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雙艦島設計成未來航母主流?其實只適應燃氣輪機動力
送交者: 力挽狂瀾 2020年04月12日20:15:22 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  航空母艦是獨一無二的設計模式,航空母艦放飛建造幾需要儘可能高的航速,而高航速勢必會導致更高的鍋爐數量,鍋爐數量越多,對航母的不利影響也就越大,那麼在航母百年的歷史當中,世界主流國家對航母煙囪布局進行過哪些探索呢?為什麼日本先後採用了可放倒煙囪設計,側出排氣煙囪設計,艦尾排氣?設計為什麼美國航母的艦島這麼小,蘇聯航母的艦島這麼大?為什麼兩萬噸的兩棲攻擊艦艦島快比得上蘇聯航母?為什麼英國的伊麗莎白女王級航空母艦獨創性的使用了兩個艦島?雙艦島設計相比於單艦島設計又有哪些優點?

  這些問題,盤子會一一解答

  動力系統功率密度對艦島設計的影響,各國對煙囪安裝位置的探索

  使用蒸汽輪機的艦艇可以根據實際需要情況調整煙道位置。提高煙道的扭曲程度,減小煙道侵入機庫的程度,提高飛行甲板和機庫的大小。但是,在航母誕生之初的時代,蒸汽輪機的動力密度是比較低的,而航空母艦是追求高航速的艦艇,因此各國海軍的航空母艦動輒使用十餘台鍋爐作為動力來源而這也就導致了航空母艦會有一個非常非常非常大的煙囪,列剋星敦級航空母艦使用了16台巴布科克威爾考克斯式重油專燒鍋爐和4台GE的蒸汽輪機發電機作為動力來源,因此列剋星敦級航空母艦的煙囪像一堵牆一樣高聳。

  列剋星敦級航空母艦

  日本的加賀號航空母艦使用了12部ロ號艦政本部式鍋爐,因此加賀號航空母艦的煙囪同樣龐大無比。

  在動力系統功率密度低的背景下,航空母艦必須想盡一切辦法做到功率與航速的同步提高

  煙囪艦島合併式設計,隨之而來的後果就是艦島的工作環境極大的下降,冬天都像夏天一樣溫暖,夏天就像火山一樣溫暖,為了避免將操作人員烤熟,美國海軍採取了煙囪艦島分體式設計,而這種設計讓美國海軍的飛行員苦不堪言。

  間戰時代,日本海軍對航母煙囪布置的探索,日本海軍在煙囪位置的探索上走出了一條別具一格的東瀛道路,日本海軍對煙囪布局的探索沒有一個是對的。。。。。。

  全世界服役時間最早的航空母艦是日本海軍的鳳翔號航空母艦,鳳翔號先後採用了鉸鏈可放倒式煙囪與側出直排式的煙囪設計

  鳳翔號航空母艦

  在鳳翔級航母服役初期,鳳翔號航空母艦採取了小型島式上層建築與鉸鏈式煙囪,煙囪角度由鉸鏈控制,在艦載機起飛降落時煙囪放倒,正常航行時煙囪豎起。但是鉸鏈式煙囪的可靠性非常低,所以這種思路被證實為錯誤的。

  1924年,鳳翔號航空母艦的現代化改裝當中,取消了島式上層建築設計,原有的缺口被封堵,煙囪排氣方式修改為側舷直排模式,

  (煙囪還是那個煙囪,上面的口堵住了)

  日本海軍對航母煙囪布局探索的第二步

  加賀級航空母艦與艦尾排煙設計:加賀級航空母艦安裝了一個長長的煙道讓廢氣從艦尾排出。日本艦政本部希望通過這種方式能夠最大限度的減少飛行甲板的亂流。

  加賀號航空母艦

  這種設計的缺點非常明顯,冗長的煙囪讓加賀號航空母艦的水兵住艙成為了烤箱,雙煙囪的設計,讓水兵體驗到了雙倍的絕望(單側排氣,絕望的只有住艙在右側的水兵,雙側排氣,跑都沒地方跑)

