03.05 航母核動力裝置有什麼特殊技術要求?

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核動力作為目前功率密度和技術難度最高的能源技術,具有非常明顯的優勢。往往最為先進的技術通常都會在軍事領域出現或者得到應用,核動力在船舶領域的使用也不例外。世界上第一款核動力裝置就安裝在“鸚鵡螺號”核潛艇上。

“鸚鵡螺號”核潛艇

世界上具有核動力艦艇研發技術的國家,目前也就聯合國“五常”以及印度(還有一些國傢俱有核動力民用船舶技術,如“腳盆雞”),無一例外的都是首先將核動力技術應用在潛艇上,而具有核動力航母技術的國家只有美、法兩國。其中,法國的核動力航母“戴高樂號”的開發存在較大問題(採用核潛艇上的反應堆並進行適當改進,功率及可靠性均不能足),一直無法充分發揮其戰鬥力;前蘇聯層計劃建造核動力航母“烏里揚諾夫斯克號”,但是直到其解體都未能實現,繼其大成者的俄羅斯也只是建造了核動力巡洋艦“基洛夫級”。只有美國具有完整的航母核動力技術,其整體技術水平處於遙遙領先的地位。由此也可以一窺航母核動力技術的難度!

美國最新一級“福特”號核動力航母


法國“戴高樂”好核動力航母及核動力系統佈置

“烏里揚諾夫斯克”號建造時的場景

那麼,如果用於驅動航空母艦這樣的超大型水面艦艇,對核動力裝置有哪些要求呢?個人理解主要有以下幾點:

1)較高的功率密度:這個功率密度可以簡單的理解為單位體積可以發揮的能量,功率密度越高,在佔用同樣艦艇空間的情況下就能夠提供更高的航速;

2)結構緊湊:航母上的每村空間都是非常寶貴的,結構緊湊一方面可以減小佔用空間,另一方面也方便維護,提高綜合利用率;

3)控制靈活:目前為止,航母還是海上作戰的核心,肯定也是各種武器重點關注的對象,核動力系統需要能夠及時響應機動性要求,因此就必須具備快速、靈活的控制能力;

4)維護簡單:包括具有較長的換料週期(甚至是全壽期能不換料)、系統結構部件少、人機功能協調等。

就在2月27日,中船重工在官網和官微發佈“新時代中船重工高質量發展戰略綱要”全文,提及要“加快實現核動力航母、新型核潛艇、安靜型潛艇”等攻關突破,為海軍2025年實現走向深藍遠海的戰略轉型提供高質量武器裝備”。這是首次有官方渠道證實我國正在開展核動力航空母艦的研究。國產核動力航母模型

我國目前雖然已經開發了2代4型核潛艇(第3代也將面世),但是在水面艦艇核動力方面尚未有經驗。在開發航母核動力系統時,應充分吸收法國在“戴高樂”航母上的經驗教訓,從開發頂層設計中就做好充分的考慮和風險評價,否則,交點學費倒是次要的,關鍵是可能會對海軍發展甚至國家戰略造成一定的影響。

我國目前已研發的核潛艇


航母核動力技術是一個國家核能開發利用能力最高水平的集中體現,這不僅包括核技術,也包括高性能材料(燃料材料及機械材料)、高端製造工藝、先進控制以及完整的工業配套體系等。我國經過較長時間的高速經濟增長以及技術進步,綜合國力及科技水平已今非昔比。作為僅次於美國的全球第二大經濟體,面臨的日益突出的國際形勢以及國家戰略的調整,需要強大的海軍維護國家利益,核動力航母首當其衝!



一體化反應堆結構模型

網絡上關於國產核動力航母的CG圖

以上是個人的理解,歡迎關注“威吶解析”、討論交流。


威吶解析


航母核動力裝置是以核反應堆為能源的航空母艦動力裝置。與常規動力航母相比,核動力航母可以大量減少燃油裝載量,節省空間,增加有效載荷,提高續航能力,減少了航母對基地和後勤支援的依賴。

航母對核動力裝置的主要要求是:

①核反應堆功率大。美國“尼米茲”級核動力航母裝備的A4W/A1G反應堆的單堆功率高達500-600兆瓦,雙堆可提供軸功率28萬馬力,使航母航速達到30節;

②反應堆堆芯壽期長,可10年以上不換料;

③蒸汽發生器輸出的蒸汽壓要滿足艦載飛機的起飛彈射要求,同時保持核推進系統的穩定運行;

④提供航空母艦用電力和海水淡化的能源。

現役航母核動力裝置都配置雙堆,兩座反應堆沿艦體中心線前後佈置或左右佈置。每座反應堆相應設置1臺或2臺主汽輪機組,對應設1軸1槳或雙軸雙槳;另外還設置多臺汽輪發電機組。主汽輪機組、汽輪發電機組、軸系和螺旋槳,在艦體中心線兩側對稱佈置。在反應堆艙之間設隔離艙。

