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21世纪已过去十几个年头,为何国产航母还用蒸汽轮机?


来源:啮花熊

原标题:21世纪已过去十几个年头,为何国产航母还用蒸汽轮机?

自从首艘国产航母公开下水以来,航母相关的话题始终占据热门。航母的设计取向受多方面影响,包括舰载机、甲板布置和动力系统等,而我国目前拥有的两条航母都使用蒸汽轮机作为主动力。蒸汽轮机应用于军用舰艇已有超过百年的历史,蒸汽轮机有着怎样的独特魅力?为何我国国产航母仍要选择这一“落后”的动力系统?

国产航母仍然使用蒸汽轮机,图中可见其烟道。

目前水面舰艇的主机动力选择主要包括:蒸汽轮机、燃气轮机、柴油机和核动力,这四种动力现役航母都有采用。蒸汽轮机和柴油机在20世纪初就开始应用于舰艇动力,而燃气轮机和核动力直到20世纪50年代后才逐渐上舰。在军用舰艇中,柴油机很少单独作为大型战斗舰艇的主动力,这是因为大功率柴油机的加速性较差,战斗舰艇往往需要反复加减速或者高速冲刺,这些都不是柴机油的特长。而且大型低速柴油机体型巨大,水面舰艇很难容纳如此大的设备。目前使用柴油机为动力的航母仅有一艘,就是泰国海军的“差克里·纳吕贝特”号航母,其采用两台LM2500燃机和两台MTU 16V1163TB83柴油机交替组合,柴油机仅在低速状态下使用。

世界上最大的船用柴油机,瓦锡兰苏尔寿RT-flex96C 14缸二冲程涡轮增压柴油机,可见体型巨大。

蒸汽轮机则长期作为战舰的主要动力使用,在上世纪70年代以前,蒸汽轮机是大型战斗舰艇的标配动力,直到核动力和燃机的出现才逐渐边缘化。蒸汽轮机的特点就是单机功率大、可靠性高、技术成熟、制造成本较低、燃料要求低,从无畏舰时代开始就霸占了主力舰动力的绝对领导地位,美国在使用核动力航母之前所有的航母都是使用蒸汽轮机作为动力。目前仍然使用蒸汽轮机为动力的航母除了我国的辽宁号和国产航母外,还有俄罗斯的库兹涅佐夫号、巴西的圣保罗号、印度的维克拉玛蒂亚号和维克兰特号。

即将退役的圣保罗号也是使用蒸汽轮机为动力。

蒸汽轮机在上世纪70年代逐渐开始让位于燃气轮机,这和其固有缺陷分不开,蒸汽轮机最大的缺点就是体积和重量较大,启动速度比较慢。而且现代海军作战舰艇的吨位相比20世纪上半页有着明显的下降趋势,出去航母和少量巡洋舰之外,很少有舰艇能突破万吨大关,各国都以驱护舰为主力。而蒸汽轮机的缺点在空间紧张的中小型舰艇上显露无疑,体积小、重量轻、启动速度快、功率密度高的燃气轮机开始成为主流动力。

正在测试主机的国产航母

燃机的崛起得益于航空发动机技术的成熟与进步,虽然购置和使用成本偏高,但随着技术水平的不断提高,燃机还是成为各国海军的宠儿。燃机应用在航母上还是有着不小的限制,期需要体积巨大的烟道和体积同样巨大的进气、回热、空气预热装置。这将占用大量的上甲板空间,对于航母机库、甲板布置、舰岛设计来说是非常不利的。目前采用燃机作为主动力的航母除了英国两条女王级较大之外,基本都是使用垂直起降战机和直升机的小型航母,比如意大利的加福尔号和加里波第号,以及日本海自的日向级和出云级四舰。女王级为了减少大型燃机的布置影响,不得不采用双舰岛设计,同时使用全电推进。

女王级采用了双舰岛和全电推进两种颇具风险的设计来规避大型燃机带来的麻烦。

核动力是舰艇动力中最高级的配置,目前只有美俄两国将其应用在军用舰艇上,而使用核动力航母的有且仅有美国海军一家。核动力虽然说起来神秘,但其实和蒸汽轮机的模式非常接近,区别是将蒸汽轮机的多台锅炉换成了核反应堆,核反应堆的二次回路冷却水加热提供蒸汽,从而推动汽轮机转动提供动力。舰艇核动力的门槛在于能够自主设计研发核反应的国家本来就不多,而上舰要求核反应堆不仅要功率大还要体积足够小。

核动力推进示意图

最早采用核动力设计的是核潜艇,而潜艇用核反应堆上舰也是核动力航母的成功经验。最早的核动力航母企业号就是使用潜艇核反应堆,法国唯一的核动力航母戴高乐号也是如此。这种“拿来主义”虽然降低了成本缩短了研制周期,但也有较大风险,企业号就是用了8台压水堆才满足动力需求,而戴高乐号服役至今一直饱受动力不足的困扰。美国目前使用的尼米兹级核动力航母都是使用专门设计的大功率压水堆,在吨位提升的同时仅需要两台就可以满足动力需求。

尼米兹级航母是大型航母的设计标杆。

我国使用蒸汽轮机动力的历史很长,本世纪初生产的051C型驱逐舰仍是采用该种动力。而辽宁号航母是从乌克兰购买的二手舰,在回国之前四台TB-12型蒸汽轮机已经安装完毕,虽然在多年闲置中受到了一定的破坏,但仍然具备恢复价值。在获得相关图纸和制造工艺后,我国不仅修复了辽宁号的动力系统,还成功将其国产化。目前正在进行系泊试验的002号航母就是使用的国产化TB-12型蒸汽轮机,值得一提的是,我国购买的四条现代级驱逐舰也是使用该型动力。

现代级采用2台TB-12型蒸汽轮机

给航母使用蒸汽轮机这种看似落后的动力,其中有必然性也有少许无奈。一方面柴油机和燃气都无法满足大型航母的使用需求,我国也不可能使用英、意等国的垂直/短距离起降模式,在短期内无法拿出合适的核动力系统之前,蒸汽轮机是唯一的现实选择。即便核动力系统的研制遇到挫折,蒸汽轮机系统也能满足蒸汽弹射的需要,对于航母战斗力的影响其实很小。

采用核动力+电磁弹射的福特级航母

不过随着我国电磁弹射技术的不断曝光,从侧面也体现出核动力上舰似乎已经并不遥远,而核动力+电磁弹射的搭配也是航空母舰的终极目标。

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