江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）

动力装置
关于国产新一级航母将采用何种动力装置是网络上热议的话题 ， 猜测核动力或常规动力的声音都很多 。 核动力具有更大的技术优越性是无疑的 ， 国内在这方面也有相当的技术积累 ， 不过笔者还是认为新一级国产航母采用常规蒸汽动力的可能性更大 。 因为全新设计并建造一艘大型弹射型航母对国内舰船工业来说已经是工程技术上的一大挑战 ， 虽然国内早在多年前即对航母弹射系统展开了预研工作 ， 这一技术领域也有一定的技术积累和储备 ， 但在实际工程中并不像当年改建''辽宁''号那样有很多现成的构造、设施可供研究和借鉴 ， 在很多工作需要在无任何外部援助和经验可供借鉴的条件下完全独立自主地开展 。 而在大型水面的核动力技术方面国内实际上面临同样的状况 ， 即有预研、有积累 ， 但尚无重大工程实践 。
新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）
文章图片
【新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）】采用核动力的国产新一级航母设想图 ， 可见舰岛尺寸显著缩小 。
当然 ， 国内已经自主设计建造了两代多型核动力潜艇 ， 但其工程技术上与大型水面战舰的核动力毕竟还是有较大区别的 。 法国的''戴高乐''号航母就是由于采用了''凯旋''级弹道导弹核潜艇的核反应堆而导致动力不足 ， 无法实现最大航速 ， 甚至影响了舰载战斗机的任务性能 。 所以 ， 国内的航母核动力系统似乎应根据实际需要专门研发 。
从目前国内在核技术领域已经具备的技术实力来看 ， 人们普遍相信完全拥有这种能力 ， 但倘若在新一级航母上采用包括弹射系统及核动力等在内的大量新系统、新技术 ， 则可能在工程实施需要付出更多时间和努力去克服许多预料之外的困难、障碍、甚至风险 。 近年来 ， 一些传统海军装备技术强国 ， 都因在某些重大项目研发过程中因采用新技术、新设备比重过大而导致项目进度一再延迟 ， 测试阶段又不断暴露出问题 ， 迟迟得不到有效解决 ， 致使新装备长期难以形成作战能力 ， 这不仅大大增加了装备研制、生产和采购成本 ， 同时也严重贻误了装备发展 。 因而 ， 在当前中国海军急需发展壮大舰队航空兵的重要关头 ， 为确保新一级航母平台的进度并降低风险 ， 在保证实现弹射系统实用化的前提下 ， 采用成熟、可靠的常规动力系统应更符合实际 。 从国内舰船研究机构修建的航母陆上模拟试验设施图片来看 ， 新的舰岛结构和布局仍然保留了''烟囱''的空间 ， 很大程度上可以作为仍采用常规动力的佐证 。 随着大型舰船设计建造技术及舰船核动力技术的进一步成熟 ， 未来国产航母采用核动力装置应当是确定无疑的 。
蒸汽弹射还是电磁弹射？
20世纪50年代喷气式飞机上舰后 ， 由于飞机重量和起飞速度急剧增大 ， 已经无法做到像先前螺旋桨飞机那样从甲板上直接滑跑起飞 ， 因而英国皇家海军率先开发成功蒸汽弹射器并在航母上装舰使用 。 蒸汽弹射系统包括动力源、弹射装置、归位、控制系统等 。 动力源为舰上锅炉产生的蒸汽 ， 贮存于蒸汽室；弹射装置由数十米长的蒸汽活塞筒、往复车、拖车等组成 ， 起飞甲板上设有弹射导向滑轨 。 进行舰载机弹射时 ， 由拖索钩住舰载机往复车并将高压蒸汽充入缸筒 ， 随着蒸汽活塞筒加压 ， 飞机启动 ， 蒸汽的巨大压力推动活塞 ， 活塞带动往复车 ， 往复车带动舰载机 ， 当活塞筒达到一定压力时 ， 飞行员松开刹车并加大发动机功率 ， 在弹射器动力系统的强力作用下 ， 飞机沿导向滑轨做加速运动 ， 经数十米滑跑距离后急速达到250-350千米的升空速度 。 当飞机飞离甲板后 ， 复位系统将弹射起飞系统回归原位 ， 准备再次弹射 。
新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）
