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技术不过关,核动力航母虽动力充沛,短时间内仍无法采用电力推进

时间:2019-10-09 08:32:02        来源:大风号

核动力是目前人类掌握的最高层级的舰艇动力形式,核动力航母则是技术含量最高的武器装备之一,尽管集中了人类最顶端的技术和工业制造能力,在舰艇推进电力化趋势日益明显的情况下,核动力航母电力推进仍短时内难以实现。核动力航母靠反应堆中易裂变元素的裂变释放的能量提供动力,裂变能通过反应堆一回路冷却剂传递至二回路产生蒸汽(现役航母均是压水堆),进而推动汽轮机(注意,不是燃气轮机)带动螺旋桨推动航母。核动力航母之所以不将核反应堆产生的能量先发电再作为航母的动力,最主要的原因是舰用发电和电力推进系统、设备的成熟的和可靠性不足!

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军用舰艇核动力系统的一般组成,主要靠汽轮机带动螺旋桨推动舰艇

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目前最先进的“福特级”核动力航母仍采用汽轮机带螺旋桨的驱动方式

人类采用核反应堆发电获取电能已有半个多世纪的时间,全球范围内在运行的核电反应堆超过400座,核电技术已经发展到第三代,工程应用也已非常成熟,目前功率最大的核电机组是法国的EPR机组,其电功率达到了1700MWe级(约合230万马力!),全球首台EPR机组已于去年在我国广东台山并网发电,因此,陆上核电技术和设备配套已非常完善。但是,现有的核电设备主要是应用在陆上厂址,无法直接用于海洋条件及军用舰艇。

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建设中的台山EPR核电站

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核电站总大功率汽轮机转子,尺寸庞大

任何舰艇装备在设计、制造、应用之前都必须经过严苛的分析、论证和试验验证,海洋条件和军用舰艇应用需要考虑三个方面的影响,一是海洋摇摆和倾斜条件、二是要考虑外部冲击、三是结构紧凑且要有极高的可靠性现有路上核电设备在设计时并未海洋条件和军用说关注的因素,而且整个核电系统的结构尺寸非常庞大,并不能照搬到舰艇上应用,这也是为何全球有几十个国家拥有核电站却只有美、法两国能够拥有核电力航母的原因之一。

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恶劣的海洋条件下对舰用设备的要求比陆上设备高的多

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舰艇动力系统还需要能够承受战时各类爆炸的冲击

首先拿舰艇发电设备来说,目前全球范围内功率最高的舰艇发电机组是英国“伊丽莎白女王级”航母、45型驱逐舰和美国DDG1000驱逐舰上应用的20MWe发电机组,这个功率级别与现役的核电发电机组差距悬殊(2个数量级),最主要的原因是在海洋摇摆条件和大冲击情况下,汽轮机、发动机组的主轴无法像陆上机组做的那么长,限制了功率的进一步提升!

英国“伊丽莎白女王级”航母采用的MT30燃气轮机动力包,结构十分紧凑

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国产舰用20MWe发电机组

第二是发电机组和电推系统在海洋条件下的可靠性会大打折扣。由于在海洋航行中需要面临各种恶劣的海况,以及海水/雾气具有极强的腐蚀性,导致动力系统发生故障的可能性大幅提升,尤其是对于工作环境十分敏感的电力设备。目前全球范围内仅有的三个型号的电力推进舰艇,在服役之初都出现了不同程度的动力系统问题,包括英国的“伊丽莎白女王号”航母、45型驱逐舰和美国的DDG1000驱逐舰,英国皇家海军甚至出现了全部6艘45型驱逐舰同时在港维护的情况(动力系统占主要因素)!即便目前上述各型舰艇的综合电力推进系统运行已相对比较稳定,但是在战时具体表现如何还存在极大不确定性。

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英国“伊丽莎白女王号”航母在服役之初动力系统故障频发

6艘45型驱逐舰齐聚一堂

第三是核动力航母在设计时需要考虑动力系统的冗余型和相互独立性,具体的说就是核动力航母一般会至少装备2座反应堆、2-4具螺旋桨以及辅助柴油机动力系统,即便1座反应堆、1-2具螺旋桨受损也不会丧失全部动力!如果是采用核反应堆发电驱动航母,那么一旦电力系统受损,很可能造成全舰失去动力;如果再配置一套机械传动系统,那么无疑将会使整个动力系统复杂化,得不偿失!

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法国“戴高乐号”核动力航母的动力组成

当然,核动力航母电力推进也不是没有前途,随着舰载武器、装备电磁化程度的不断提升,舰艇综合电力的优势将于愈加明显。美国海军最新的“福特级”核动力航母首舰“福特号”已于2017年服役,采用的仍是汽轮机带动螺旋桨的传统推进方式,但是按照之前美国海军公布的信息,计划在4号舰采用综合电力系统。但是,类似航母这样的巨型舰,想要电动化难度十分巨大,即便一切顺利的话,“福特级”4号舰也需要到2030年后才会落实。任何革新性的技术进步都需要足够的时间和投入才能实现,大型核动力电推航母何时才能成为现实,还需要耐心等待。

技术不过关,核动力航母虽动力充沛,短时间内仍无法采用电力推进

计划采用综合电力推进的“福特级”核动力航母4号舰,尚不知何时成为现实!

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