未來航母核動力裝置的發展趨勢是:

①繼續發展大功率壓水堆,如研製出單堆熱功率為600兆瓦的先進艦用反應堆。同時採用新型燃料元件,改進設計,延長堆芯壽期,達到50年不換料;

②適應未來艦載飛機電磁彈射、配裝激光武器和電磁炮等新型武器裝備系統的要求,增加核動力裝置的發電功率;

③減小核動力裝置體積和減輕重量,簡化系統。④將核動力裝置設計成兩個獨立的系統,每個獨立的系統中汽輪發電機的數量與配置都能滿足高生存能力的要求。


貞觀防務




硯田劍影


核動力航母是目前主流的航母設計方案,也是未來新型航母必然的趨勢。相比常規動力航母,核動力航母普遍技術更先進,效能更高,所能發揮出的戰力更強。具體參考美國福特級航母,作為一艘核動力鉅艦,運用多種黑科技,整體性能非常強悍,遙遙領先世界其他國家。
福特級核動力航母

而建造一艘核動力航母,主要需要具備幾點技術:

一、小型核反應堆。這是關鍵技術,沒有它就造不了核動力航母;它不先進,即使造出來了核航母性能也不會強到哪兒去。目前,擁有先進可應用的小型核反應堆技術的國家只有美國,俄,法等國,其中俄、法主要是民用型(破冰船)和艇用型(潛艇)應用得比較多,艦用型(航母)小型核反應堆技術積累就明顯不足。法國雖然擁有“戴高樂”號核動力航母,但上面的反應堆是移植核潛艇的,在測試時出現“水土不服”的現象,鬧出很多問題,差點讓戴高樂號不能服役;俄羅斯雖然建造了不少核動力巡洋艦,如基洛夫級,但上面的核反應堆功率較小,不適合在動輒8、9萬噸的大型航母上使用。目前,最先進的艦用小型核反應堆是美國A1B型壓水式核反應堆,裝備在福特級航母上,其發電功量為尼米茲級航母應用堆的3倍!體型小,功率強,維護簡單,並且航母50年全壽命期間不用更換核燃料棒。
福特級使用的A1B型壓水式核反應堆


二、彈射起飛技術。核動力航母一般都是採用彈射起飛而不是常規動力航母使用的彈射起飛。這是因為彈射起飛方式擁有更高的效率,更加節能,在實戰中能夠發揮出最大戰力。以戰機起飛頻率為例,俄羅斯“庫茲涅佐夫元帥”號航母上的戰機起飛頻率基本維持在120架次/天的水平,這已經是極限,超出這個使用頻率就容易出問題。但彈射起飛就不一樣,“尼米茲”級航母採用蒸汽彈射可以達到160架次/天,而採用最新電磁彈射技術的福特級則高達200+架次/天。在其他因素差不多的情況下,哪艘航母打擊能力更強顯然是無需多說的。
福特級航母上的電磁彈射裝置


三、攔阻技術。相比起飛,艦載機降落時的危險係數更高,據統計航母艦載機飛行員發生事故,多半是在降落過程中發生的。目前擁有攔阻技術的只有中美俄。其中,美國擁有最先進的電磁攔阻技術,同樣首次應用在福特級上,它採用渦輪電機系統,效率高,適用機型多,可減少大量人力物力,攔阻效果很好。相比過去的攔阻方式,電磁攔阻可以比較精確,精準得控制飛機尾勾勾住攔阻索產生的一些負載和在甲板上停留的位置和時間,整個過程比較均勻,力度恰到好處,攔阻靈活性較大,可能較好得回收現役、以及未來可能上艦的各種型號艦載機。
電磁阻攔裝置示意圖



福特級進行艦載機起降測試


兵者詭道也


核動力航母的難度主要是核反應堆小型化問題。核反應堆就是核動力航母的核心。

中國在核反應堆領域走在世界前列,城市大型核反應堆很厲害。但是在小型核反應堆領域很菜。

美國的小型核反應堆是非常先進厲害的。如現在福特號上的核反應堆,代表了美國最高水平。

首先它體積小,但是本事相當大。比如中國的泰山核電站發電量是30萬千瓦,福特號10萬千瓦。

而且它在服役期間不需要更換核燃料,也就是一次性用50年。


陳北航


從目前的科研成果來看 最少九到十年左右 才能擁有真正的核動力航母戰鬥群!核動力航母最大的優點就是無限航程和巨大的機庫,由於是核動力 不需要船用油料,可以省下更多的空間放飛機,畢竟飛機的數量才是戰鬥力!


知己85871384


未來的趨勢毋庸置疑肯定是核動力的,目前我們已掌握核反應堆小型化相關技術,並且開始建造海上核電船,只是航母建造需要循序漸進,相信核電船就是為了驗證航母用核反應堆,路要一步一步走


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