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美法核航母反應堆選型曾先後被坑 中國要如何避免
送交者: 力挽狂瀾 2020年04月06日20:32:59 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  2017年初,國內江南造船集團在公開招聘的過程中,出現了“核動力裝置”專業的崗位需求。正如很多人猜想的,這非常有可能是中國未來核動力航母研製的徵兆之一。

  圖:壓水堆是過去、現在和可見未來內核動力艦艇的絕對主流設計,液體金屬堆已被美蘇兩國分別證明是不成熟的失敗產物,至於氣冷堆上艦、離子堆什麼的,至少在我們這代人還活着的時候全都是意淫。

  而具體到“中國未來核航母將會採用怎樣的動力”這個問題,雖然目前還沒有任何公開資料可以參考;但是參照美法兩國(核動力航母僅有這兩國裝備)的歷史經驗教訓,有兩點應該可以確認。

  首先是核航母不會直接移植09X系列核潛艇中任何一型反應堆,而是要開發專門的水面艦艇動力堆——包括傳說中的095、096核潛艇使用的新型核反應堆也不行。

  圖:被拆解下來的K463潛艇核動力艙段。該艇是雙殼體設計,裡面那圈厚筒子才是耐壓殼。

  針對反應堆來說,航母和核潛艇相比有兩大不同;第一是艦船的總體噸位不同,第二是動力系統的安裝空間大小不同。

  比如在同樣以33-35節(61.1-64.8公里/小時)為理想最大航速的高機動能力要求下,攻擊性潛艇有1萬噸的排水量就非常大了——美國的“海狼”還不到這個噸位;而對於航母來說,4萬噸也不過是個中型標準。

  而最關鍵的限制,來自於動力系統的體積。潛艇由於要承受幾百米的水深壓力,殼體必須做成高強度的耐壓容器;而這個耐壓殼的直徑是相當有限的,因此核潛艇反應堆設計時必須犧牲功率等性能,滿足體積的控制需求。

  比如美國的海狼級核潛艇,擁有在潛艇里極大的耐壓殼直徑,以美國80年代末期的技術水平,反應堆功率也只有6.1萬馬力;而同時期的尼米茲航母,單個反應堆功率就有14萬馬力。

  圖:導彈發射筒高度明顯大過耐壓殼直徑,就會導致駝背現象。094核潛艇由於巨浪-2導彈比巨浪-1要更長,因此駝背程度比092更要厲害得多

  這一點對於中國來說限制尤其大,國內戰略核潛艇無一不是駝背構型的關鍵原因之一,就是耐壓殼直徑做不上去,和潛射戰略導彈的高度相差太大;結果就是導彈發射筒高出耐壓殼一大截,只能用整流罩蓋住形成駝背。而同樣的,這也意味着中國核潛艇反應堆的總功率必定偏小。

  要用小堆推大船,最後只有兩個結局。其一是布置很多個反應堆,用數量來把總功率堆上去;這樣做的代價是艦船的總體設計效率極低,空間和噸位占用巨大,而且可靠性差,尤其是在動力的合併傳動環節,效率損失極大。

  圖:對於航母來說,2-4個高功率大型(相對於潛艇)反應堆才是最有效率的設計。但是以我國的現狀來說,目前要實現尼米茲級別的動力系統技術,可能性不是很高。

  這方面,美國的發展規律是十分值得注意的。在單反應堆功率較低的年代,美國的“企業”號航母用了8台A2W反應堆(總功率28萬馬力),而到了尼米茲級航母上,總功率不變,只要兩台A4W反應堆。而A2W反應堆已經是專門為航母開發的型號,單堆功率比同時期的潛艇堆要大得多。

  第二個結局,就類似於法國的戴高樂號航母。戴高樂航母為了試圖省錢(法國沒有建造多艘航母的計劃,不願意花錢開發新反應堆),直接使用了2台核潛艇的K15反應堆,總功率只有8萬馬力,導致航母最大航速僅有27節,而且無法支持連續大批飛機的彈射所需蒸氣。

  圖:戴高樂航母從經濟角度來說近乎於失敗。核動力航母必須要有足夠大的噸位、足夠多的數量,才能完全發揮出經濟性和戰鬥力上的優勢

  客觀的說戴高樂仍然有很強的戰鬥力,但是在其性能/價格比方面,根本對不起核航母的身份——任何涉及到核動力的船舶,製造使用維護都可以說基於另一套不同的體系,價格和占據的資源都十分昂貴。最簡單的例子,不管功率大還是小,更換核燃料和反應堆檢修都是一樣極為費時費錢費力的。

  當然,航母不能直接使用潛艇的反應堆,並不代表兩種反應堆之間的技術不能通用。實際上追溯美國航母反應堆的發展歷史,它最早也是根據潛艇反應堆放大、改進而來;即使在後來的產品本身上區別很大,但在設計、製造上的共通之處依舊是非常多的。


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