同樣是燒開水的，為啥從小鷹級發展到尼米茲級航母必須換成核動力_風聞
尖端防务-科谱一下2小时前
尼米茲級核動力航母
在網上討論航母動力的時候，常提及常規動力和核動力的優劣，總有人把“都是燒開水的”這句話掛在嘴上。如果這句話當做梗來聽當然沒啥問題，但是如果真的有人以為常規動力和核動力都是同樣的技術，那就不科學了。那麼美弟的航母從小鷹級發展到尼米茲級的時候為什麼要換成核動力呢？這裏面有什麼必然的底層邏輯嗎？這篇文章我們就來聊一聊這個話題。關於航母應該選擇核動力還是常規動力，有這麼一個説法。説航母發展到八萬噸以上後就不適合採用常規動力了。那麼這句話説得有道理嗎？
其實航母採用常規動力還是核動力和航母的噸位關係不大。你看法國四、五萬噸級的戴高樂號航母採用的是核動力。美弟的尼米茲級和福特級的排水量都已經發展到近九萬噸和十萬噸以上了，它們用的也是核動力。那麼導致航母必須更換核動力的根本原因是什麼呢？我們在前面分析福建艦從003航母的原始設計修改到福建艦現有設計的過程中找到了根本的原因。這主要是因為航母對動力系統功率的需求是在飛快增長的，而航母的排水量的增長卻是非常緩慢的。這兩者之間有着不可調和的矛盾。
我們知道小鷹級航母的滿載排水量在8萬到8.3萬噸左右，而尼米茲級大概是在9萬噸左右，而福特級是在10.16萬噸的樣子。請注意我們這裏用的單位都是公噸，和網上大量的排水量數據是對不上號的，因為他們用的單位是短噸。相應的小鷹級航母的推進功率是206兆瓦，這個推進功率相對於其排水量來説是有些偏高的，因為這裏包括了蒸汽彈射器的動力需求。也就是説小鷹級航母的蒸汽彈射器的動力也來自動力主機。如果蒸汽彈射器需要提供蒸汽，小鷹級的最大航速就是受限制的。尼米茲級的推進功率是194兆瓦，而福特級的推進功率是209兆瓦。
大家會發現，航母的推進功率和滿載排水量是成正比的，而且基本上是線性增長的。但是航母電力需求的增長卻不是線性增長的，而是呈爆炸式增長的。小鷹級的發電量是15兆瓦，到了尼米茲級就變成了64兆瓦，而福特級就已經飆升到了210兆瓦左右。小鷹級的發電量中有12兆瓦是由動力主機提供的，也就是説燃油鍋爐動力主機的總功率是218兆瓦。其餘3兆瓦是輔助動力柴油機提供的。。
而尼米茲級前幾艘採用的A4W核反應堆提供了194兆瓦的推進功率，以及提供了64兆瓦的電力。而尼米茲的輔助動力功率8兆瓦其實是應急動力柴油機發的電。尼米茲級的後幾艘換成了A1G反應堆。也就是説尼米茲級其實這裏可能還漏掉了尼米茲級提供給蒸汽彈射器的動力，因為194兆瓦的功率應該是不含蒸汽彈射器功率的。也就是説尼米茲級的核反應堆提供了至少258兆瓦的功率，這裏不包括彈射器功率。即使如此，相對於小鷹級，尼米茲級的主機功率也提高了至少18.35%左右，但是排水量卻只提高了7.2%左右。
如果尼米茲級的動力不變，用的還是燃油鍋爐。那麼尼米茲級的動力艙需要擴大18.35%。而排水量卻只提高了7.2%。這就意味着尼米茲級航母的動力艙必然要侵佔其它艙室甚至是機庫的空間，這肯定會嚴重影響航母的總體作戰性能。所以如果尼米茲級不採用核動力，不提高動力系統的功率密度的話，必然會導致動力艙侵佔其它艙室甚至是機庫的事情發生。那麼是否可以通過繼續提高燃油鍋爐的效率來進一步提高動力系統的功率密度呢？
