福建舰的电磁弹射与燃气轮机辅助动力_风闻

福特级航母

这篇文章我们以福特级航母为参考，研究一下电磁弹射和航母的电力系统。航母的弹射系统进入新世纪以来已经朝着电磁弹射技术的方向发展。随着未来激光武器和电磁武器等耗电大户的上舰，再加上航母的电力系统向综合电力系统方向的发展，航母对电力的需求越来越高。这就对航母的电力系统提出了更高的要求。

美国航母电站配置情况

从上表我们可以看到从上个世纪的常规动力航母到现代的核动力航母电站的配电功率已经发生了巨大变化。表中的星座号航母即是鼎鼎大名的小鹰级航母的第二艘，其全舰的总发电功率只有15兆瓦，其中燃油锅炉动力系统通过汽轮机提供了15兆瓦功率。柴油发电机组提供了3兆瓦功率。其实从这里也可以算出小鹰级航母的常规动力的总功率，推进功率206兆瓦加上15兆瓦，也就是221兆瓦。以福特级航母为例，其电站的总功率已经达到172兆瓦，要知道福特级的推进功率也才209兆瓦，发电功率已经接近推进功率。反应堆通过四个26兆瓦汽轮机组提供了104兆瓦的电力，剩余68兆瓦功率来自柴油发电机组。从这里也可以算出福特的核动力系统的总功率是313兆瓦，比小鹰级的燃油锅炉动力总功率221兆瓦整整高出了41.63%。而总发电功率也从小鹰级的15兆瓦，提升到了福特级的172兆瓦。

小鹰号常规动力航母

要知道福特级是世纪之交甚至是更早一点设计的航母，到现在已经二十年过去了。福特级航母上还没有装备激光武器和电磁武器，而后来新建造的航母肯定要上的。随后建造的航母排水量更大，所以对电力的需求会更大，有可能推进功率和其它用电设备功率几乎一样。据说后来建造的航母已经达到12万吨，当然这是短吨，换算成公吨就是11万吨的样子。那么对应的核动力系统的总功率可能要接近350兆瓦，按照发展趋势，后建航母可能会采用综合电力系统，这350兆瓦电力用于推进的可能有250兆瓦，另外100兆瓦分配给其它用电设备。但其它用电设备用100兆瓦肯定是不够的，那么其余的电力需求就需要由辅助动力系统提供，这部分可能有150兆瓦左右。也就是说推进功率和其它用电设备总功率可能都是250兆瓦左右。

六代舰载机的最大起飞重量可以达到45吨

可能有人说了，后续建造的航母采用的是三条弹射器，电力需求会不会降低很多。答案是肯定不会，因为减掉一条弹射器是为了提高效率。而出动效率更高就需要更大的供电功率来保障。实际上考虑到后续建造的航母完成海试服役已经要几年以后了，离六代舰载机上舰已经不远了，所以电磁弹射系统的功率肯定要考虑起飞重量更重的六代机。那么六代机能达到多大的起飞重量呢，马伟明院士的一篇论文中提到电磁弹射器弹射的最大重量是45吨。这个重量基本上就是六代机的最大起飞重量，这个重量比F35或者歼35可高多了。有人可能觉得45吨太重了，其实典型的五代机如F22最大起飞重量已经达到38吨，其实也没高多少。考虑到弹射功率提升的需要，以及能量武器上舰的需要，扣除推进功率后250兆瓦的电力需求仍然是必须的，甚至有可能更高。

那么除了核动力提供的100兆瓦左右的发电量，其余150兆瓦可能就需要常规动力辅机来提供了。有人可能会问，这部分电力为何不用核动力来提供。那100兆瓦左右的需求实际上是日常用电设备的需求，这个功率大小是比较稳定的，所以由核动力系统提供。而150兆瓦主要是电力需求的峰值部分，需要的时间比较短。这部分电力的功率也不小，让反应堆来提供的话，反应堆需要频繁大范围调节功率，这对于反应堆的安全稳定运行是非常不利的。所以这部分就需要由常规辅助动力来提供。当然这当中也有核动力系统出现故障时应急供电的考虑。实际上福特级也是这么考虑的，只不过是后来建造的航母对峰值功率部分要求更大而已。

用燃气轮做辅助动力是个不错的选择

那么这150兆瓦的发电需求用什么常规动力辅机呢？其实无非是两个选择，柴油发电机组或者燃气轮机发电机组。柴油机组的好处是省油但功率密度低，功率不易做大，而且加速慢。燃气轮机则相反，功率密度高功率大。特别是加速快，这非常适合电磁弹射和能量武器等对瞬间功率要求高的用电大户。如果用燃气轮机的话，还有个问题就是空气消耗量非常大，特别是功率需求已经达到150兆瓦，需要非常大口径的烟道，这就不能放在舷侧只能放在舰岛上了。不像福特用的柴油机功率小而且分散，在舷侧开个小小的排气管就完事了。

福特级核动力航母的辅机烟道

而且从动力舱到舰岛距离比较远，燃气轮机对进排气阻力又比较敏感，那就只能继续加大烟道口径了。所以如果福特级航母的改进型突然在舰岛上弄个大烟囱也不必感到惊讶。好像我们也是这么想的。上面那个给飞轮储能的燃气轮机功率为24.4兆瓦，这样少说也要配六台才够用。这样烟囱就真的小不到哪里去了！