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第22章 航母纵横谈(18)

在中、小型航母上,未来使用燃气轮机以机械推进方式作动力装置的可能性i丕会出现,即使未来的这类航母使用了以燃气轮机作主发电机组原动机的综合电力系统也存在可能。意大利海军将于2009年服役的新造航母“卡武尔”号继续采用这种机械推进装置——4台LM2500燃气轮机。

在全世界范围内,除美国通用电气公司的LM2500轮机外,。可供未来航母选作机械推进装置的还有由LM250燃气轮机改进演变而来的功率为29兆瓦的LM2500+和功率更大、效率更高的LM2500+G4燃气轮机。LM2500+燃气轮机选作舰用装置已经有10年,现在美国海军已经决定用于排水量40500ll屯的“黄蜂”级LHD8号两栖攻击舰匕。除此之外,可装备于航母的尚有wR21、MT30、MT50:~ILM6000PC等大功率舰用燃气轮机,其中LM6000PC功率42768千瓦,简单循环,效率高达42%,是陛能非常优良的燃气轮机。

航母核动力装置在设计与制造上有以下—些特点和要求:功率大“尼米兹”级的反应堆功率为500~600兆:瓦,双堆轴输出功率为28000马力,航速30节,而美国海军核潜艇的反应堆功率为130~220兆瓦。

能提足够的蒸汽 除了作为推进动力和满足航母电力需求外,还能提供足够蒸汽供舰上蒸汽弹射器起飞飞机之用,而目这种蒸汽为中压过热蒸汽。

满足生命力的要求 即保证4舱进水不沉,连续3舱进水仍有50%的动力,使航母具有20节以上的航速和飞机能够顺利起降。因此,在设计航母核动力装置时均考虑要有两套独立的核反应堆,即设置双堆。除此之外,还要考虑舱室布置的抗沉陛,蒸汽输送的合理陛,以及要有足够的蒸汽输出裕量等。

未来航母核动力装置仍将占据重要地位,美国将继续建造核动力航母。美国海军CVN 21级的核动力装置比“尼米兹”级有如下优点:堆芯寿命长,能量高 目前,美国海军航母核反应堆的堆芯寿命大约为25年,在航母服役期间需要重装一次燃料。而新的CVN2l级航母的反应堆(可能称为A5W型压水堆)堆芯寿命可能达到与航母同寿,即运行50~60年而不必重装燃料。CVN2l级航母反应堆的能量也比“尼米兹”级增加125%。因此,未来的(VN2]级航母的高能反应堆不仅能满足美国海军目前预计要提高的航母运行要求,即增加每年的航行时间,增加航速,而且人员还可以比“尼米兹”级减少一半,且易于维修。

能量密度高 CVN21级航母核反应堆有比“尼米兹”级航母核反应堆更高的能量密度。这是由于新反应堆使用了先进的堆芯材料,使新航母反应堆可以不增加尺寸、重量和空间,目所增加的费用合理。

一回路蒸汽发生器的性能有改进 这是由于cvN21级航母反应堆一回路的蒸汽发生器使用了新的管路材料,采取了防腐措施,同时改进了传热方法。

产生的电功率大 未来cvN2 1级航母核动力装置产生的电功率大约为“尼米兹”级产生的电功率的3倍。

综合电力系统英、美海军航母在未来10~15年内有可能采用电力推进用电与日用电和武器用电相结合的综合电力系统,最先使用的可能为两艘英国海军CVF新航母。

英、美海军未来航母采用综合电力系统的主要设备有主发电机组、推进电机、能量储存和吊舱推进装置等,下面逐—介绍各主要设备。

主发电机组未来最有可能采用两种类型,一种为核动力航母采用的蒸汽轮机发电机组,另一种为常规动力航母采用的燃气轮机发电机组。前者,美国海军未来航母可能会采用;后者可能用于英国海军将要建造的新航母上。这些主燃气轮机发电机组可能使用的燃气轮机为WR21、MT30、MT50。这三种新研制的舰用燃气轮机,除WR21为中间冷却回热循环燃气轮机外,其余两型均为简单循环燃气轮机。MT30Y~IMT50燃气轮机由航空发动机“特伦特”800派生而来。MT30与“特伦特”800的通用件为80%,MT50与“特伦特”800的通用件高达90%。英国媒体报道,英国海军将在两艘新航母上采用MT30"~气轮机。选择MT30燃气轮机作英国新造航母主发电机组原动机,可能是因为它具有以下特点(当然也是因为功率更大的MT50燃气轮机尚未研制成功):功率比较高而适中 MT30燃气轮机在环境温度为26摄氏度时的最大持续功率为36兆瓦,在32摄氏度时的最大持续功率为30兆瓦,比现在用于英国海军45型驱逐舰的额定功率达到25兆瓦的WR21中间冷却回热燃气轮机以及2001年开始在“黄蜂”级两栖攻击舰上使用的功率为29兆瓦的LM2500+燃气轮.棚.大得多。功率较大而适中极有利于满足新造航母的功率要求,以及在这些舰匕的布置。

