落日余晖中的女王级（1）- 设计变迁_风闻

最近关于航母的新闻还真不少，003日渐成型，“福特”号刚刚进行了抗震试验，法国PANG航母工程正式启动，韩国则拿出了更大的LPX-II航母方案，还有最活跃的一个 - “伊丽莎白女王”号首次海外部署，目前还在地中海磕磕碰碰地转悠。这五型航母第一个不方便说，后面三个都写过了，只差最后的女王级。

舆论对于女王级的评价相当分裂，赞的说它是常规航母的巅峰之作，开创多项技术先河，甲板设计甚至超过美国超级航母；贬的说它徒有其表，毛病丛生，载机都配不全，战斗力低下。写女王级的文章网上一搜一大把，我尝试从一些特别的角度来探究一下它到底实力如何。女王级是西方海军现役中最新、最大的常规航母，了解它的设计建造思路、总结得失对我们还是很有借鉴意义的。

上一次舰队航母尝试：CVA-01

早在上世纪60年代，当时航母力量仍位居世界第二的皇家海军就提出建造新一级4艘舰队航母，编号为CVA-01到CVA-04，分别替换二战期间及战后早期设计建造的“胜利”号、“皇家方舟”号、“竞技神”号和“鹰”号（这2大2小分属3个舰级4种形态）。如果建成服役，头两舰将分别命名为“伊丽莎白女王”号和“爱丁堡公爵”号。

> 1961年编队高速航行的“胜利”号、“皇家方舟”号和“竞技神”号

皇家海军共考虑了6个方案，排水量从4.2万吨到6.8万吨。尺度最大的方案基于美国“福莱斯特”级，可以安装4具全尺寸弹射器，但是因为造价过高（尤其是需要扩建船厂）而最早出局。不过即使是小排水量的方案英国当时也负担不起，1963年7月宣布只能建造一艘。

常规动力的CVA-01标准排水量5.45万吨，满载排水量6.4万吨，最高航速30节，配备2部蒸汽弹射器、2座升降机、1座“海标枪”和4座“海猫”舰空导弹，可搭载18架F-4K战斗机、18架“掠夺者”攻击机、4架“塘鹅”预警机和7架直升机，在60年代指标还是相当先进的。

> CVA-01在舰岛右侧设置了一条飞机转运通道，“海标枪”发射架位于舰尾平台上

因为军种之争、巨额开支和技术复杂性等原因，1966年工党政府最终在著名的1966国防白皮书中取消了CVA-01和配套护航的剩余7艘82型驱逐舰（仅建成1艘“布里斯托”号），转为对“鹰”号和“皇家方舟”号进行有限的现代化改装。第二年在重新评估国防战略后英军撤出苏伊士运河以东地区，结束了长达百年的全球存在。英国对70年代制海权的要求已经降低到距海岸480公里以内，皇家空军的力量足以覆盖这个距离。航母对于英国的重要性再次降低，几乎可以忽略。

> 从上至下分别是转卖给阿根廷的5月25日号（前英国巨人级“可敬”号）、“皇家方舟”号和CVA-01

自1979年2月老“皇家方舟”号退役后，皇家海军彻底失去了大甲板正规航母，F-4K和“掠夺者”也转给了空军。马岛功臣“竞技神”号于1984年退役，两年后被出售给印度。原先“无敌”号也准备出售给澳大利亚，但马岛之战让英国政府意识到航母的重要性，三艘按全通甲板指挥巡洋舰规格建造的2.2万吨级“无敌”级轻型航母得以保留，略为尴尬地维持着皇家海军的航母舰队。

> 1998年4月9日，“斯坦尼斯”号和“卓越”号并肩航行在波斯湾执行“南方守望”行动

漫长的方案制定过程

到上世纪90年代末期，虽然皇家海军对“无敌”级的服役表现相当满意，但是过小的体量和舰载机的不足也是非常明显的，它们的后续替代舰被提上了议事日程。

1997年英国国防部开始对未来航母展开概念性研究，在这一阶段首先确认的是新航母将比现役“无敌”级大，仍然采用垂直/短距起降方式。常规起降航母搭配F/A-18E“超级大黄蜂”或者海军版“台风”战斗机的方案仅仅被“简单地”考虑了一下。运作分析表面至少需要50架舰载机才能保障在中等烈度作战场景中取得胜利，航母的排水量需超过3.8万吨。