  加賀號航空母艦

  赤城號航空母艦與側舷彎曲向下排氣:赤城級航空母艦的煙囪彎曲向下排氣廢氣朝向大海排放,艦政本部希望海水能夠儘可能降低煙霧的濃度。

  赤城號航空母艦

  這種設計的缺點也很明顯,惡劣海況的容易進水,而且要求航母煙囪距離水平面的較遠,否則分分鐘鍾扎進水裡,因此這種煙囪設計適裝性弱

  所以日本在龍驤號航空母艦上試探性的設計了側舷彎曲直排模式,可以理解為赤誠級航空母艦上的側舷彎曲向下排氣的削弱版本

  龍驤號航空母艦煙囪部位

  這種設計照樣讓人頭大

  大鳳級航空母艦航空母艦煙囪艦島融合,煙囪側傾排氣模式。

  大鳳號航空母艦

  這種設計最大限度的避免了煙囪對艦載機起降的干擾,但是,出現的太遲了,所以對世界航母發展的影響比較小,僅有美國的肯尼迪號航空母艦採用了這種煙囪側傾排氣模式。除此以外的日本艦政本部關於煙囪布局的探索全部以失敗為結局。

  發動機功率密度提高對航空母艦煙囪體積的影響

  隨着技術的進步,動力系統的功率密度提高,使用更少的蒸汽輪機和更少的重油鍋爐就能夠起到和原先一大串的蒸汽輪機和鍋爐一樣的效果,因此煙囪體積大大減小。列剋星敦級航空母艦使用了16台巴布科克威爾考克斯式重油專燒鍋爐和4台GE的蒸汽輪機發電機的動力組才有180000馬力,小鷹級航空母艦使用8台鍋爐,4台蒸汽輪機所組成的動力組就能夠擁有280000馬力。動力系統功率密度的提高,讓航空母艦的煙囪體積直線下降,在這一階段,艦島大小主要取決各國的取捨,

  庫茲涅佐夫級航空母艦內部艙室圖

  蘇聯認為,載機巡洋艦首先是一艘巡洋艦,艦載機的作用僅僅是錦上添花。所以,蘇聯航母擁有大量的導彈與火炮,為了引導這些武裝,航母自身就需要加裝大量的火控雷達,導彈對艦艇內部空間的擠壓,以及蘇聯航母比美國航母少了整整一層的甲板,三個因素的共同作用之下,蘇聯航母的艦島必須容納更多的功能艙室,因此蘇聯航母的艦島非常龐大,甚至與真正的巡洋艦都覺得這個級別的艦島實在是太大了

  光榮涅佐夫號導彈巡洋艦

  而美國認為航母的主體職工作就是一個浮動的機場,所以美國航母的艦島就有點像陸地機場的塔台因此就算是美國的常規動力航母艦島的體積也是非常小的,美國核動力航母的艦島更是小到了還不如蘇聯航母1/3大小。

  小鷹級航母

  燃氣輪機對航空母艦艦島設計的影響

  使用燃氣輪機的水面戰鬥艦艇,他們往往是擁有兩個直而低的煙囪。

  這是由燃氣輪機的天然固定屬性造就的。燃氣輪機工作時需要吸入大量的新鮮空氣,同時排放出大量的廢氣(煙囪兩側的純黑格柵就是燃氣輪機的進氣口)而這種直排式的進排氣模式,對於煙囪的進排氣的要求比較高所以,煙囪的體積又漲回去了。。。。。。。但是因為燃氣輪機反應速度快,噪音低,所以水面艦艇還是廣泛地使用燃氣輪機作為動力來源,畢竟除了航母以外的其他艦艇,甲板面積都不值錢,浪費一點無所謂。

  對於使用燃氣輪機的艦艇而言,排氣管道出現扭曲,會極大地影響進排氣效率,進而降低功率。

  對於主戰艦艇而言,這個問題並不嚴重,無非就是好不容易才合到一起的煙囪繼續分成兩個。畢竟對於主戰艦艇而言,他們的武力來自於艦炮,來自於導彈。前後兩個煙囪能夠天然的作為前後雷達群的支撐體

  但是對於航空母艦這個問題就非常的嚴重了!航母或者准航母,為了擁有一個儘可能大的飛行甲板,需要儘可能的縮小煙囪的體積,煙囪必須避開飛行甲板正中央!