油耗低,效率高 MT30燃气轮机在最大持续功率时的油耗为207克/千瓦时,热效率为40%,既优于功率相近的简单循环LM2500+燃气轮机(油耗为235克/千瓦时,热效率为39%),又可与中冷回热循环的wR2l燃气轮机相比(油耗为200克/千瓦时)。

可靠性好 MT30燃气轮机与“特伦特”800航空发动机有80%的通用件。“特伦特”800航空发动机用于波音757飞机和波音777飞机,总台数已达至1.1250台,累计飞行时间达250万小时,使用可靠性99.9%。

MT30舰船燃气轮机预计热部件大修时间为12000小时,整机大修时间为24000~时。在舰上可修理的平均无故障时间为2000小时,平均修理时间不算冷机时间为4小时。可靠性好的另一表现是与其他航空派生的舰船用燃气轮机相比零部件少了50%-60%。

维修性好 MT30燃气轮机采用模块结构,因此容易维修。模块能经常拆下和换取,不必对整机进行大修。还有一个特殊之处,就是各个模块可以预作平衡,燃气轮机更换模块后,可以不对燃气轮机整机作现场就地平衡,这就极大地减少了维修工作量。MT30燃气轮机还装有内部状态检测传感器,能视情况维修,平时工作仅限于检查液位和进行—些目视检查。

能使用蒸馏燃油,在害排放物较低 由于采用类似母型机的环形燃烧室,能满足目前和未来的有害气体排放的立法要求,在整个功率范围内无可见烟。

主发电机组的发电机未来无疑将采用高速发电机,特别是采用永磁和高温超导的高速发电机。永磁和高温超导高速发电机较普通发电机的优点是显而易见的,不仅尺寸小、重量轻、全寿期费用低,而且在整个功率范围内都有比较高的功率,特别是音l汾负荷效率。

高速燃气轮机发蝴以模块的方式出现,模块内装有电力电子变换器,它把高速发电机组产生的电力变换为适合各种配电系统要求的电力,如将其变换为460/4160/13800伏的交流电为航母各用户供电,包括为推进电机供电。还要调节所输出电的电力品质,达到要求。

推进电机

推进电机是电力推进系统最重要的设备。

根据英、美两国海军对推进电机研制计划的安排分析估计,未来采用综合电力系统的两国航母,其推进电机不大可能如英国海军新建45型驱逐舰那样采用先进感应电机,比较可能采用的是永磁推进电机和高温或低温超导推进电机。英、美两国现在均在研制。美国海军用于DD(X)级驱逐舰的永磁推进电机是在验证并证明其已经成功的5兆瓦、230转/分的过渡性的实验陛高温超导推进电机的基础上发展的,功率为36.5兆瓦;美国海军36.5兆瓦、120转/分的高温超导和低温超导推进电机已在2004年9月进入详细设计、制造和试验阶段,预计在6年后可完成全尺寸的这种低温超导单机推进电机的建造和试验。

能量储存系统由于需要使用电磁飞机弹射系统和飞机回收系统,同时也考虑到负荷有急剧瞬变,以及有可能使用高能武器如电磁轨道炮等高能脉冲武器,需要设置能量储存系统。美国海军正在研发的能量储存系统有电池、飞轮、超级电容和超导电磁储能等。它们中的某些储能装置有可能在未来用于使用综合电力系统的航空母舰。

吊舱推进装置吊舱推进系统用于船舶至今只有十几年的历史,但此项技术有许多固有的优点,因此发展极为迅速,未来极有可能在采用综合电力系统的航母上使用。目前,全世界已有几种吊舱推进系统问世。

