楠木軒

軍艦全電推進流行趨勢下,福特級航母為什麼沒有采用呢?

由 烏雅竹雨 釋出於 綜合

隨著全電推進技術的逐步成熟,已經有越來越多的軍艦開始使用全電推進方式,比如我們大家熟悉的英國45型導彈驅逐艦、美國的DDG1000以及包括法國西北風級、澳大利亞堪培拉級兩棲攻擊艦、英國女王級航母都開始使用全電推進系統,但是在大型航母上比如美國最新裝備的福特級核動力航母上卻沒有采用全電推進系統又是為何呢?



全電推進系統作為第三代艦艇動力系統,有著效率高等優勢,所以也被譽為下一代艦艇主流動力系統。從全電推進相比傳統的機械傳動相比而言,全電推進沒有或者可以大幅縮短傳統的驅動軸和直接取消變速箱等機械部件,讓全套動力系統產生的噪音更小,更有利於軍艦在海上航行時的安全隱蔽性;同時全電推進系統是直接透過原始動力帶動發電機產生電能,電能驅動電機直接帶動螺旋槳轉動來推動軍艦航行,所以在傳動效率上要比傳統的發動機---變速箱-傳動系統--螺旋槳傳動效率更高,那麼意味著其經濟性更高。而且沒有了傳統的驅動軸和變速箱,所以在動力系統的空間配置上也不再受束縛。



特別是在經濟性上,傳統的機械傳動系統---發動機的執行時刻和軍艦的航行速度有直接關聯,所以發動機不可避免的有時會執行在高耗能低輸出狀態下,也就造成軍艦的經濟性不佳的問題,但是對於全電推進系統而言,原始動力源並不直接和螺旋槳連線,只需要穩定、持續的帶動發電機產生電能即可,至於電能的分配由電能控制系統控制,所以發動機可以長久的執行在最佳效率點上,那麼軍艦的經濟性也就能夠大幅提升上去了。


同時不管是驅動軍艦航行的螺旋槳電機,還是軍艦上其他高耗能武器,使用的電能都是透過電能綜合控制系統來分配的,所以對於大家比較熟悉的電磁炮、鐳射武器等高耗能武器的上艦前提就是----全電推進系統的成熟應用。



但是對於福特級航母而言為什麼沒有在推進部分採用更先進的電力推進系統,只在航母其他輔助用電系統上採用了電力驅動方式呢?而且其用於推進航母航行的動力部分依然由核反應堆帶動蒸汽輪機來驅動傳動軸,繼而驅動螺旋槳推動航母航行呢?


基本和福特級同期建造的英國女王級航母,雖然是常規動力航母,但是其透過搭載兩臺單臺輸出功率高達36兆瓦的MT30燃氣輪機帶動發電機產生電能後,在電能綜合控制系統的控制下驅動四臺單機功率20兆瓦級的先進感應電動機產生機械能,繼而透過很短的傳動軸帶動艦尾外側的兩具大型螺旋槳驅動女王級航母航行。這樣有什麼好處呢?首先就是對於女王級航母而言,不用再和以前一樣為傳動軸設計很長的水密隔艙佔據航母內部空間了,特別是對於女王級這種雙艦島航母需要設計額外菸囪的航母而言更加節省空間;而且兩臺燃氣輪機可以長期穩定的工作在最佳效率點上提供了經濟性,比如女王級航母在採用全電推進後,使得其最大續航里程相比機械傳統額外增加了2000海里。而且女王級航母搭載的是短距起飛、垂直起降的F35B艦載機,兩臺MT30燃氣輪機產生的電能基本都被用於推進系統和航母上的雷達等電子系統,整體上比較簡單。




但是對於美國的福特級航母而言卻沒有那麼簡單,雖然福特級航母並未在推進部分上採用電力推進,但是在其他輔助動力系統上採用了電能驅動,結果我們看到福特級航母首艦開始海試期間,用於發電的發電渦輪機就一次性炸機了四臺,畢竟福特級航母上需要用電的地方太多了,比如電磁彈射器、電磁攔阻器、艦島上的哦雙波段雷達都是“耗電大戶”。所以對於福特級航母的電能系統而言,除了發電功率要強勁外,用於控制電能的綜合電控更要先進且負載功率更大、可靠性高,福特級航母海試期間為什麼用於發電的渦輪機全部炸機,就是因為航母在進行艦載機放飛時,四臺電磁彈射器需要大量的電能,同時三臺電磁攔阻器在艦載機回收作業時也需要大量的電能,顯然福特級航母上的發電系統負載太大而撐不住炸機就是很顯見的例子。



所以試想一下福特級航母要是連耗電最大戶的推進部分也用上電能推進系統的話,可能航母連自航出港口都難,畢竟一艘航母動力系統輸出的80%功率都被用於推進航母航行,而福特級航母又是一艘彈射型航母,在艦載機放飛、回收作業時,四臺電磁彈射/三臺電磁攔阻器不光要同時消耗大量的電能,而且推進系統也需要消耗更多的電能推進航母高速航行為艦載機起飛作業提供甲板風。所以福特級航母為什麼沒有使用全電推進、只在輔助系統上採用電能驅動,就是因為美國在大功率艦用全電推進的技術上還不過關唄,要不然我們國家的馬偉明院士為什麼說我們自己研製的“中壓直流輸電領先就領先美國十年”就是這個原因。


所以對於很多軍艦為什麼可以採用全電推進,但是大型航母不能採用全電推進的核心原因就在於,軍艦和女王級航母這些全電推進軍艦,在航母高速航行需要消耗大量的電能,和艦上的耗電裝置同時用電時並不是同時進行的,而且軍艦上也沒有高耗能武器,所以軍艦動力系統產生的電能大部分都只用於推進系統使用。

但是福特級航母這類大型航母就不一樣了,這類航母如果使用電能推進系統的話,那麼在航母高速航行需要消耗大量電能的同時,用於彈射和回收艦載機的耗電大戶同樣需要大量的電能,所以對於航母的原始動力源和電能綜合控制系統提出了更高的要求,福特級航母雖然是核動力航母,但是也因為沒有很好解決電能輸電控制系統問題,而不得不放棄電能推進系統。


同時最重要的一點就是,相比傳統百年曆史成熟可靠的機械傳統而言,全電推進雖然節省空間、效率高,但是也更為複雜,如果在設計或者使用過程中存在設計缺陷和突發故障的話,那麼對於軍艦的生存性將是致命性的打擊, 特別是對於福特級這類進攻性航母而言,如果使用全電推進後電能控制系統出現問題,那麼航母不光不能起降艦載機,而且會直接淪落為一艘沒有任何反擊手段的“靶艦”。所以這也是為什麼全電推進雖然技術先進、優點不少,但是卻沒有大規模使用的原因所在,畢竟對於航母這類進攻性武器而言,生存性才是永恆的設計理念。