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造一艘电磁弹射航母有多难?世界上仅2个国家能做到,福建舰多强
发稿时间:2024-09-23     浏览次数:2   来源:本网原创

造一艘电磁弹射航母有多难?

上世纪90年代,苏联解体以后,面对俄罗斯总统叶利钦关于“瓦良格”号续建的问题,当时的黑海造船厂厂长马卡洛夫说出了一段著名的话:

苏联、党中央、国家计划委员会、军事工业委员会和九个国防工业部、600个相关专业、8000家配套厂家,总之需要一个伟大的国家才能完成他

(正在黑海造船厂建造的“瓦良格”号)

只有一个强大的工业国家,才有独立建造一艘航母的能力

当时的“瓦良格”号只不过是一艘采用滑跃起飞,排水量5万多吨的航母,而中国海军“福建”舰是一艘电磁弹射、排水量8万吨的航母。

放眼全球,建成的电磁弹射航母只有两艘:中国“福建”舰和美国“福特”号(福特级二号舰“肯尼迪”号仍未完工)。

(“福建”舰是当今唯二的电磁弹射航母)

那么,造一艘电磁弹射航母有多难?

1

前提条件——强大的造船工业

首先,要建造一艘航母,就需要有一个足够大的船坞,以及能够建造这么大一艘船的造船工业体系。

仅仅是这样一条要求,就让世界上绝大部分国家止步于此

(没有强大的造船工业,航母建造根本无从谈起)

中国、美国、法国、日本、韩国,在造船工业的基础设施上可以满足航母的建造要求,英国和印度只能说勉强满足,俄罗斯已经丧失了建造航母的能力。

中国就不用说了,大连、江南、沪东三大军舰建造基地,要建造航母都不是难事。

甚至对于这三家造船厂来说,他们的大型、巨型船坞多到可以同时建造几条航母。

此外,位于南方的广船在造船厂的基础设施上,和国内军舰建造能力排名第一的江南是差不多的,只不过比较少建造军用船舶而已。

(纽波特纽斯造船厂,是美国唯一一个能够建造航母的造船厂)

美国纽波特纽斯造船厂有两个大型船坞,可以建造10万吨的核动力航母,是世界上唯二建造过核动力航母的造船厂。

不过美国整体的造船工业衰落非常严重,大量的造船厂供应商倒闭,或者同一类型的供应商只剩下一家。

也就是说,美国造船工业的供应链岌岌可危,随时可能会出现断供的问题。

所以为了维持造船供应链,美国军舰的建造成本异常高昂,同等性能下美国主战舰艇的造价在中国的三倍以上,辅助舰艇更是高达十倍。

(美国“圣安东尼奥”级船坞登陆舰,造价17亿美元,中国071综合登陆舰造价1.7亿美元)

法国长期坚持独立自主的工业体系,有比较完善的造船工业,不过在航母的关键技术比如弹射器上,法国还受制于人,限制了法国航母的发展。

日本和韩国都拥有发达的民用造船工业,在世界上日本和韩国的造船工业规模和实力仅次于中国,基础设施足以满足航母的建造要求。

但是日本和韩国缺乏大型军舰的建造经验,日本虽然在二战时期建造了不少大型军舰,但那是八十年前的经验,放到现在已经完全不适用了。

(“福建”舰是除美国之外最大吨位的军舰)

说句题外话,中国“福建”舰的下水,打破了整个亚欧大陆历史上军舰最大下水吨位的记录,此前该记录是82年前下水的日本“大和”号战列舰。

英国和印度只能勉强满足本国的航母发展需求,英国更是在建造完两艘航母后又拆除了航母建造的基础设施。

2

关键技术——综合电力系统

有一些说法认为,只有核动力才能使用电磁弹射,常规动力不行。

这种说法是错误的,如果没有一种先进的能源管理系统,就算是核动力也不能使用电磁弹射

(“尼米兹”级也是核动力,但是仍然不能使用电磁弹射)

这种先进的能源管理系统,就是综合电力系统,有了综合电力系统才能使用电磁弹射,不管航母本身是核动力还是常规动力。

因为不管是核动力还是常规动力,它们产生的能量最终都是以一根转动的轴承呈现的。

核动力通过核反应堆加热水产生蒸汽,由蒸汽推动蒸汽轮机旋转,旋转的蒸汽轮机带动轴承旋转,从而把核反应堆产生的能量传递出来。

(核反应堆的工作原理)

常规动力中的蒸汽锅炉也是同样的道理,只不过是通过燃料燃烧的热量来加热水

而常规动力中的另外两种方案:燃气轮机和柴油机,也是一样的以轴承转动来输出能量

电磁弹射系统消耗的能量是电能,所以就要通过发电机来把轴承旋转的能量变成电能。

由于电磁弹射系统的能量消耗特点,是短时间内消耗速度特别快,但是并不会连续工作,所以传统的电力系统就很难满足这种极端的要求。

传统电力系统的能量分配是固定的,大部分是用来推动航母前进的动力,少部分能量才用来发电。

如果发电量太多的话,就会影响航母的正常航行,发电量太少又不能满足电磁弹射。

(电磁弹射在短时间内需要的功率非常高)

