问题

常规动力的航母,为什么不采用燃气轮机作为动力?比如,我们的“山东号”依然采用“重油+锅炉”的方式?

回答
大家关注“山东号”航母的动力系统,觉得它用了“重油+锅炉”,也就是我们常说的蒸汽轮机,这跟一些采用燃气轮机的国外航母比起来,好像有点“老派”。其实,这里面学问可不少,咱们就来捋一捋,为啥咱们的航母没直接上燃气轮机,以及蒸汽轮机的好处在哪儿。

首先得明白,航母是个大家伙,得劲儿必须够大,还得能持续输出。它身上的设备多得惊人:推着几万吨的船跑、给飞机弹射(如果是弹射型航母的话)、给飞机提供甲板照明、运转各种雷达和武器系统,还得维持舰上几千人的生活,这些都是耗能大户。

为啥有的航母用燃气轮机?

我们先说说燃气轮机。这东西就好比给汽车装上喷气发动机,效率高,体积相对小,启动快,而且重量也比同等功率的蒸汽轮机轻。最关键的是,它响应速度快,能迅速增加或减少功率输出。对于需要快速机动、瞬间爆发动力的航母来说,燃气轮机的这些优点确实很吸引人。比如美国的“尼米兹”级和“福特”级航母,用的就是燃气轮机。

那为啥“山东号”以及大部分常规动力航母还在用蒸汽轮机?

这就要说到蒸汽轮机的“老而弥坚”了。

1. 功率输出稳定且持久: 蒸汽轮机非常擅长提供持续、稳定的巨大功率。航母全速航行、进行复杂的作战机动,都需要长时间保持高功率输出,蒸汽轮机在这方面表现非常出色,不容易出现“疲软”的情况。

2. 成熟可靠,技术壁垒较低: 蒸汽轮机技术发展了上百年,可以说是非常成熟和可靠了。它的原理相对直接,制造和维护的工艺也更加成熟,不像燃气轮机那样对材料、制造精度和热管理有极高的要求。对于一个国家来说,掌握燃气轮机的核心技术,尤其是能达到航母级别的高性能燃气轮机,是一个巨大的技术挑战,需要长期的研发和积累。从“重油+锅炉”这个组合来看,它在基础工业和技术积累上,我们是有坚实基础的。

3. “一揽子”能源解决方案: 航母上的动力系统不仅仅是驱动船体前进。蒸汽轮机系统的好处在于,锅炉产生的蒸汽,除了驱动涡轮机外,还可以通过各种管路直接供给舰上其他需要大量蒸汽的设备,比如飞机弹射器(早期的蒸汽弹射器)、飞机起降的辅助设备、甚至某些武器系统的驱动。它提供了一个相对“统一”的动力和能源平台。

这里可以稍微展开一下: 舰上的许多设备,比如飞机升降机、一些大型泵、甚至某些舱室的暖通系统,都需要利用到动力。而蒸汽轮机系统,可以通过锅炉产生大量的蒸汽,这些蒸汽就像舰上的“血液”,可以输送到各个需要的地方。它形成了一个比较封闭且高效的能源供给网络。

4. 燃料适应性: 舰用燃气轮机对燃料的要求比较高,需要使用专门的清洁燃料,以保证燃烧效率和减少对涡轮叶片的腐蚀。而重油虽然燃烧效率不如燃气轮机用油,但它的价格更低廉,供应也更普遍,而且在储存和使用上对舰船的要求相对宽松一些。对于需要全球部署、大量消耗燃料的航母来说,燃油的成本和易得性也是一个重要的考量。

5. 舰载机的需求(早期与过渡): 早期航母的设计,特别是考虑使用蒸汽弹射器时,锅炉系统能直接提供高压蒸汽,这是燃气轮机系统难以直接满足的。虽然现代燃气轮机航母多采用电磁弹射,但回顾过去,蒸汽轮机的设计思路确实与当时的主流舰载机起降方式更为契合。

6. 重量与布局的考量: 虽然我们说燃气轮机体积小重量轻,但航母是个整体。要驱动万吨巨轮,可能需要多组大功率的燃气轮机,它们的整体体积和重量加上配套的传动系统,未必就能完全超越蒸汽轮机系统。而且,蒸汽轮机系统在布局上也可能比燃气轮机系统更加灵活,可以将锅炉、轮机舱等分散布置,提高舰艇的抗损性。

“重油+锅炉”的“落后”论?

