动力装置对航空母舰作战方式的影响研究

伍赛特

（上海汽车集团股份有限公司，上海 200438）

引言

从第一次世界大战开始，到第二次世界大战结束至今的新型主力战舰，航空母舰在整个20 世纪经历了一个漫长而又坎坷的发展历程。二战结束后，航空母舰又遭到了政界的非难，虽然航空母舰存在着易受攻击的弱点，但实践证明，在抗打击能力方面，航空母舰要比任何一个海外陆上基地更强。随着各种高新技术的不断研究与运用，航空母舰的发展前景将更为广阔。

1 航空母舰所采用的动力装置类型

动力装置是航空母舰的一个重要组成部分。选择航空母舰的动力装置取决于其所要求的性能因素，即排水量、最大航速、巡航航速、尺寸大小、续航力、水下噪声以及各种航态的可靠性，同时也取决于燃料的种类及费用，还要考虑国家设备制造及备件供应的工业基础以及飞机起降的主要形式等众多因素，综合权衡考虑，择优选取。总体来说，目前航空母舰所能采取的动力装置主要包括常规蒸汽动力装置、燃气轮机动力装置及核动力装置等[1-4]。

1.1 常规蒸汽动力装置

常规蒸汽动力装置具有单机功率大、工作可靠、寿命长、技术成熟、转速调节方便的优点，不需要增添特殊装置就可以实施倒车，对燃料并无过高要求，同时可以使用低质重油。航空母舰采用蒸汽动力装置还可较为便捷地向弹射器提供蒸汽，因而在20 世纪60 年代以前建造的航空母舰广泛采用这种动力装置。但是基于安全的原因，蒸汽压力及整个装置热效率相对较低。由于蒸汽锅炉的炉膛是常压或是低增压的，在额定功率下的耗油量较多，蒸汽锅炉的炉膛体积明显大于燃气轮机的高压燃烧室，再加上汽包、蒸汽管路、冷凝器、除氧器、冷凝水系统、主循环水系统等大量附属设备，致使蒸汽动力装置体积庞大，装备笨重，需要配备较多的操作人员和值班人员。

1.2 燃气轮机动力装置

燃气轮机动力装置是近代技术发展过程中，可与蒸汽动力一争高下的推进装置。舰用燃气轮机的结构和航空燃气轮机类似。燃气轮机的主要优点是功率大、尺寸小、重量轻、效率高和机动性好，易于启动，调速便捷且能实现转速的快速调节。目前，先进的简单循环舰用燃气轮机的功率可以达到29 000 kW，热效率高达37%。粗略地说在全工况与低工况时，燃气轮机的燃油耗油率略高于柴油机，却低于汽轮机。近年来，为了进一步增大功率和提高热效率，正在研制带中间冷却与回热循环的燃气轮机，其热效率可达43%，具有良好的经济性。

尽管燃气轮机具有显著的技术优势，但存在一定弊端。传统的航空母舰弹射器需要大量的高温高压蒸汽，如采用燃气轮机就无法像蒸汽动力装置和核动力装置一样提供理想的蒸汽源，而锅炉装置还要增大容量，这在布置上很不方便，加上燃气轮机的气耗量大，进排气一方面要占用较大的有效甲板面积，同时对上层建筑、电子设备的布置和飞机的起降也有影响。对一些不需要用到蒸汽弹射器的直升机航空母舰或滑跃式起飞的航空母舰，燃气轮机则具有较大的可用性。

1.3 核动力装置

核动力是一种具有广阔发展潜力的动力装置。核动力以核反应堆和一次回路设备取代了常规蒸汽动力装置的锅炉，因而本质上而言，其也属于蒸汽动力体装置。考虑到技术的成熟性和安全性，舰用核动力装置常采用压水型反应堆，以水作为一次回路的冷却剂和一次回路的交换热源。由于核动力装置中的二次回路的本质仍然是低压饱和蒸汽，故其仍面临着效率较低的缺陷。