> 多年后推销给印度的“海台风”设想图

出于对财政部（节省开支）的尊重，国防部也认真研究了将民船改为航母等廉价替代方案，包括过将“无敌”级翻修延寿并扩大舰体，不过得出的结论毫不意外地证明舰体已经过于老旧，飞行甲板宽度无法兼容下一代舰载机（此时JSF项目原型机的尺寸已经达到“海鹞”的两倍）。

1998年的“国防政策审查"决定授权海军建造2艘4万吨级的航母，每艘配备50架飞机和直升机，首舰将于2012年入役。CVF未来航母计划于1999年1月25日正式启动，其设计目标是在2020年代中期满足9大“KUR关键用户需求”：

互操作性 - 能够参与三军及国际联合作战

集成性 - 集成指挥、控制、通信、情报功能，支持空中联合作战行动

可用性 - 在全寿命周期内始终维持一艘可作战的航母

可部署性 - 能够在全球范围部署

可持续性 - 更能够持续运作

舰载机 - 能够在没有盟国支持的情况下部署进攻性空中力量

生存性 - 在现代作战环境下具备高生存率

灵活性 - 可以运作尽可能多类型的舰载机

多功能性 - 可以执行尽可能多种类的任务

六家世界军工巨头收到邀请参与初始概念竞标，它们是波音、英国航宇、洛马、马可尼电气系统、雷锡昂和汤姆逊-CSF。

初始方案选择

11月23日，英国国防部宣布总价值590万英镑的详细方案评估合同被授予英国航宇（1999年11月更名为BAE系统公司）和汤姆逊-CSF（2000年更名为泰利斯集团）分别领衔的两个欧洲团队，美国团队全部出局。合同要求每个团队提交最多6种设计方案，载机量为30-40架FJCA未来联合作战飞机。2001年7月这两个团队又得到了第二份价值2350万英镑、为期一年的备选方案降低风险合同。

皇家海军给予两个团队非常大的创新空间，除了上述9项KUR外，主要要求相当简单，就是必须在英国本土建造、载机量达到48架、单壳体和非核动力。此外全寿命周期成本控制被给与了非常高的优先级，运营成本中人力成本占大头，因此国防部建议舰员人数控制在600人内，两个团队都为此付出了很大的努力，成效也非常显著。

CVF设计方案考虑了3种构型：常规弹射起飞/阻拦降落（CATOBAR）、短距起飞/阻拦降落（STOBAR）和短距起飞/垂直降落（STOVL），2000年间还短暂考虑过第4构型：CATOBAR和STOVL混合式，但因为成本太高被迅速放弃。

以下是部分早期方案（红色为舰岛、蓝色为飞机升降机）：

1. 常规起降 - 2部弹射器、单舰岛、2部舷内升降机

2. 常规起降 - 3部弹射器、单舰岛、2部舷侧升降机（全右舷）

3.  常规起降 - 2部弹射器、前置双舰岛、2部舷侧升降机（左右舷）

4.  滑跃起飞/垂直起降 - 2条跑道、单舰岛、2部舷侧升降机（全右舷）

5. 短距起飞/垂直起降 - 起飞/降落区域被前置单舰岛隔开、3部舷内升降机

6.  滑跃起飞/垂直起降 - 汇聚式双滑跃起飞跑道、中置双舰岛、2部舷侧升降机（全右舷）

航母飞机甲板的设计难度往往被外界低估，在设计舰岛时首先要考虑如何高效地在机库和甲板间移动飞机、如何安全地加油挂弹、如何在短时间内起飞和回收最大数量的飞机，然后才轮到舰岛本身的航海/航空管制功能、传感器设置和动力舱进/排气道布局。

2001年1月17日，英国政府签署备忘录正式加入JSF/F-35项目，确认JSF将成为FJCA的选定机型，于是短距起飞/阻拦降落方案首先被放弃。同年10月26日美国国防部宣布洛马的X-35胜出。按照最初的性能要求，CVF的最大出动率需达到每24小时150架次固定翼舰载机，但2002年下半年这一指标被降低到110架次。BAE系统公司的研究表面要达到相同的出动架次率，常规起降构型将比短垂起降构型至少增重一万吨。