文章图片
美国海军F/A-18E战斗攻击机在''尼米兹''级航母上进行弹射起飞
蒸汽弹射器具有弹射能量大、安全性和加速性能好的特点 ， 一些国家航空母舰普遍采用并沿用至今 。 蒸汽弹射器可弹射20-35吨重的喷气式舰载机 ， 使其在很短时间内从零加速至250-350千米 ， 重力加速度达4-5.5G 。 国外大型航空母舰上通常装有2-4部蒸汽弹射器 ， 分别设置在前飞行甲板和斜角飞行甲板 ， 每分钟可弹射1-3架飞机 ， 对于提高舰载机乃至整个航母舰队的作战效能起到了非常显著的作用 。 不过 ， 蒸汽弹射系统的构造非常复杂 ， 对制造技术和材料具有很高的要求 ， 以致迄今世界上有能力制造航母蒸汽弹射器的国家寥寥无几 。 目前 ， 世界上仅有美国和法国海军的航母配备有蒸汽弹射器 ， 而且法国''戴高乐''号航母使用的蒸汽弹射器是购自美国 。
对中国海军而言 ， 建造航母平台、发展舰队航空兵可以说是建国后几代中国海军的夙愿 ， 因此海军装备科研人员很早就开始了对航母平台及各种相关技术的探索和研究 。 综合多方面信息 ， 国内相关部门早在多年前即对航母蒸汽弹射器展开了预研工作 ， 在这一技术领域已经拥有相当的技术积累和储备 。 进入21世纪后 ， 随着发展航母成为国策 ， 国内在航母技术领域的研发工作全面提速 ， 航母平台、舰载机、舰载机弹射器各子系统等的研发都取得了重大突破 。 近年来 ， 网络上一再流出国外商业卫星拍摄的国内在某地建造的航母蒸汽弹射器试验装置及辅助实验设备卫星图片 ， 期间还出现了对部分结构及起落架进行了专门改进歼-15弹射型舰载战斗机的图片 。 上述迹象均预示着国产弹射型航母平台的面世已为期不远 。
新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）
文章图片
网上出现的中国陆地弹射器照片
然而 ， 当代科学技术的发展为中国海军在航母装备技术领域实现弯道超车提供了新的重要机遇 ， 那就是舰载机电磁弹射系统开始达到实用化 。 电磁弹射系统是近年来日渐成熟的新式舰载机弹射技术 ， 其原理是利用电的磁效应产生两组互排斥的磁场 ， 从而产生推动力 ， 利用电磁能量来推动被弹射的物体向外运动 。 实际上 ， 该系统是采用直线感应电机 ， 将其固定部分通上交流电后产生交变磁场 ， 用强电流通过电磁铁产生强磁场 ， 作用于连接飞机的牵引器 ， 牵引器受到磁场力作用产生加速度 ， 使之带动飞机作加速运动 ， 达到起飞速度后飞机脱离甲板起飞 。 电磁弹射系统主要由固态电力、电子元件和金属结构组成 ， 主要包括电力系统、线性同步电动机、盘式交流发电机、大功率数字循环变频器、导轨等 ， 美国最新的''福特''级航母就采用了电磁弹射系统 。
新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）
文章图片
F/A-18F在''福特''号航母上进行电磁弹射起飞测试
与蒸汽弹射器相比 ， 电磁弹射系统具有多方面优势：首先 ， 系统构成相对简单 ， 大大减少了对舰上辅助设备的需求 。 蒸汽弹射系统构成需要大量设备 ， 非常复杂 ， 占用了舰上大量空间 。 公开资料显示 ， 国外现役航母使用的蒸汽弹射器单部总重即在500吨左右 ， 占用舰体内部1133立方米空间 ， 一台蒸汽弹射器需要2层甲板上下的近百名官兵密切协调才能保障正常使用 。 与之相比 ， 电磁弹射系统则结构简单 ， 主要由固态电力、电子元件和金属结构组成 ， 具有更好的使用性、维护性 ， 操作使用自动化程度高 ， 对人力的需求大大减少 ， 可大幅度降低了航母全寿命周期的成本费用 。 电磁弹射系统的运行只需提供足够的电力即可 ， 将高能效电磁技术应用于主要功能 ， 因而无需液压油、淡水和蒸汽 。 在设计上有利于实现子系统的最小化 。 对航母平台而言 ， 电磁弹射系统最重要的优点之一就是减轻了舰载重量和系统体积 ， 使弹射系统各组成部分的布局更加灵活 ， 从而最大限度的优化航母平台的内部布置和载荷分布 。 由于取消了对蒸汽的依赖 ， 有利于进行更合理电站设计和布局 ， 降低了航母建造和使用的总费用 。