由于反应堆等设备比较复杂，核动力装置的体积和重量比常规蒸汽动力装置的体积更大，该系统的管路和设备也更笨重庞大。核动力还有一项明显缺陷是有着较高的放射性污染可能性。反应堆和二次回路不允许操作人员直接接近，只能采取遥控或自动化措施，从而提高了造价。随着核技术的发展和长期运行积累的经验，核动力装置一般均会采取多重有效的安全措施。随着技术的不断提升，近年来，该类新型动力形式正逐渐为世人所理解和接受。

1.4 联合动力装置

将不同体系的动力装置联合起来，取长补短，提高性能，这也是发展航空母舰动力装置的重要理念。以核-燃联合动力装置（CONAG）为例，这种联合动力装置的基本设想是利用价格便宜，而且体积小的燃气轮机来保证航空母舰短时间的高动力性，核动力装置则用来提供巡航速度以下低工况时的推进功率，用减少核动力额定功率的办法来降低核动力装置的制造费用和占据的空间与重量，兼备核动力和燃气动力的长处。

1.5 小结

尽管常规蒸汽动力推进系统目前已经发展到较高的水平，今后的发展空间相对有限。燃气轮机动力推进系统尚有较大的潜力，航空母舰能否更广泛地采用燃气轮机不但取决于燃气轮机自身的发展，而且还与航空母舰舰载机未来运行机制的变化有很密切的关系。核动力将是更有竞争力的航空母舰推进系统，在未来的航空母舰上将会有更广泛的应用。

2 核动力航空母舰的发展及优势

2.1 核动力航空母舰的历史发展

核动力往往会令人自然而然地想到辐射和泄漏。作为航空母舰的一种动力来源，核动力航空母舰不可避免地存在着放射性污染的可能性。核反应堆一旦出现核泄漏或核扩散，则不仅对航空母舰本身而言是个毁灭性的灾难，而且会给周围的海洋环境，包括毗邻的陆地环境带来巨大和长久的环境灾难。虽然现在世界上掌握核技术的国家很多，但并非每一个掌握核技术的国家都有能力建造核动力航空母舰。

不仅如此，核动力航空母舰的造价较为昂贵。第一艘“企业”号核动力航空母舰在1960 年的报价就高达4.44 亿美元，为一艘常规动力航空母舰的2 倍以上，并且该项费用还不包含后期的设备安装费用。1998 年美国方面建成的“杜鲁门”号核动力航空母舰，从开工到建成服役，总共耗资达45 亿美元，比许多国家一年的军费还要多。昂贵的研制、建选和维护费用，令发展中国家难以担负，部分经济水平较为发达的国家也不敢直接投入研发工作。同时，核动力航空母舰拥有反应堆、主冷却剂泵、蒸汽发生器、蒸汽稳压器、一次屏蔽系统、二次屏蔽系统以及其他次回路辅助系统和设备，其体积、重量以及所需的安装空间明显大于常规动航空母舰[5]，而且各种管路和相应设备也更复杂庞大。

即便存在上述的种种不利因素，核动力航空母舰的优势依然有着独树一帜的优势。核动力航空母舰最大的优势是续航能力强。以美国的“小鹰”级常规动力航空母舰为例，其能以20 kn 的航速在海上可连续航行350 h，续航力达12 000 n mile（海里）。该项数据在同类航空母舰中可谓出类拔萃，然而与核动力航空母舰面前，其优势则荡然无存。以“企业”号核动力航空母舰为例，其所安装的8 座压水核反应堆可连续运行10 年，即在10 年内无需更换核燃料。其以20 kn 航速的续航力为400 000 n mile，约为“小鹰”级航空母舰的33 倍。早在1964 年8 月—10月，“企业”号航空母舰曾在2 艘核动力导弹巡洋舰的伴随下，不进行补充燃料和其他补给品，环球连续航行64 d，累计航程达32 600 n mile，刷新了当时的历史最高纪录，充分显示了核动力装置应用于航空母舰时的巨大优势。