在细说航母（1）- 甲板运作（上）一文中提到过航母作战能力的核心要素就是舰载机出动架次率，“尼米兹”级的设计持续日出动架次率为120架次（30天内的26个飞行日每天飞行作业12小时），高峰出动架次率为230架次（连续4天每天飞行作业24小时），“福特”级这两个指标进一步提升到160架次和270架次。以当时CVF四万吨的体量高峰出动架次率达到110架次也是相当高的水平了。

2004年11月，时任第一海务大臣韦斯特爵士曾解释过决定CVF尺寸和航空联队构成的因素，包括出动架次率和与美国海军联合作战的能力：

“我们详细分析计算了未来深度打击作战的需求，确定需要配备36架JSF，在五天的周期内平均每天出动75架次，这就决定了航母的主尺度、甲板面积和排水量。我和美国海军作战部长谈过，他很支持我们的这个指标，以便我们可以融入他们的航母打击群。例如去年在阿富汗行动期间，他们不得不请求法国出动航母提供支援。美国人非常希望我们也具备这样的能力，和美国航母一样的作战能力，这就是36架JSF的由来，我们会实现这样的目标。”

2002年9月，英国国防部确定CVF采用“可变”航母构型，安装滑跃起飞跳板，但在未来有需求时可以改装为弹射起飞/阻拦着舰方式，并确认如果改换起降方式将采用“尼米兹”级同款的C-13蒸汽弹射器和Mk7阻拦装置，航母排水量也水涨船高地增加到了6万吨级。时任第一海务大臣博耶斯海军上将指出皇家海军的研究表面航母更大单位重量造价就更低，全寿命维护费用也更少。他被广为流传的格言就是：“空气是免费的，钢铁是廉价的”（作战舰艇越大越好）。

CVA-01的设计经验显示排水量从4万吨增加到5万吨时造价仅增加了10%，排水量增加25%，航空能力却能提高50%。而CVF的设计师在2001年也得出结论如果2艘航母的造价从40亿英镑削减到30亿英镑，节省25%开支将导致出动率降低50%。更大的军舰能够提供更大的适应能力、更舒适的生活空间，紧急情况下能够搭载更多人员和飞机，未来50年全寿命周年内的升级也更容易。

航母设计的一大挑战就是确定机库的尺寸和布局。当时JSF项目尚未成熟，因此初始机库方案预计容纳26架翼展12米以内的JSF（最终F-35B不可折叠的机翼翼展为10.7米），机库尺寸也决定了航母的型宽。“可变”航母构型需要在飞行甲板和机库甲板之间设立吊舱甲板（Gallery deck），以便容纳可能的弹射/阻拦装置。

飞机升降机和弹药升降机同时牵涉到机库和飞行甲板，必须合理布局才能理顺飞机移动流程；另一方面弹药库必须布置在舰体中线深处以获得最好的防护力，事实上弹药库和相应的弹药升降机就是舰体设计中第一批需要确定位置的要素之一。

尺度增大的舰体可以选择采用舷侧飞机升降机，而在“无敌”级这样的小型航母上因为干舷和稳性的限制，高海况时无法使用舷侧升降机，只能采用侵占甲板空间且破坏舰体承力结构的舷内升降机。

从Alpha到Delta

2002年12月，泰利斯和BMT集团（英国船舶工程设计公司）联合提出的Alpha方案击败之前呼声甚高的BAE系统公司方案被IPT整合项目团队选中，原因是更富于创新精神而且技术上更成熟。

BAE的方案舰体外倾明显，隐身性能更好，但这并不是CVF的主要需求。

> BAE系统公司2002年的方案，常规弹射/阻拦构型，右舷设置了3部小型升降机，其中第2部藏在单舰岛天桥之下，显得颇为怪异

Alpha方案延用上面六号方案的总体布局，采用双舰岛设计，配备2部大型舷侧升降机，机库面积也更大。舰体结构更加简单，带有巨大的外飘部分，飞行甲板宽度达到70米。

> 泰利斯2003年方案，滑跃起飞/垂直降落构型，汇聚式双滑跃起飞跑道，滑跃跳板占舰艏全宽

它最前卫的设计是采用大型游轮上的吊舱式推进器，搭配2部舰艏侧推进器，开创了航母动力系统设计的先河。在此之前大型军舰中只有法国的“西北方”级两栖攻击舰安装了2组罗·罗生产的“美人鱼”式电动全向推进吊舱，取消传统的螺旋桨/船舵系统将极大地提高机动性能和靠泊能力。