新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）
文章图片
航母上的电磁弹射器示意图
其次 ， 电磁弹射系统可提高能量效率 ， 系统反应快 ， 可靠性强 。 在能量利用率方面 ， 典型的蒸汽弹射器弹射作业需要消耗大量淡水 ， 每次作业最大输出能量可达95兆焦耳 ， 最短工作周期45秒 ， 耗用近700千克水蒸汽 ， 同时每次弹射结束都会有大量蒸汽排出 ， 带走大量能量 ， 因而能量利用率较低 ， 其效率一般为4%-6% 。 而电磁弹射系统的效率则可达60%甚至更高 ， 能更有效地利用能量 ， 减少航母动力系统的负担 。 在弹射间隔期间 ， 电磁弹射系统的能量储存子系统要求补充的最大能量估计接近6兆瓦或更少 ， 系统不需要像蒸汽弹射器那样始终保持备战状态 ， 可在15分钟之内从完全关闭或''冷铁''状态达到备战状态 。
再者 ， 电磁弹射系统可拓展使用性能 ， 弹射舰载机的范围更大 ， 易于控制和调节 。 电磁弹射系统可拓展弹射器的使用界限 ， 以更快的速度弹射飞机 ， 以更强的能力控制飞机 。 目前 ， 国外航母使用的蒸汽弹射器由于受到最大弹射力的限制 ， 实际上已经局限了新研制飞机的起飞性能 。 而电磁弹射系统可通过调整扩大航母舰载机的搭载能力 ， 通过调节电流等措施对弹射力进行调节 ， 具有极高的使用灵活性 ， 既可弹射重型舰载机 ， 也能弹射较小、较轻的飞行器（如舰载无人机） ， 扩展了航母的作战能力 。 由于蒸汽弹射没有闭环控制系统 ， 弹射时对舰载机的推力变化较大 ， 因而会大大影响甚至缩短舰载机的使用寿命；而电磁弹射系统则可不断修正推力偏差 ， 对舰载机的作用力均衡 ， 因而有利于延长舰载机的使用寿命 。 电磁弹射系统中的电力电子变换系统、控制系统都是在民用成熟技术基础上发展而来的 ， 结合了完善的冗余和容错设计技术 ， 因而即使出现故障时也仍然能够满足弹射要求 ， 具有更快的纠错能力 ， 具有更高的可靠性 。
新一级国产航母主要技术特点的猜想（二）
文章图片
美国电磁弹射器陆上试验轨道结构特写
国内航母平台及相关技术的研发虽然起步较晚 ， 但充分利用了后发优势 ， 跨越了航空母舰上百年和好几代的发展进程 ， 直接进入了重型喷气式三代战机时代 ， 而且目前又在舰载机弹射技术方面面临弯道超车的重要机遇 。 当然 ， 能否抓住机遇尽快实现对世界传统航母强国的超越 ， 关键就在于国内在电磁弹射技术领域能否有大的进展 。
从公开报道看 ， 国内马伟明院士带领的团队经过长期研究和技术积累 ， 已经实现了电磁弹射系统多项关键技术的突破 。 近期有卫星图片显示 ， 国内某地建设的电磁弹射试验装置正在进行多种测试 ， 种种迹象表明 ， 国内自主研发的舰载机电磁弹射系统正在达到或接近实用阶段 。 新一级国产航母平台将是弹射型可以说已经没有悬念 ， 但最终是采用技术比较成熟的蒸汽弹射系统还是更先进电磁弹射系统 ， 目前仍然存在不确定性 。
多年来 ， 国内在蒸汽弹射系统方面已进行了充分的研究、实验和准备 ， 其成熟度在保障新一级航母平台的建造进度方面无疑更稳妥 。 而电磁弹射系统作为目前世界上最先进的舰载机弹射技术 ， 即使在航母技术最发达的美国似乎也不顺利 。 在这一技术领域 ， 系统的成熟度、可靠性无疑是最重要的 ， 而且即使成熟度和可靠性已经满足上舰要求 ， 国内自主研发的电磁弹射系统能否满足新一级航母设计建造的进度要求也尚未可知 。 人们热切期待着谜底揭晓的时刻早日到来 。
未完待续……
新一级国产航母主要技术特点的猜想（一）


    推荐阅读


    上一篇：70万大军在边境待命，印度总司令发誓：不会重演58年前的惨败

    下一篇：动机与能力—英国“决心”级战略弹道导弹核潜艇的研发背景（四）