福建艦的電磁彈射與燃氣輪機輔助動力_風聞

福特級航母

這篇文章我們以福特級航母為參考，研究一下電磁彈射和航母的電力系統。航母的彈射系統進入新世紀以來已經朝着電磁彈射技術的方向發展。隨着未來激光武器和電磁武器等耗電大户的上艦，再加上航母的電力系統向綜合電力系統方向的發展，航母對電力的需求越來越高。這就對航母的電力系統提出了更高的要求。

美國航母電站配置情況

從上表我們可以看到從上個世紀的常規動力航母到現代的核動力航母電站的配電功率已經發生了巨大變化。表中的星座號航母即是鼎鼎大名的小鷹級航母的第二艘，其全艦的總髮電功率只有15兆瓦，其中燃油鍋爐動力系統通過汽輪機提供了15兆瓦功率。柴油發電機組提供了3兆瓦功率。其實從這裏也可以算出小鷹級航母的常規動力的總功率，推進功率206兆瓦加上15兆瓦，也就是221兆瓦。以福特級航母為例，其電站的總功率已經達到172兆瓦，要知道福特級的推進功率也才209兆瓦，發電功率已經接近推進功率。反應堆通過四個26兆瓦汽輪機組提供了104兆瓦的電力，剩餘68兆瓦功率來自柴油發電機組。從這裏也可以算出福特的核動力系統的總功率是313兆瓦，比小鷹級的燃油鍋爐動力總功率221兆瓦整整高出了41.63%。而總髮電功率也從小鷹級的15兆瓦，提升到了福特級的172兆瓦。

小鷹號常規動力航母

要知道福特級是世紀之交甚至是更早一點設計的航母，到現在已經二十年過去了。福特級航母上還沒有裝備激光武器和電磁武器，而後來新建造的航母肯定要上的。隨後建造的航母排水量更大，所以對電力的需求會更大，有可能推進功率和其它用電設備功率幾乎一樣。據説後來建造的航母已經達到12萬噸，當然這是短噸，換算成公噸就是11萬噸的樣子。那麼對應的核動力系統的總功率可能要接近350兆瓦，按照發展趨勢，後建航母可能會採用綜合電力系統，這350兆瓦電力用於推進的可能有250兆瓦，另外100兆瓦分配給其它用電設備。但其它用電設備用100兆瓦肯定是不夠的，那麼其餘的電力需求就需要由輔助動力系統提供，這部分可能有150兆瓦左右。也就是説推進功率和其它用電設備總功率可能都是250兆瓦左右。

六代艦載機的最大起飛重量可以達到45噸

可能有人説了，後續建造的航母採用的是三條彈射器，電力需求會不會降低很多。答案是肯定不會，因為減掉一條彈射器是為了提高效率。而出動效率更高就需要更大的供電功率來保障。實際上考慮到後續建造的航母完成海試服役已經要幾年以後了，離六代艦載機上艦已經不遠了，所以電磁彈射系統的功率肯定要考慮起飛重量更重的六代機。那麼六代機能達到多大的起飛重量呢，馬偉明院士的一篇論文中提到電磁彈射器彈射的最大重量是45噸。這個重量基本上就是六代機的最大起飛重量，這個重量比F35或者殲35可高多了。有人可能覺得45噸太重了，其實典型的五代機如F22最大起飛重量已經達到38噸，其實也沒高多少。考慮到彈射功率提升的需要，以及能量武器上艦的需要，扣除推進功率後250兆瓦的電力需求仍然是必須的，甚至有可能更高。

那麼除了核動力提供的100兆瓦左右的發電量，其餘150兆瓦可能就需要常規動力輔機來提供了。有人可能會問，這部分電力為何不用核動力來提供。那100兆瓦左右的需求實際上是日常用電設備的需求，這個功率大小是比較穩定的，所以由核動力系統提供。而150兆瓦主要是電力需求的峯值部分，需要的時間比較短。這部分電力的功率也不小，讓反應堆來提供的話，反應堆需要頻繁大範圍調節功率，這對於反應堆的安全穩定運行是非常不利的。所以這部分就需要由常規輔助動力來提供。當然這當中也有核動力系統出現故障時應急供電的考慮。實際上福特級也是這麼考慮的，只不過是後來建造的航母對峯值功率部分要求更大而已。

用燃氣輪做輔助動力是個不錯的選擇

那麼這150兆瓦的發電需求用什麼常規動力輔機呢？其實無非是兩個選擇，柴油發電機組或者燃氣輪機發電機組。柴油機組的好處是省油但功率密度低，功率不易做大，而且加速慢。燃氣輪機則相反，功率密度高功率大。特別是加速快，這非常適合電磁彈射和能量武器等對瞬間功率要求高的用電大户。如果用燃氣輪機的話，還有個問題就是空氣消耗量非常大，特別是功率需求已經達到150兆瓦，需要非常大口徑的煙道，這就不能放在舷側只能放在艦島上了。不像福特用的柴油機功率小而且分散，在舷側開個小小的排氣管就完事了。

福特級核動力航母的輔機煙道

而且從動力艙到艦島距離比較遠，燃氣輪機對進排氣阻力又比較敏感，那就只能繼續加大煙道口徑了。所以如果福特級航母的改進型突然在艦島上弄個大煙囱也不必感到驚訝。好像我們也是這麼想的。上面那個給飛輪儲能的燃氣輪機功率為24.4兆瓦，這樣少説也要配六台才夠用。這樣煙囱就真的小不到哪裏去了！