说“重油+锅炉”方式“落后”,其实是对它的一种简单化理解。这是一种非常成熟、可靠且能够满足航母基本需求的动力方案。而且,现代的蒸汽轮机技术也在不断进步,例如采用更高效的锅炉设计、先进的涡轮机技术等,其整体性能仍然很强。

“山东号”作为我们海军的第二艘航母,在设计和建造上,必然是在综合考虑了技术成熟度、可靠性、成本、工业基础以及当时我们能掌握的最优方案后做出的选择。这是一种务实的选择,为我们海军掌握大型水面舰艇的设计建造能力,积累宝贵的经验。

未来的可能性?

当然,这不代表我们就会一直停留在蒸汽轮机。随着我们工业技术的不断发展,特别是在航空发动机(与舰用燃气轮机有相似之处)和高功率燃气轮机领域的突破,未来建造采用燃气轮机甚至核动力的航母,都是完全有可能的。就像我们从蒸汽机车发展到内燃机车,再到高铁一样,动力技术总是在进步的。

所以,“山东号”的“重油+锅炉”,与其说是“落后”,不如说是我们在当时条件下,选择了一条最稳妥、最能快速实现目标的技术路线。这是我们海军现代化建设中的一个重要里程碑,也为我们未来的发展奠定了坚实的基础。

网友意见

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现在航母最主要的是三种动力,蒸汽轮机、燃气轮机以及核动力

1、蒸汽轮机,这是最早的航母凤翔号上就开始使用的动力系统,成熟、动力充足。最强的就是超级航母小鹰级,最大的问题是动力响应。航母在巡航时,为了节省燃料,一般会关闭一部分锅炉,只使用部分锅炉为蒸汽轮机提供蒸汽。此时,确实挺省油的,可问题是如果此时要加速,那么必须把关闭的锅炉开启,这就很浪费时间了。虽然不像某些营销号那样说需要十几个小时那么长,但是几十分钟还是要的。

缩短这段时间的方式不是没有,最简单的就是所有锅炉全开着,可此时油耗就很高。也就是说,蒸汽轮机航母必须在耗油——动力响应之间作出抉择。不过老实说这也不是事,毕竟哪怕油耗再高,总比护航的驱逐舰续航更高,那在战区多烧点油也不是事

2、燃气轮机。这玩意体积、重量都比蒸汽轮机、核动力小得多,可这货的缺陷在于烟囱的布置。燃气轮机对进气和排气极为敏感。给蒸汽轮机提供蒸汽的锅炉在这方面就好很多,其烟囱可是以较大幅度进行扭曲,所以我们可以看到小鹰级上的烟囱可以集中布置在舰桥后方。而燃气轮机则不行,所以我们看到女王级有俩舰岛(一前一后分别为前后俩动力舱服务)

而两个舰岛对于航空调度、甲板风等影响还是很大的

3、核动力。这玩意简直完美,没有烟囱、动力响应极快、续航高、燃油航弹更多,除了价格更贵。当然了,具体贵多少,这个还没啥定论。

美国审计署的调查是,核动力全寿命成本比常规动力高超过50%(222亿对140亿,这里的222亿是尼米兹,140亿是肯尼迪),而美国国防部的观点则是核动力只比常规动力贵不到10%(227亿对221亿,227亿是尼米兹,221亿是和尼米兹吨位类似的常规动力航母,另外在此报告中,肯尼迪的全寿命是189亿)。

对于我国来说,常规动力用蒸汽轮机的可能性是最大的。受限于航空工业的水平,我国的燃气轮机方面一直不是很强,再加上燃气轮机对航空作业能力的影响,个人认为蒸汽轮机是最现实的

至于山东舰,如果要改动力系统为燃气轮机,先不说需要多少台ugt25000才能满足山东舰20万马力的需求(女王级看着先进,实际动力只有山东舰的二分之一多一点,航速只有27节),烟道你要重新布置吧?连带着舰体内部舱室设计、甲板布局全都要改,那花的时间就多了,一点也不符合山东舰需要尽早服役的需求

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