  最簡單的思路是讓煙囪跟着螺旋槳大軸走,左邊一個煙囪,右邊一個煙囪,煙囪下方各2台燃氣輪機,雙軸雙槳推進。但是兩個煙囪,立在飛行甲板上了,總得想辦法利用起來吧?飛行甲板左右兩側各有一個艦島。

  想想都覺得飛行員會想盡辦法去打斷設計師的腿。

  既然在飛行甲板上一左一右布置兩個煙囪的思路不太靠譜,那麼將煙囪全部布置到飛行甲板右側,加大煙道的直徑,以滿足燃氣輪機進氣量的需求(無敵級輕型航母的進氣方式為側舷進氣,艦體兩側有百葉窗式的進氣道,以分離海水與空氣,排氣則是靠橫貫艦體的煙囪)

  但是對於燃氣輪機而言,拐一個彎,動力下降一個檔次,因此,使用燃氣輪機作為動力來源的艦艇往往擁有兩個互相獨立的煙囪,以縮短煙囪長度,最大限度的保留推進效率。

  這種方式會在一定程度上減少航母的推進效率,但是缺點勉強可以接受,但是這種思路難以滿足大型航空母艦的動力需求。

  所以在燃氣輪機誕生初期,使用燃氣輪機作為航空母艦動力來源的僅有英國皇家海軍一家而已。蘇聯,美國,法國等國全部使用蒸汽輪機作為艦艇的動力來源(核動力航母的本質就是將鍋爐換成核反應堆的常規動力航母)

  到後期,隨着燃氣輪機的逐漸成熟,越來越多的主戰艦艇以及對飛行甲板面積不是很敏感的直升機航母和兩棲攻擊艦開始使用燃氣輪機作為動力來源。

  上圖當中的艦艇全部使用燃氣輪機作為動力來源,可以看出這些艦艇的艦島體積普遍比較大,艦島這麼大不是因為技術不足,直升機航母和兩棲攻擊艦的艦載雷達都是非常的簡單的,不存在電磁兼容方面的問題,甚至於為了降低設計難度,各國海軍的輕型平甲板艦艇往往會使用略加修改的主戰艦艇的上層建築。

  小平頂的艦島這麼大是因為,有倆煙囪,艦島需要將煙囪包裹在艦島內,因此艦島就被拉得很長。

  這就是為什麼伊麗莎白女王級航空母艦使用了雙艦島的原因,伊麗莎白女王級不使用雙艦島的話,艦島長度得直奔100米而去。那就太可怕了。

  單艦島版的伊麗莎白女王級航空母艦

  大型單體艦島設計與航空母艦

  對於航空母艦而言,艦島寸土寸金,艦島體積縮小一圈,就有可能騰出停放一架艦載戰鬥機的位置,就能讓飛行甲板調度的難度下降一個檔次。但是!對於直升機航母或者兩棲攻擊艦而言,飛行甲板面積沒有那麼珍貴!

  意大利的加富爾級輕型航母

  加富爾號輕型航母

  採用滑躍跳台而非滑躍甲板模式,加富爾級輕型航母在滑躍跳台前端依舊有10米左右甲板,意大利別出心裁的在這裡安裝了一門奧托的76炮。

  堪培拉級兩棲攻擊艦

  西班牙設計的胡安卡洛斯一世級戰略投送艦,在滑越甲板左側是一個下降一層甲板的平台!

  後部升降機並非位於艦體最後側,升降機之後是一塊長度二十米左右的平台,這個平台沒有得到任何程度上的利用,只能作為一個小廣場使用,釣釣魚,吹吹海風散散心什麼的 。

  堪培拉級兩棲攻擊艦

  如果是航空母艦,那麼這是非常嚴重的面積浪費,是十惡不赦。但是直升機的起降要求沒有那麼高,垂直起降戰鬥機的起飛跑道需要的也僅僅是一個滑躍跳台和一塊十米見方的起降點而已。

