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美法核航母反应堆选型曾先后被坑 中国要如何避免
送交者: 力挽狂澜 2020年04月06日20:32:59 于 [军事天地] 发送悄悄话

  2017年初,国内江南造船集团在公开招聘的过程中,出现了“核动力装置”专业的岗位需求。正如很多人猜想的,这非常有可能是中国未来核动力航母研制的征兆之一。

  图:压水堆是过去、现在和可见未来内核动力舰艇的绝对主流设计,液体金属堆已被美苏两国分别证明是不成熟的失败产物,至于气冷堆上舰、离子堆什么的,至少在我们这代人还活着的时候全都是意淫。

  而具体到“中国未来核航母将会采用怎样的动力”这个问题,虽然目前还没有任何公开资料可以参考;但是参照美法两国(核动力航母仅有这两国装备)的历史经验教训,有两点应该可以确认。

  首先是核航母不会直接移植09X系列核潜艇中任何一型反应堆,而是要开发专门的水面舰艇动力堆——包括传说中的095、096核潜艇使用的新型核反应堆也不行。

  图:被拆解下来的K463潜艇核动力舱段。该艇是双壳体设计,里面那圈厚筒子才是耐压壳。

  针对反应堆来说,航母和核潜艇相比有两大不同;第一是舰船的总体吨位不同,第二是动力系统的安装空间大小不同。

  比如在同样以33-35节(61.1-64.8公里/小时)为理想最大航速的高机动能力要求下,攻击性潜艇有1万吨的排水量就非常大了——美国的“海狼”还不到这个吨位;而对于航母来说,4万吨也不过是个中型标准。

  而最关键的限制,来自于动力系统的体积。潜艇由于要承受几百米的水深压力,壳体必须做成高强度的耐压容器;而这个耐压壳的直径是相当有限的,因此核潜艇反应堆设计时必须牺牲功率等性能,满足体积的控制需求。

  比如美国的海狼级核潜艇,拥有在潜艇里极大的耐压壳直径,以美国80年代末期的技术水平,反应堆功率也只有6.1万马力;而同时期的尼米兹航母,单个反应堆功率就有14万马力。

  图:导弹发射筒高度明显大过耐压壳直径,就会导致驼背现象。094核潜艇由于巨浪-2导弹比巨浪-1要更长,因此驼背程度比092更要厉害得多

  这一点对于中国来说限制尤其大,国内战略核潜艇无一不是驼背构型的关键原因之一,就是耐压壳直径做不上去,和潜射战略导弹的高度相差太大;结果就是导弹发射筒高出耐压壳一大截,只能用整流罩盖住形成驼背。而同样的,这也意味着中国核潜艇反应堆的总功率必定偏小。

  要用小堆推大船,最后只有两个结局。其一是布置很多个反应堆,用数量来把总功率堆上去;这样做的代价是舰船的总体设计效率极低,空间和吨位占用巨大,而且可靠性差,尤其是在动力的合并传动环节,效率损失极大。

  图:对于航母来说,2-4个高功率大型(相对于潜艇)反应堆才是最有效率的设计。但是以我国的现状来说,目前要实现尼米兹级别的动力系统技术,可能性不是很高。

  这方面,美国的发展规律是十分值得注意的。在单反应堆功率较低的年代,美国的“企业”号航母用了8台A2W反应堆(总功率28万马力),而到了尼米兹级航母上,总功率不变,只要两台A4W反应堆。而A2W反应堆已经是专门为航母开发的型号,单堆功率比同时期的潜艇堆要大得多。

  第二个结局,就类似于法国的戴高乐号航母。戴高乐航母为了试图省钱(法国没有建造多艘航母的计划,不愿意花钱开发新反应堆),直接使用了2台核潜艇的K15反应堆,总功率只有8万马力,导致航母最大航速仅有27节,而且无法支持连续大批飞机的弹射所需蒸气。

  图:戴高乐航母从经济角度来说近乎于失败。核动力航母必须要有足够大的吨位、足够多的数量,才能完全发挥出经济性和战斗力上的优势

  客观的说戴高乐仍然有很强的战斗力,但是在其性能/价格比方面,根本对不起核航母的身份——任何涉及到核动力的船舶,制造使用维护都可以说基于另一套不同的体系,价格和占据的资源都十分昂贵。最简单的例子,不管功率大还是小,更换核燃料和反应堆检修都是一样极为费时费钱费力的。

  当然,航母不能直接使用潜艇的反应堆,并不代表两种反应堆之间的技术不能通用。实际上追溯美国航母反应堆的发展历史,它最早也是根据潜艇反应堆放大、改进而来;即使在后来的产品本身上区别很大,但在设计、制造上的共通之处依旧是非常多的。


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