Alpha方案将安装“紫苑”导弹垂直发射系统，防空能力远超BAE方案的四座“海拉姆”近程导弹系统。它还将安装3千吨的装甲，生存能力很高，不过标准排水量也攀升到7.3万吨。

> Alpha方案长295米，4台燃气轮机（总功率160兆瓦），4部吊舱式推进器，载机40架，日出动率150架次

很不幸，到2003年中Alpha方案不得不被放弃，因为造价无法承受。泰利斯随即推出了降级到5.5万吨的Bravo方案，吊舱式推进器被取消，因为无法达到海军的抗震和噪音标准。Alpha方案中的全自动化武器处理系统被低成本的半自动化系统替代，自卫系统只保留软杀伤能力，预留近程防卫系统空间。

> Bravo方案长265米，2台燃气轮机+2台柴油机，常规推进系统，2部舰艏侧推进器保留，载机34架，日出动率110架次

Bravo方案可以节约2亿英镑的造价，但是国防采购机构海军技术集团很快发现该方案将无法满足海军对损管和稳性的要求。下一个版本是Charlie方案，增加了水密隔舱的数量，但是内部容积被压缩。

> Charlie方案的主要规格和Bravo相同，隔舱数量几乎翻倍，舰体进行了修型以改善稳性和生存力，主机被布置在不同隔舱内，舰艏侧推进器被取消

Bravo和Charlie这两个妥协方案都会带来技术上的潜在危险，建造工艺也变得复杂，为此皇家海军申请小幅度增加造舰预算，以略微增大CVF的排水量，这就是6.5万吨的Delta方案，也就是今天“伊丽莎白女王”级的原型，令“女王”级成为英国建造过的最大军舰，排第二的应该就是满载排水量5.25万吨的“前卫”号战列舰了。

> Delta方案长280米，2台燃气轮机+4台柴油机（总功率100兆瓦），载机36架，日出动率110架次

在第三阶段评估中，新成立的航母联盟正在不断优化设计，但整个项目因为优柔寡断、成本控制等政治上的原因而陷入拖延，直到2005年12月验证阶段的资金才得到批准，CVF项目开始展开详细设计。

> 2005年公开的Delta方案效果图，滑跃跳板改为单跑道，飞行甲板停机区扩展到舰艏，舰岛构型也和最终形态相当接近。此时仍然保留了挡焰板，但最终被取消。

2005年BMT集团宣布测试了4种不同的航母舰体模型，评估了推进效率、机动性、适航性和噪音水平，研究了导流尾鳍长度、船舵尺寸、压浪板和球鼻艏的设计细节。经过多次迭代开发修改之后，Delta方案于2006年下半年基本成型，开始详细核算成本。

此时法国已经加入了英国的航母发展计划，以“女王”级为蓝本开发本国的PA2航母，其中的曲折变化在PANG - 独具特色的法国下一代航母中已经介绍过，这里不再重复了。因为航母设计建造的关键技术都在英国手中，“女王”级并没有受到太大的影响。

> 弹射起飞/阻拦降落版本的PA2效果图

复杂的投资方式和造船业界的争论再次造成延误，2007年7月25日国防部才宣布2艘“女王”级的订单意向，正式合同签署于一年后的2008年7月3日。在此之前按照英国政府的要求，BAE系统公司水面舰队分部和TV集团造船分部合并成立BVT水面舰队分部，成为“女王”级的主承包商，也是英国最大的造船公司。

新航母将采用一种全新的混合式劳埃德军舰建造规范，在关键领域采用军标的同时最大限度利用商用货架设备，不过CVF的生存力标准比低成本建造的“海洋”号两栖攻击舰要高很多。

“女王”级的飞行甲板面积达到1.6万平米（“尼米兹”级为1.82万平米），设有一条带滑跃跳板的起飞跑道。机库面积4727平米，容积2.9万立方米，最多可容纳20架F-35或更多的直升机。因为没有安装弹射器，巨大的吊舱甲板空间被用于航空人员住宿、航空器材储藏，甚至还有一个空勤人员酒吧。增大的舰体提供了16%的排水量冗余度，可以在50年寿命期内增添更多设备。如果今后改装弹射器和阻拦装置，排水量增加最多的部分将是舰壳底部的压舱物以免头重脚轻。

