航母上的动力系统「航空母舰核动力」

今天带来航母上的动力系统「航空母舰核动力」，关于航母上的动力系统「航空母舰核动力」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

在现代航空母舰的制造过程中，最难也是最重要的地方就是航母的“心脏”。现代军舰的航速一般都要达到30节左右的高航速。而一艘动辄七八万吨甚至十万吨以上的航空母舰要达到这样的航速，那么它必定要有一颗动力充沛的“心脏”。而制造这样一颗“心脏”就是建造现代化航母的敲门砖。我国在航母上一直受困于动力系统，在经过不断的技术积累和研究攻关之后，我们才拥有了辽宁舰这艘载入史册的航空母舰。

我国首艘航母辽宁舰，其原型是苏联海军瓦良格号航空母舰，被我国买下改造成我国首艘航母。

纵观我国海军的历史发展史上，动力系统一直是限制我国军舰大型化的罪魁祸首，在上世纪的90年代我国军舰除了从俄罗斯进口的四艘现代级驱逐舰超过了一万吨，最大的“四大金刚”排水量仅3000吨左右，而当时美国海军“尼米兹”级已经建造完毕，准备筹备下一级新型航母的建造。可见当时的差距之大触目惊心。

纵使如今055大驱入役，中国成为世界上第二大海军。我们在造舰技术和使用经验上仍然不如四处征战的美国海军，我们只是缩小了差距。而不是没有差距。

舷号101的我国首艘万吨大驱南昌舰，是我国首艘排水量过万的驱逐舰动力系统采用国产燃气轮机

我国在航母建造上从已经入役的两艘航母上来看总体师承俄罗斯，在细节处进行修改，来适应我国海军的需要。比如“库兹涅佐夫”号上的反舰导弹就被取消。我国航母动力系统应于“库兹涅佐夫”号相差不多，那么我们就以“库”号来看看航母的动力系统。

俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母采用KVG-4增压锅炉，与之配套的为TB-12-4型蒸汽轮机，采用了增压锅炉而不是普通的蒸汽锅炉。采用增压锅炉的优点主要是：尺寸小重量轻经济性高机动性好生命力强。俄罗斯海军“库兹涅佐夫”号航母均采用8台锅炉4台蒸汽轮机，驱动4部螺旋桨。“库兹涅佐夫”号每轴功率为50000马力。设计航速可以驱动6万吨的舰体达到30节的高航速。

TB-12型蒸汽轮机，安装在库兹涅佐夫号上，最大可输出50000马力，将库号提升至30节的高航速

舰用蒸汽动力装置已经有近百年的历史，在不断地发展之后其优点也是显而易见的具有单机功率大、工作平稳、震动小、噪声低、使用寿命长、工作可靠、大修间隔长等诸多优点。而它的缺点也有不少，最大的缺点就是启动时间长。之前就有一个疑问说“辽宁舰”启动要10个小时，而055只需要几分钟。这主要是由蒸汽轮机的启动原理而造成的差异。锅炉把重油燃烧的热能传递给水，将其烧成高压蒸汽，然后蒸汽轮机将水蒸汽的动能转换为动能。舰船起航前首先要启动锅炉烧水，所以需要的时间较长。

舰用蒸汽轮机距今已经有上百年的历史，依然在不断地推陈出新，老当益壮。未来仍然会有采用蒸汽轮机的军舰

就世界各国而论，早就是一种十分成熟的舰用动力装置，但仍有优化工作需持续不懈地进行。在舰用蒸汽钢炉方面，除了需采用适宜的先进锅炉形式外，还需优化锅炉的设计和结构，提高锅炉的经济性和可靠性。锅炉的尺寸、重量也需要进一步减少。还要优化蒸汽过热器的设计和配置。在舰用蒸汽轮机方面，也应优化蒸汽轮机的设计和结构，提高蒸汽轮机的经济性和可靠性以及提高蒸汽轮机在低工况时的经济性能。还应发展机炉协调电一液控制系统，实现由传统的机械液压调节系统向电一液控制系统和全电控制系统的转变。

MT30型燃气轮机，这种先进的燃气轮机广泛运用在英国伊丽莎白女王级，和美国的朱姆沃尔特级驱逐舰上

第二种“心脏”就是广泛运用于中小型舰艇上的燃气轮机，这种就是安装在055大驱上的动力装置。它最鲜明的优点就是具有启动快的特点。近些年来也有安装到大型船舶上的趋势，英国最新服役的“伊丽莎白女王”级航空母舰已经安装了燃气轮机，采用了柴燃混动的动力组合。MT30燃气轮机由罗尔斯·罗伊斯公司研制，是世界上最强大的现役舰船燃气轮机。在英国国防大臣迈克尔·法伦的见证下，停靠在苏格兰罗塞思造船厂的“伊丽莎白女王”号航母点火启动了MT30燃气轮机。MT30燃气轮机总重120吨，单机功率36兆瓦，可驱动该航母以25节以上的速度航行。这种燃气轮机也被广泛运用到朱姆沃尔特级驱逐舰和濒海战斗舰上。