性能优越的吊舱推进系统已经在海军的辅助舰船上开始使用。英国海军“回声”号和“企业”号测量船已采用了吊舱推进系统。法国海军的两艘“西北风”级两栖攻击舰已采用“美人鱼”吊舱推进系统,每舰装两部吊舱。它们对水面战舰采用吊舱起到了范例作用。航母一般需要至少4部吊舱,现在民用船舶上已经出现了使用4部吊舱的先例。

“玛丽女王二世”邮轮使用了4部“美人鱼”吊舱,其中两部是可方位回转的,每部功率21.5兆瓦。这为航母使用吊舱提供了技术背景。

目前,英、法、荷兰等国海军均在配套研制吊舱推进装置。法国舰艇建造局研发的吊舱集中了所有正在使用的吊舱推进系统的优点,还解决了用于战舰需要解决的特殊问题,即它是抗冲击的,极端安静的,同时还极大地减少了电磁信号。

航母的主要作战武器是舰载机。舰载机为航母提供强大的制空、制海作战能力和震慑敌方的强大威慑力。但是,舰载武器仍然是航母所不可缺少的重要作战装备。航母上舰载武器的配置因各国航母的使命任务和使用模式的差异而各自不同。同时,航母的舰载武器系统还与各历史阶段航母和舰载武器的技术水平、本国舰载武器发展状况和国外采购渠道等因素有关。

二战结束前航母舰载武器的配置从1922年至二战结束前,美、英、日、法等国共发展了大约48型航母。其中,美国15型(舰队航母9型,护航航母6型),英国16型(舰队航母7型,护航航母9型,未计入技术很不成熟的早期几型航母),日本15型,法国两型。在这些航母中,既有满载排水量70000吨的大型舰队航母,也有排水量仅几千吨、由商船改造而成的护航航母。这一时期航母的舰载武器以各种口径的舰炮为主。航母舰炮的口径一般为中、小口径,少数航母还配备有口径在155毫米以上的大口径舰炮。

大口径舰炮主要出现在早期建成眼役的航母上。如美国海军20l~20年代建成服役、标准排水量36000吨的“列克星敦”号,便安装有4座双联装203毫米主炮,同时期日本建造的“赤城”号航母(排水量30000Ⅱ屯)则装有10门200毫米主炮。法国于1927年建造的第—艘航母“贝亚恩”号,也配有单管155毫米舰炮。但到了20世纪30年代后期,各国都意识到航母—般不需参与水面炮战,因此“列克星敦”号和“赤城”号均拆除了大口径舰炮,改装中口径防空/反舰两用炮。

各国航母使用的中口径两用炮,日本航母以双管120~127毫米舰炮为主,美国以127毫米舰炮为主,英国则以双管¨4毫米和双管102毫米舰炮为主。由此发生了—个有趣现象,同时服役于英、美两国的“博格”级护航航母,在美国服役的安装127毫米炮,在英国服役的(“博格”级称为“攻击者”级)使用102毫米炮。

在小口径舰炮配置方面,美国航母早期曾配备过28毫米高炮,后统一更换为双管和四管40毫米“博福斯”高炮。作为40毫米炮的火力补充,美国航母还配有大量的20毫米舰炮。英国航母上则多配备2磅炮、3磅炮、1.57英寸乒乓炮,管数有单管、双管、四管、八管,在二战后期还装备了部分美制40毫米和20毫米炮。日本航母上则主要配备三联装或单管的25毫米舰炮。

这一历史时期各国航母舰炮的配置思想,基本是力求以大数量达到高火力密度,从而提高拦截率。如美国二战的主力航母“埃塞克斯”级,就配备有双管和单管127毫米舰炮各4座,四联装40毫米舰炮8座,单管20毫米舰炮数十门。美国“中途岛”级航母配备有单管127毫米舰炮181"3,四联装40毫米舰炮2l座,单管20毫米舰炮数十门。英国的“竞技神”号航母配备有单管140毫米舰炮6门,单管102毫米舰炮4门,单管3磅炮4f3;1944年建成服役的“巨人”号航母配备有单管40毫米舰炮191“~,四联装乒乓炮6座。日本1944年建成服役的“云龙”号航母配备有双管127毫米舰炮6座,三联装25毫米舰炮2 l座,单管25毫米舰炮30门;二战期间吨位最大、满载排水量达70000吨的“信浓”号航母则配备有双管127毫米舰炮8座,三联装25毫米舰炮3躔,单管25毫米舰炮40门。

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