  所以對於兩棲攻擊艦和直升機航母,艦島體積大一點無所謂,將功能艙室部署在煙囪之間,前後部各部署一個武器平台,還可以增強艦艇的防空能力。

  出雲級直升機航母

  出雲級艦島前部的武器平台上是一個海拉姆,平台前面還有一個雷達。。。。據稱出雲改造時要移動升降機位置,這倆可能一塊被拆掉。

  美國級兩棲攻擊艦

  美國級兩棲攻擊艦前部有一個碩大的武器平台

  美國級兩棲攻擊艦

  整個艦島長度7米左右,武器平台長度25米。。。

  完全不知道這個平台是幹什麼用用。。。。

  俄羅斯在航母艦島上面不是很清楚他們在什麼,但是在兩棲攻擊艦上,俄羅斯設計非常有獨到之處,俄羅斯設計的兩棲攻擊艦,艦島下層的用途上甲板機庫

  俄羅斯兩棲攻擊艦

  上面這艘兩棲攻擊艦,艦島內能夠停放6架直升機。。。。。。。

  飛行甲板面積都部是寸土寸金了,那麼艦島大點就大點吧,艦島提及增加還能降低上層建築電磁兼容難度,降低輕型航母的設計成本

  雙艦島從來不是什麼高性能的方案。

  雙艦島最大的優點僅僅是能夠縮小使用燃氣輪機作為動力來源的航母類艦艇的艦島大小。

  開創雙艦島設計的伊麗莎白女王級航空母艦之所以使用雙艦島是因為,他的動力來源是燃氣輪機,而且伊麗莎白女王級在設計之初就計劃使用全電推進,因此伊麗莎白女王級的燃氣輪機在艦島的正下方,這種設計極大的提高了進排氣效率,讓女王級航母的機庫空間最大化。

  伊麗莎白女王級航母內構圖

  雙艦島的其他優點,都是圍繞着能夠節省飛行甲板空間存在的,使用雙艦島,雷達分散布置,能夠降低艦島電子設備的集成度,集成度降低能夠降低艦島的設計難度(雷達之間存在相互干擾的現象,布置的越密集,雷達的相互干擾就越嚴重,因此在這方面是非常考驗各國的設計水平的,各國的技術水平能夠通過艦島的集成度直接反映出來)

  加富爾級與出雲級俯視對比圖

  出雲與的里雅思特縮放至同比例時,出雲級直升機航母的艦島占比遠大於的里雅思特級兩棲攻擊艦。因此兩棲攻擊艦,使用雙艦島還是有那麼一丁點的優點的

  因此雙艦島設計的第二個優點就是相比於大型單體艦島艦島,雙艦島設計,艦島中部空出,可以作為停機區,或者在此處設置升降機。

  的里雅斯特級兩棲攻擊艦

  只要技術條件允許,沒有國家會採用雙艦島。意大利的里雅思特級的航空艦島完全是環繞着煙囪為核心進行搭建的。後艦島上的雷達非常少,完全能夠整合在前艦島上。問題就是煙囪離的有點遠,如果使用單一大艦島的話,實在是沒什麼東西可裝,總不能把飛行員宿舍放艦島上吧????

  現有航母側視圖

  通過上圖可知,在印度明確航母主要使用方式的情況下,印度維克蘭特號航空母艦的艦島和維克拉馬蒂亞號相差無幾。。。。。維克蘭特號的艦島這麼大就是因為,維克蘭特號航空母艦使用4台LM-2500++作為動力來源,對進排氣的需求比較大,所以,煙囪比較粗,因而艦島的體積非常龐大,在這裡能夠看出雙艦島設計的第三個優點,更適合使用燃氣輪機作為動力來源的大中型航空母艦使用。

  寫在最後

  蒸汽輪機更適合大型航母。

  單一大型艦島設計對於飛行甲板不值錢的輕型航母與兩棲攻擊艦而言是降低成本的良方。

  雙艦島設計是使用燃氣輪機作為動力來源的大型航母解決艦島嚴重擠占飛行甲板面積問題的最佳選擇。

  艦島體積是受動力密度,動力來源,航空母艦自身的武器數量,雷達數量,航母大小,等諸多因素的共同影響下決定的,所以不能說蒸汽輪機就是落後的設計,燃氣輪機就多麼多麼好。也不能忽略動力系統對煙囪的影響,使用蒸汽輪機作為動力來源的航空母艦,是不適合雙艦島設計的,如果非要採用雙艦島設計,那麼只能說設計這艘航母的人腦子有坑。有心思設計兩個艦島。還不如讓煙囪向下排氣,艦島想放哪裡就放那裡。


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