伊丽莎白女王级采用了两台MT30燃气轮机，用以推动这艘万吨级的航母，可能会导致动力不足等问题

中、小型航空母舰使用燃气轮机是在20世纪80年代以后，英国海军在这方面具有带头作用。无敌级是第一艘采用燃气轮机作为动力的轻型航母，推动20000吨的舰体可以到达28节的航速，无敌级航母参加了英阿马岛战争发挥了重要作用。三艘无敌级航母均已退出现役。目前，使用全燃气轮机的航空母舰除了英国新造的“伊丽莎白女王”级，只有意大利海军的“加里博迪”号和。满载排水量11485吨的泰国“查克理王朝”号航母以柴油机燃气轮机交替使用方式使用了燃气轮机。意大利海军航母“卡武尔”号也继续采用这种机械推进装置——4台LM2500燃气轮机。

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还会出现，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。

美国通用电气公司的LM2500燃气轮机，运用在阿利伯克级驱逐舰上。每艘阿利伯克级装备有两台燃气轮机

在全世界范围内，除美国通用电气公司的LM2500燃气轮机外，可供航母选作机械推进装置的还有由LM2500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。除此之外，可装备于航母的尚有WR21、MT30、MT50和LM6000PC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%，是性能非常优良的燃气轮机。

说道柴油机运用到大型战舰上你可能首先会想到的是德国海军，但是由于柴油机尺寸大、重量重，单机功率不够，因此在攻击型航母上基本上是不用的，在直升机航母上采用也没有先例，英国海军的海洋号直升机母舰（现已被退役出售给了巴西海军）却打破先例，使用了两台皮尔斯蒂克12PC2.6V400柴油机，总功率18360马力。航速19节。“海洋”号采用柴油机机械推进装置可能是由于它用作两栖作战兵力，且期速只有19节之故。

英国皇家海军海洋号两栖攻击舰，采用柴油机推进装置，速度较慢。

随着舰船综合电力系统的发展，在两栖作战规艇上未来采用柴油机极有可能是以作为综合电力系统发电机组的原动机的形式出现，以柴油机作为单纯的机械造进方式约可能性不大。例如，英国海军的“海神之子”级船坞登陆舰和法国海军的“西北风”级直升机两栖攻击舰等都已经采用了使用柴油机作发电机组原动机的综合电力系统。

法国的“西北风”级两栖攻击舰，其优异的性能使得俄罗斯海军也对其颇为青睐

目前全世界在役的核动力航母共有12艘，包括美国的“尼米兹级航空母舰10艘、福特级1艘、法国的“戴高乐”号1艘。其中，“尼米兹”级CVN68-CVN76共9艘采用A4W型压水堆，每舰两堆，每堆推进功率140000马力，排水量915300-102000吨，4台汽轮机；最后一艘的“尼米兹”级CVN77“布什”号采用A5W型压水堆，每堆推进功率140000马力，“戴高乐”号采用K15型压水堆，轴推进功率41500马力，排水量40550吨。

美国核动力航母尼米兹级采用A4W压水堆最高140000输出马力，动力澎湃可以将十万吨的舰艇加速到32节

航母核动力装置在设计与制造上有以下一些特点和要求：①能够提供足够的功率“尼米兹”级的反应堆功率为500~600兆瓦，双堆轴输出功率为280000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。②提供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，而且这种蒸汽为中压过热蒸汽。③满足抗沉性能要求即保证4舱进水不沉，连续3舱进水仍有50%的动力，使航时其有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性，蒸汽输送的合理性，以及要有足够的蒸汽输出量等。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“福特”’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。而新的福特级航母的反应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。福特级航母反应堆的能量也比“尼米兹”级增加25%。因此，未来的福特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。

美国最新型的福特级核动力航母，其反应堆比尼米兹级的还要更加先进

较高的能量密度福特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，且所增加的费用合理。

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，最先使用的为两艘英国海军伊丽莎白女王级航母。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，下面逐一介绍各主要设备。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。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。MT30和MT50燃气轮机由航空发动机特伦特”800派生而来。

戴高乐号航空母舰的反应堆由核潜艇的反应堆改进而来，输出功率低而且问题不断

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%。英国海军在两艘新航母上采用MT30燃气轮机。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：功率较高而且适中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 燃气轮机大得多。功率较大而适中极有利于满足新造航母的功率要求，以及在这些舰上的布置。油耗低MT30燃气轮机在最大持续功率时的油耗207克/千瓦时，既优于功率相近的简单循环LM2500 燃气轮机（油耗235克/千瓦时，热收率为39%），又增加了可靠性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小时。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%。维修方便 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一些目视检查。

电磁弹射系统的采用和各种电子系统对电力的要求更大。更先进的发电机也正在被研究出来

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。

安装在船上的吊舱推进系统，为航母提供电力保障

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。