我們前面的文章也分析過，航母上使用的燃油鍋爐效率已經達到85%左右，想提高一個百分點都非常困難。即使從超臨界鍋爐提高到超超臨界鍋爐，熱效率也不過只提高了4%左右。而且還要付出重量和體積增加的代價，這麼做已經不划算了。所以燃油鍋爐的熱效率很難再提高了，也就是説靠提高熱效率來大幅提高功率密度這條路對於蒸汽動力來説已經走不通了。航母對動力系統功率快速增長的需求和排水量增長緩慢這對矛盾發展到一定階段，必然要求更換動力系統類型來大幅提高動力系統的功率密度。否則航母總體作戰能力必然會明顯下降。這顯然是不能允許的。
當然尼米茲級的數據對比可能還不夠明顯，而且尼米茲級航母幾個批次的反應堆和排水量都還不一樣，有人可能有不同意見。我們以福特級和小鷹級來做對比會更明顯一些，因為福特級的數據比較清楚。我們知道福特級的推進功率是209兆瓦，反應堆發電功率從尼米茲級的64兆瓦提高了到了福特級的104兆瓦。也就是福特級的主機功率是313兆瓦。相對於小鷹級218兆瓦的主機功率，提高了43.58%。但是排水量只提高了22.41%，這是按小鷹級8.3萬噸來計算的，如果是按8萬噸來算的話是27%。和43.58%相比仍然相差懸殊。
如果不是以主機功率來計算而是以全艦動力總功率來計算，對比將更加明顯。福特級的動力系統總功率包括反應堆和輔助動力柴油機都算在內是419兆瓦。相應小鷹級是221兆瓦，福特級比小鷹級幾乎翻倍。如果福特級航母不採用核動力，那麼動力艙體積必然翻倍，但是排水量才只是從8萬噸提高到10萬噸左右。這必然導致動力艙嚴重擠佔其它艙室或者機庫的體積。所以動力系統必須要從小鷹級的常規動力更換為尼米茲級和福特級的核動力才能解決問題。那麼可能會有人會説，比蒸汽動力功率密度更高的還有柴油機、燃氣輪機，為什麼不選擇這兩種動力呢？
我們前面的文章有詳細分析，這裏就不展開了，只説一下結論。主要是柴油機和燃氣輪機都不適合當主動力，這兩種動力系統都有自己的問題。適合航母使用的中高速柴油機單機功率很難做大，容易導致柴油機數量過多，佔用空間過大，而且在並車到四根推進軸時會遇到技術難題很難解決。要解決這個問題需要採用全電推進系統，但在十萬噸級航母上實現全電推進即使是福特級航母也沒有做到。而且燃氣輪機的使用成本比較高。比如英國伊麗莎白女王級航母就採用了燃氣輪機做為主動力，但是航速只有26-27節的樣子，比通常航母30節以上的航速相差甚遠，如果要把航速提上去代價很大。因為功率提高一倍，航速才能提高四分之一。
所以想讓航母的主機功率密度有大的提高，最理想的選擇是核動力。因為核動力的單機功率很容易做大，而且功率密度要比常規動力高得多。而柴油機和燃氣輪機各有所長。燃氣輪機功率密度是柴油機的三到五倍，適合作為調峯電站的動力。而柴油機適合作為日常用電的發電動力，因為其使用成本比燃氣輪機更低。這兩種動力給核動力航母作為輔助動力是最佳的動力組合。
通過以上分析，大家不難得出結論，航母動力系統功率的迅速提高和排水量的緩慢增長之間的矛盾是推動航母更換更高功率密度動力系統的推手。也就是説追求更高功率密度是航母動力系統發展的最底層邏輯。而更換為核動力和航母排水量之間關係不是很大。也就是説航母發展到八萬噸以上時更換為核動力，排水量的增長並不是決定性因素。促使航母從常規動力系統更換為核動力系統的真正原因是航母對動力系統功率密度的追求。只不過這件事情剛好發生在航母排水量提高到八萬噸以上時而已。