小毛病不斷 第二艘核動力老老實實研製專用反應堆去了 法國人的戴高樂也缺心眼 四萬噸的破玩意非要核動力 結果也學企業號用核潛艇的 就裝了兩個 首次試航就起火了 然後動力不足 最高就二十多節航速 三十跑不到 慢的龜一樣 🤑🤑🤑


一個富有理想的窮光蛋


企業號航母作為世界上第一艘核動力航母,其開創了艦艇核動力的開端和時代發展,甚至引領了“全核艦隊”的誕生。企業號航母在動力系統上使用了多達8臺A2w核反應堆來推動10萬噸的航母達到35節的最大航速。而美國最新的福特號核動力航母只使用了2臺A1B核反應堆,就可以推動同樣滿載排水量超過10萬噸的福特號航母以30節以上的航速高速航行,那為什麼福特號只用了2臺核反應堆就可以做到企業號需要8臺才行達到的航速呢?

首先說說人類歷史上第一艘水面軍艦——企業號核動力航母,該航母作為美國繼核動力潛艇後建造的第一艘核動力水面軍艦,由於屬於核動力水面軍艦的試驗項目,所以很多關於核動力水面軍艦對於動力系統的要求都是處於摸索階段的,在這種技術和觀念不成熟的條件下,為了保險和縮短研發時間,企業號航母使用了美國西屋電氣為人類第一艘核動力潛艇---鸚鵡螺號研製的核反應堆的改進型號A2W核反應堆,但是因為潛艇在空間、航速要求、靜音性等方面於航母使用的核反應堆要求不一樣的情況下,由鸚鵡螺號潛艇使用的S2W核反應堆改進而來的A2W核反應堆單堆最大輸出功率只有25兆瓦,但是按照一艘滿載排水量達到10萬噸的航母在超過30節航速下最低需要200兆瓦計算的話,所以企業號共安裝了多達8臺A2W核反應堆來滿足航速要求。
雖然8臺核反應堆可以推動企業號航母以最大35節的航速高速航行,但是其缺點也不少。首先是過多的核反應堆造成動力艙段體積和空間大幅度增加,企業號航母的全艦長度也一直躍升到341米,這對於艦體結構和機動性來說是有很大的影響的,其次過多的核反應堆也增加了動力系統的複雜性,因為採用的是單堆功率不夠數量來湊的方式,所以企業號航母從低速到高速航行的加速時間還不如同期的常規動力護航軍艦。
所以在企業號之後的尼米茲級航母設計時,為了降低核反應堆體積和複雜性問題,尼米茲級航母最開始打算採用4臺西屋電氣研製的A3W核反應堆,但是後來因為當時國防部長認為採用數量更少的核反應堆可以減少航母中期大修更換核燃料時間和成本,對於航母在整個服役期內的戰備能力是有顯著提升效果的,所以尼米茲級航母最後採用了2臺單臺功率98兆瓦的A4W核反應堆,兩臺A4W核反應堆合計可輸出26萬馬力,雖然相比小鷹號常規動力航母和企業號核動力航母的28萬馬力小了很多,導致其最大航速從企業號的35節降至30節,但是隻有2臺核反應堆的尼米茲級航母動力艙段的體積、重量、成本、複雜性等都降低了很多,對於航母來說就有了更多的空間裝載更多的艦載機、武器彈藥和燃油了。而且這一代的核反應堆已經屬於改進後的第二代艦用核反應堆了,除了單堆輸出功率更大外,其添加一次核燃料的續航時間也從企業號的不到10年提升到20--25年之久。
目前美國福特號航母上使用的A1B核反應堆還是屬於雙堆配置,這樣可以保證在單臺核反應堆出現故障時仍然能夠保證航母所需的動力輸出。而且從福特號航母開始,美國已經開始了新一代戰鬥力更強的航母研製工作,所以福特號航母無論是從艦載機的性能還是航母本身的性能來說都採用了大量的新技術來提升航母本身的作戰實力,比如綜合電力推進系統、電磁彈射器/電磁攔阻器/雙波段雷達以及未來可能上艦的電磁炮、激光炮等這些對動力系統要求更高的耗電大戶,所以就要求其搭載的核反應堆要比尼米茲級航母輸出功率更大,但是在降低動力系統複雜性、維護週期和提高動力系統可靠性的情況下,福特號航母是不能採用更多數量的核反應堆來滿足新一代航母所需的動力要求的,只能通過提高單堆輸出功率的方式來滿足要求。所以其採用的性能更先進的A1B核反應堆的單堆輸出功率從高達120兆瓦,相比尼米茲級航母使用的A4W輸出功率提高了20%,這樣多餘出來的動力既可以在滿足航母航行所需要的動力供應外,還能為艦上的電磁彈射器和電磁攔阻器同時供應能源需求,畢竟不同於有些全電推進的軍艦的動力供應交替方式,航母在進行艦載機彈射起飛的過過程中,為了增加艦載機的起飛重量航母是需要逆風高速航行的,所以在兩臺核反應堆為航母以超過30節航速航行時供應能源外,還要為高速航行的航母上的4臺電磁彈射器連續不斷地的供應電能。
所以從這這些要求就可以看出航母使用的核反應堆和潛艇使用的核反應堆要求完全不一樣,航母的要求包括更高的單堆輸出功率、數量更少、結構更簡單的動力系統、壽命更長、重量和體積更小的核反應堆等,而福特號航母搭載的核動力系統則代表了人類目前在艦用核動力系統上的最高成就。


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