> 2009年开工时的CVF方案，和Delta方案相比改进了舷侧猫道、天线位置和主锚

命运多舛

2010年10月，英国政府公布了“国防与安全战略审查报告” - 2010 SDSR，说明将只有一艘航母能保证服役，另一艘待定，可能保持在“延长待机”状态，当另一舰进入维修状态或者局势需要2艘航母时可以快速转入现役。另一种方案则是将2号舰出售，依靠关系紧密的盟国提供持续的航母打击能力。

报告同时还宣布首舰将安装“福特”级的EMALS电磁弹射器和AAG先进阻拦装置，搭载F-35C舰载机。但是当发现两舰的总造价几乎比原计划翻倍后，皇家海军开始考试是否将2号舰也改为弹射/阻拦构型。

2012年5月，国防大臣哈蒙得在议院宣布英国政府决定改回之前的方案，采购F-35B，2艘航母都将维持带滑跃跳板的短距起飞/垂直降落构型。国防部的信息来源透露在”威尔士亲王“号上安装电磁弹射和阻拦装置的费用攀升到了20亿英镑，其中4.5亿英镑为设备采购成本，剩余的为安装成本。而已经产生的更改为CATOBAR构型以及之后改回STOVL构型的设计成本约为1亿英镑。首席国防采购官事后在议院作证表面虽然自航母设计之初就决定要具备在两种构型间易于切换的能力，但自2002年开始并没有在这方面投入多少精力。

2015年11月，英国政府在2015 SDSR中确认2艘“女王”级都将建成服役，并随时保持有一艘处于可用状态。报告还说明其中一艘航母将增强两栖作战能力（“海洋”号两栖攻击舰将于2018年退役），并保证将采购138架F-35，但没有说明具体的型号数量，其中24架舰载机将在2023年前交付给航母部队。此时首舰“伊丽莎白女王”号已经下水一年，“威尔士亲王”号也开工了4年。

> 2015年7月16日，卡梅伦首相在唐宁街10号的内阁办公室内察看“女王”级模型

虽然遇到很大困难和外部压力，总体而言“女王”级的设计还是相当成功的，在作战能力、建造费用和全寿命费用方面取得了良好的平衡，今后发展的潜力也很大。

> 项目启动21年后的结晶

如此大型复杂的舰船设计建造过程很难做到一帆风顺，最大的障碍往往来自政治而不是技术方面，即使拥有百年基业的皇家海军也是如此。很多网友看到我们的003只有3弹2升就愤愤不平、指手画脚，为是核还是常争吵不休。作为业余军迷探讨一下固然可以，但是因此指责我们的舰船设计部门就大可不必了。我们今后数十年海军发展的战略是什么，投入多少预算、未来作战区域如何设定、出动架次率的指标是多少、弹射/阻拦装置的性能如何，很多最基本的要素都不了解的情况下纸上谈兵是没有实际意义的。

大型军舰设计是一项巨型工程，无论是过去的战列舰还是最现代化的航母，普通军迷设想过或者没考虑过的构型，设计部门都已经非常严谨地设计、验证过了，方案何止5个10个。最终得以进入建造阶段的一定是当前条件下最符合国防战略发展、国情国力可以承受的最优化方案。

如果航母设计建造也存在鄙视链的话大致就是下面这四种情况：

有钱有技术：美国、中国，自行设计建造，拥有核心技术，可以近乎随心所欲地达到最优构型和建造数量

有钱没有技术：苏联、法国、（韩国）、（日本），坚持自制但关键技术要么缺失从简要么需要引进

没钱有技术：英国、意大利、西班牙，拥有自行设计建造能力，但是受到预算的严格限制，不得不折衷取舍

没钱没技术：印度、巴西、泰国，只能外购，处处受制于人，实际使用效果不佳

后三种都要一边掂量着自己的钱袋子一边紧盯着别人的技术发展，精打细算才能造出一两艘。中国是世界航母俱乐部的后来者，如今已经迅速跻身第一集团，这还有什么可抱怨的呢？

PS：预告一下哟~~下一篇，“女王”级的具体设计：甲板布局、双舰岛的优势、先进的动力系统……

欲先了解更多，可移步公号：温哥华的鱼（ID：van--yu）