综合电力系统不同于传统电力系统,它是把动力系统产生的全部能量都转化为电能,而不是像传统电力系统那样只有少部分转化为电能。

所有能量全部转化为电能以后,就可以非常灵活地分配能量

在航母平时航行的时候,大部分电能就会被输送到航母的电推进系统,用来维持航母的正常航行。

当需要电磁弹射的时候,就可以把电能转移到电磁弹射系统这边来,让推进系统暂时处于低功率运行状态,以满足电磁弹射的需求。

可以说,综合电力系统这种灵活的能量管理能力,是使用电磁弹射的前提条件之一。

(英国45型驱逐舰,是最早使用综合电力系统的军舰)

目前世界上能够研制出并使用综合电力系统的国家,只有三个:中国、美国和英国

英国是最早将综合电力系统运用在军舰上的国家,他们的45型驱逐舰就使用了综合电力系统。

随后在“伊丽莎白女王”级航母上,英国人也使用了综合电力系统。

英国研制出了功率超过40MW的MT-30燃气轮机,是现在最好的舰用燃气轮机,而综合电力系统更是能够充分发挥MT-30的性能。

只不过英国的综合电力系统可靠性存在严重的问题,45型驱逐舰、“伊丽莎白女王”级航母都出现过多次严重的系统故障问题

(“伊丽莎白女王”级航母,已经多次出现动力系统故障问题)

好几次,正在航行的45型驱逐舰都因为综合电力系统故障,直接在海上失去动力,只能等别的船过来拖回港口维修。

美国的综合电力系统也问题不少,虽然不像英国人那样动不动就在海上失去动力,但也经常影响“福特”号的正常工作。

中国在综合电力系统上选择了和美国、英国不同的中压直流技术路线,虽然在研制过程中要面对很多技术难关,但是攻克难关以后取得的成果也更丰厚

(下水以后的“福建”舰)

中国综合电力系统可靠性基本不需要担心,因为能够得到中国海军认可的可靠性都不会差,何况是“福建”舰这种国之重器。

据称,在新一代护卫舰上,也将会采用综合电力系统,综合电力系统将在中国海军得到广泛运用。

3

电磁弹射——苛刻的可靠性要求

有了前面两种前提条件以后,就要面对建造电磁弹射航母最重要的问题:研制出一款可用的电磁弹射器

能够满足这个要求的,全世界只有中国和美国

虽然美国使用航母的时间比中国早很多,但在电磁弹射器的研究上,中国和美国的开始时间其实是差不多的,都是在2000年左右开始研制电磁弹射器

(蒸汽弹射器的使用经验,对研制电磁弹射器助力不大)

这是因为电磁弹射器,和传统的蒸汽弹射器是两种技术路线,在原理上天差地别。

所以美国海军几十年的蒸汽弹射器使用经验,并没有为美国的电磁弹射器研制提供多大的帮助,没有和中国的研制进度拉开差距

当然,在美国航母丰富的建造使用经验上,美国先一步把电磁弹射器装上航母进行测试,这一点进度要比中国快。

在大约2015年以后,中国在陆基机场同时测试电磁弹射器和蒸汽弹射器,其中电磁弹射器进行了几千次弹射测试,一架歼15弹射型原型机被弹射到报废。

(中国在陆基机场建造的两条弹射器)

美国的电磁弹射器,同样进行了成千上万次弹射测试

或许是技术问题,也有可能是指标定得太高,美国的电磁弹射器始终没能实现美国海军的指标。

根据前不久披露的资料显示,美国电磁弹射器两次故障间隔次数是200多次,而原计划的指标是4000次以上

不过对比美国海军此前蒸汽弹射器的指标(故障间隔次数100多次),美国电磁弹射器已经有了长足的进步。

(美国海军关于“福特”号弹射器工作情况的报告,上面是原文,下面是翻译)

中国电磁弹射器可靠性如何呢?有一个未经证实的消息或许可以侧面印证。

这个消息的内容是,在003型航母刚刚开工不久,整个项目就被紧急叫停,对设计图纸进行大幅度修改。

原本的蒸汽弹射器被更换成为电磁弹射器

这一消息没有得到官方的证实,不过从其他渠道获得的消息来看,这个消息有比较高的可信度

如果属实的话,那说明海军对于电磁弹射器的可靠性很有信心,甚至可以为此修改设计方案。

(“福建”舰只有3座弹射器,对弹射器要求比较高)

要知道,003型航母是3弹设计,对弹射器的可靠性要求比较高,像美国弹射器那样一两百次的故障间隔次数,对003型航母来说可是不合格的。

再加上中国海军历来对技术成熟度要求都很高,所以我们大概率可以认为,003型航母的电磁弹射器可靠性很不错,要比美国的电磁弹射器还好

4

电磁弹射航母

——现代航母的最先进水平

从上面的内容,我们可以发现,要建造一艘电磁弹射型航母真不是一件容易的事情。

第一要能够建造航母,而且建造航母的技术水平不能低,毕竟电磁弹射航母是目前最先进的航母,没有实力的国家还真建造不来。

第二是要掌握难度颇高的综合电力系统,这是使用电磁弹射的“敲门砖”。而综合电力系统又非常考验一个国家的工业实力和技术。

(“福建”舰代表着现代航母的最先进水平)

第三才是建造出合格可用的电磁弹射器,这一点即使是强如美国也没有彻底完成,足可以说明电磁弹射航母的建造难度。

所以中国拥有了自己的电磁弹射型航母,真的是一件非常值得骄傲的事情。

“福建”舰的下水,标志着中国造船工业又攀登了一座新的技术高峰,说明中国工业实力和技术迈上了新的台阶。

未来,在更加强大的中国工业体系支持下,还将会有更多的电磁弹射航母陆续服役,为建成世界一流海军提供强大助力