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核潜艇上的反应堆能装在航母上吗?

来源:www.dkdcy.com   时间:2022-06-04 05:29   点击:301  编辑:杨丽   手机版

核潜艇的反应堆可以用到航母上,不过不合适。毕竟航母大,核潜艇小,你把核潜艇的反应堆按到航母上,航母会动力不足的,比如法国的“戴高乐”号核动力航空母舰,都成笑柄了!

“戴高乐”号航空母舰采用的就是与“凯旋级”弹道导弹核潜艇相同的反应堆,后果就是动力不足达不到理想的速度,而且还因为动力系统折腾了两年。当年法国财政紧张为了节省研发经费才那么干的。如果再给法国一次机会估计法国就不会干出这种蠢事。

戴高乐号核动力航空母舰满载排水量42000吨,最大速度才27节连普通军舰都追不上,动力输出才76200轴马力。就连戴高乐号的前辈“克莱蒙梭级”都比不上,“克莱蒙梭级”航空母舰动力输出126000轴马力,最大航速32节。本来法国就想省俩钱,结果反而多花了钱 。而且创造了二战以后新造传统航母母舰的最低速记录。

核潜艇充其量两万来吨,而核动力航空母舰怎么也得三四万吨,核潜艇的动力系统根本达不到核动力航空母舰的要求,有人说增加两个反应堆,或者将核潜艇的反应堆放大,这玩意不是说一加一等于二那么简单,都是经过周密计算得出来的。打个比方,把核潜艇比做四人家庭小轿车,核动力航空母舰比做中型客车,你把轿车的发动机按到客车上,他动力肯定不足,即使你按上两个轿车发动机也达不到客车动力的要求。所以这种折腾还不如重新研发一款适合航母的反应堆 。

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核潜艇反应堆当然可以用在航空母舰上,用起来也是没有问题。目前世界上拥有核动力航空母舰的国家只有美国和法国,这两个国家在自己的第一艘核动力航空母舰都是用了核潜艇反应堆。但是能用不代表适合用,核潜艇堆终究不是核动力航空母舰的最优动力解,所以不管是苏联还是现在的中国都没有粗暴的直接采用核潜艇堆作为航空母舰的动力,而美国的“企业”级核动力航空母舰只建造了1艘就转为建造更专业的“尼米兹”级。下图为美国“企业”号航空母舰和法国“戴高乐”号航空母舰

我们来看看美、法这2个实例:美国CVN-65“企业”号使用的是西屋公司A2W型压水反应堆,该反应堆是“华盛顿”级弹道导弹核潜艇使用的S5W型反应堆的变种,单台热功率150MW,可以提供3.5万马力的轴功率。这样满载排水量超过9万吨的“企业”号在使用8台A2W反应堆驱动4台蒸汽轮机达到28万的轴马力,试航时曾经达到过37节航速,是最快的航空母舰。不过“华盛顿”级弹道导弹核潜艇排水量只有6800吨,使用1台S5W就够了,“企业”排水量达到9万吨且搭载4条蒸汽弹射器和相控阵雷达,纯粹是用数量“凑”出来的总功率。但即便是“堆”反应堆数量,“企业”号也从1961年服役到2012年,总服役期达51年,服役期内参加1962年古巴导弹危机、1964年“全核舰队”环球航行、1965年-1973年陆续参加越南战争、1996年沙漠风暴和南方守望行动、2001年阿富汗战争、2003年伊拉克战争等等。下图为A2W型反应堆

法国R91“戴高乐”号,中型航空母舰,该舰使用的是“凯旋”级弹道导弹核潜艇的K15反应堆,单台热功率177MW,轴功率达到4.1万马力,属于潜艇反应堆中还不错的。按照原计划,“戴高乐”号采用3台K15反应堆达到12万轴马力,这样可以保证4.5万吨的“戴高乐”航速达到30节并驱动2条C-13-3型蒸汽弹射器。但有个问题,财政紧缩的法国政府不支持“戴高乐”巨大的花费,为了节约成本砍掉1座反应堆。这样原本应该是12万马力的“戴高乐”就变成8万马力,动力减少了将近35%,对“戴高乐”来说这是一个很大的打击。而之前的4万吨“克莱蒙梭”级常规动力航空母舰都达到12万马力。这样“戴高乐”的最大航速就从原先设计的30节降低到25节(法国宣称27节),且弹射作业时需要降低航速保证足够的蒸气压力。

其实“戴高乐”是个“反面典型”,也是大家用来论证核潜艇堆不能用于航空母舰的案例。但是我们要注意,“戴高乐”瘸腿不是因为用了核潜艇反应堆,而是因为从设计的3座削减到2座,莫名的少了1座核反应堆根本达不到原先的设计要求,所以肯定是性能大幅度下降。如果“戴高乐”没有削减反应堆这个事情,那么他照样可以顶着核潜艇反应堆在海上以30节以上的航速“飙车”。所以我们在看待航空母舰动力够不够不是只看是不是用核潜艇反应堆,必须看实际功率是不是能达到设计要求,如果达不到用什么堆都没有用。

就现阶段来说,核动力航空母舰在输出功率有一定要求的前提下,只有2个办法可以实现设计输出功率:

1.提高单台反应堆的热功率和轴功率

2.单台功率无法增大就增加核反应堆数量,靠数量“凑出”设计功率

不管用哪个办法只要实际输出功率能够达到设计值那么核动力航空母舰就可以使用,哪怕是堆好几个核潜艇反应堆。所以我们说能不能把核潜艇反应堆用在航空母舰上?答案是可以的。下图为世界现役的几种船用核反应堆,画红框的是上舰的潜艇反应堆 蓝框为航母专用堆

但是我们开头也说了,能用不代表适合用,核潜艇反应堆上航空母舰有着自己的局限性:1.单堆功率小。核动力潜艇本身吨位跨度就是在3000-20000吨之间(台风是个例),吨位比中/重型航空母舰小太多。而且核潜艇本身是从长时间在水下航行,航行阻力比水面小很多,所以核潜艇的反应堆不需要太大功率。比如上面提到的法国1.4万吨“凯旋”级弹道导弹核潜艇只需要1座4.1万轴马力的K15就可以达到25节以上的航速。而美国4万马力的S9G核反应堆可以驱动8000吨的“弗吉尼亚”级达到34级航速。下图小火车运的就是A2W型反应堆

但是航空母舰不行,需要核动力的航空母舰一般都在4万吨以上,美国的都是10万吨级,再加上大量的雷达、弹射器等等“能量消耗大户”,核航母的动力系统的需求不简单是几万马力这么简单。所以航空母舰所使用的核反应堆压力是很大的,就像上面说的那样那么功率达要么数量多。把核潜艇堆上舰自然是堆数量,这就引申出下面的问题:占用空间且维护代价大。

2.占用空间巨大且维护费代价大。如果用核潜艇反应堆,那么功率小的问题导致航空母舰必须靠数量来凑。美国的“企业”号核动力航空母舰长度达到345米,是世界上服役过最长的航空母舰,其原因就是8台反应堆需要的空间实在太大,不得不拉长舰体,就这样还占用了宝贵的舰内空间。如果航空母舰内空间过多的被动力系统占据,那么势必要压缩载机数量、航空燃油和弹药携带量,这就等于间接降低航空母舰的持续打击能力。下图为“尼米兹”级核动力航空母舰布局简图,其中10号为动力舱,可见整套动力系统占空间非常大

另外,“企业”的8台核反应堆本身造价非常高,而且每台反应堆都有独立的控制和冷却系统,按照一般理论我们可以认为结构越复杂故障率越高。所以这么多的反应堆无形中增加了中后期维护和大修的繁杂程度和成本,更换核燃料需要一次更换8台反应堆,而“尼米兹”每次更换核燃料只需要更换2台。

3.核潜艇堆和航空母舰堆的设计差异。其实上面两个问题就是表明核潜艇和核航母反应堆的思路不同,核潜艇动力系统最大的要求除了轴功率之外就是静音,这是核潜艇生存的根本问题。所以核潜艇为了保证足够的隐蔽性,其反应堆很少处于满功率状态。而且很多核潜艇还使用“自然循环堆”,这样可以在低速时不启动一回路循环泵以降低机械噪音。所以其实核潜艇堆的设计本身就是被苛刻的使用环境而“捆住”手脚,有点“小家子气”的感觉。

但是航空母舰的使用环境就不同了,为了保障舰载机的起降,航空母舰经常将航速提升到30节以上,且蒸汽弹射器或电磁弹射器需要大量的能量,这就要求反应堆频繁的处于满功率运行。所以航空母舰的反应堆不需要像核潜艇堆那样用的“小心翼翼”,更不需要追求什么过分的“静音”能力。这样来看,核潜艇堆和核航母因为使用的差异,在反应堆设计思路上也是不同的,控制系统自然也有差异。要说互换也不是不行,但有点“不对路”的意思在里面。

总的来说,核潜艇堆能用不代表适合用,非要“凑合”用也是没问题的,但是之后带来的种种问题会感觉“不自在”。

按照原计划,“企业”级核动力航空母舰的建造计划为6艘,但是考虑到上述种种适配性问题最后只建造了1艘,之后转为研制水面舰艇专用的反应堆。“尼米兹”级核动力航空母舰原计划是4台7万轴马力的航母专用反应堆,但之后进一步压缩到2台A4W堆,单台热功率达到550MW,轴功率达到13万马力。而之后的CVN-78“福特”号使用的A1B堆单台热功率更是提升到700MW,可以保障11.2万吨的航空母舰以30节航速航行且驱动4台电磁弹射器。下图为A1B型反应堆

苏联在水面舰艇用核反应堆上也是有自己的考虑,虽然苏联的核潜艇水平也是非常发达,但在上世纪60年代立项的1144型“基洛夫”级核动力导弹巡洋舰上还是选择研究专门的“舰用反应堆”,KN-3型核反应堆热功率就达到300MW,远远比核潜艇用的反应堆要强,比美国“长滩”号导弹巡洋舰使用的C1W型反应堆还要大50%。而后来的“乌里扬诺夫思克”号核动力航空母舰就是采用的KN-3的改进型,4台反应堆驱动8万吨的航空母舰达到30节航速和2台蒸汽弹射器。

中国在上世纪70年代就完成了核潜艇的建造,到现在为止已经发展了至少2代核潜艇。虽然中国也在大力发展航空母舰,但是核动力航空母舰迟迟没有动静,要说硬堆核潜艇反应堆也不是不行,反正用起来是可以,但考虑到美法两国的首艘核动力航空母舰存在的后续问题,目前来看中国也是放弃了核潜艇上舰,还是重新研制水面舰艇专用核反应堆。

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