為什麼核動力航母不是用核電驅動,而繼續用核能加熱的蒸汽輪機?
航母中所用的核動力堆公開資料很少,航母中動力堆能量轉化形式是這樣的:核能——熱能——汽輪機動能——螺旋槳動能,少部分蒸氣用來發電。
航母從核反應堆獲取的絕大部分能量都是直接利用汽輪機通過主軸(之間很可能還有減速箱)帶動螺旋槳來獲取前進的動力,少部分用來發電來支持艦上電子設備的運行,還有一部分蒸氣用來給蒸氣彈射系統供應蒸汽。
直接原因就是電力驅動航母技術目前還不成熟,不成熟的具體原因有以下幾方面:
圖釋:上圖為尼米茲級使用兩具功率各130000馬力的A-4W反應堆,總功率260000馬力
1、增強了航母的機動能力
航母作為海上作戰基地之一,機動性是一個重要指標。我們如果假設完全轉化為電能,如果航母啟動時,二迴路產生的蒸氣必須等到足夠的量,通常反應堆功率需要達到25%以上才能進行汽輪機沖轉,這樣才能帶動發電機生產出頻率合格的交流電,否則汽輪機轉速不到,頻率不合格,生產出來的電能就無法給電動機使用。
汽輪機直接帶動螺旋槳就不存在這個問題,只有有轉速就可以即刻划水前進。
圖釋:上圖為尼米茲級CVN 77布希號航母螺旋槳直徑6.4米,一艘航母有這樣的4個螺旋槳,每個螺旋槳有5片漿葉,每片槳葉的重量30噸
2、省去發電機提高了效率
能量傳遞經過的設備越多,效率就越低,本來航母用反應堆功率就有限,使用發電機產生的電能帶動電動機驅動航母就會損失一部分能量。假設發電機的效率為90%,電動機的效率為80%,那麼從汽輪機大軸傳遞過來的能量就只能有72%的能量用來驅動航母。
3、省去發電機及其輔助系統的
少用一個大型設備意味著就會將故障率降低一個檔次,減少了發電機及其輔助系統的不僅僅會減少航母的製造成本還可以降低航母的故障率,此外也會節省出很大一部分發電機及其輔助系統(氫氣冷卻系統、潤滑油系統、勵磁系統、定子冷卻水系統等)佔用的空間。
因此,決定核動力航母是採用核動力機組配用發電機組輸出電力,還是配用蒸汽輪機「燒開水」的關鍵因素,取決於採用蒸汽輪機和發電機組哪個在技術上更容易實現。全電推進艦船雖然近些年來非常流行,特別是美國的「朱姆沃爾特」級和英國的45型驅逐艦一類的大型艦船證明該技術完全可以運用於大型艦船,但在核動力航母剛剛出現的時期,全電推進技術還處於萌芽階段,遠談不上在大型主戰艦船上運用,更遑論用在航空母艦上。
核動力航母的主要建造和使用國是美國,而美國海軍直到1994年才提出整合式電力推進系統的研發計劃——當時距離第一艘核動力航母「企業」號開工已經過去了整整36年,而「尼米茲」級航母已經下達了第九艘的訂購計劃、本級艦的建造工作步入收官階段,改用一種技術上完全不成熟的動力裝置也很不現實。
更關鍵的問題是,對於航空母艦這種堪稱美國海軍命脈的關鍵性裝備而言,美國朝野和軍方都斷然不可能允許存在過大的技術風險,因此就更不可能允許在航母上採用電力驅動了。
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