2.2 核动力航空母舰的技术优势

2.2.1 隐蔽性得到了加强

因为核动力航空母舰无需设置烟囱，可有效简化其上层建筑的结构，从而明显缩小建筑体积，使布局更加合理。排水量相当的核动力航空母舰，在敌方雷达屏幕上显示的回波信号比常规航空母舰要小得多，使得航空母舰的隐蔽性能更强。

2.2.2 可有效优化全舰的舒适性

核动力航空母舰消除了舰体内部错综复杂的进气道和烟道，可以腾出大量空间用来改善居住条件，增设各种生活设施。同时舰员不再受气体和蒸汽鼓风机噪声的困扰。另外，核动力航空母舰不受能源的限制，舰上电力充足，空调效果好，电视图像清晰，各种自动化和智能化的生活设施应有尽有[6-7]，海水液化处理速度快、质量高，对舰上各种废弃物及生活垃圾的处理也更加符合环境保护的要求，因此核动力航空母舰的生活设施条件舒适性大为提高，对长时间在海上游弋的舰员来说，可以起到安定军心，并激发全体舰员的工作热情和作战效能的作用。

2.2.3 有利于舰载机的起降

固定翼舰载机在航空母舰的飞行甲板上起降时，需要航空母舰逆风高速行驶，以提供必要的相对风速。垂直起降的舰载机在起降时，需要航空母舰不断改变航速，以保持微弱的合成风速。核动力航空母舰既能实现高速航行，又能频繁调整航速，从而可以充分满足各类舰载机起降的需要，大幅提高了舰载机的作战能力和航空母舰编队的机动能力[8-9]。

3 采用核动力装置对航空母舰作战方式的影响

3.1 有利于实施远洋作战与全球战略部署

核动力航空母舰具备较强的远洋机动能力。一旦发生地区危机和地区冲突以及其他突发事件，核功力航空母舰将能在海上保持不间断、长时间的高速航行，中途无须补充燃料，可以以最快的速度驶往全球任何海域和沿海地区，远离本国独立执行作战及其他任务。以“企业”号核动力航空母舰战斗群为例，其一昼夜可航行700 n mile，并能以此速度长时间航行，可以在海上持续活动数月。同时，续航力的提升大幅扩展了航空母舰及其战斗群的战术攻击范围，并增强了攻击效果，在有严重威胁的海域具有更强规避风险的能力。就该方面而言，核动力航空母舰是国家进行全球部署和远洋作战的最佳战略使用力量。

3.2 具有更强大的综合作战能力

核动力航空母舰的另一项优势是其综合作战能力更强。常规动力航空母舰装置的汽轮机及其进气排烟通道结构复杂、体积庞大，不但会占用舰体的大量空间，而且还会降低舰体的结构强度。常规动力航空母舰通常面要装载约8 000 t 舰用燃料，又占去了大量宝贵的舰体空间，使航空母舰存放武器及提升作战能力的空间相应缩小，降低了打击威力。核动力航空母舰用核反应堆提供强大的动力，由于未采用进气和排烟的结构，也无须携带大量燃料，其燃料体积几乎可以忽略不计。由此节省下来的舰体空间可以装载更多的作战兵器和武器，搭载更多的舰载机，携带更多的巡航导弹等。因此，核动力航空母舰的攻击威力更大，防卫能力也更强。

3.3 减轻了对后勤保障的依赖性

航空母舰的主要突击力量是舰载航空设备。常规动力航空母舰由于动力装置存在一定极限，使得航空母舰的排水量不宜过大，从而使其所能携载的舰载机和舰载机需要的航空燃油相对较少，相应各种武器弹药的数量也较少，使得航空母舰需要补给的次数增加，加大了对后勤保障的依赖性。而核动力航空母舰通常可携载10 000 t 航空燃油，比常规动力航空母舰多出约80%；同时可多携载3 000 t 航空弹药，比常规动力航空母舰多50%；常规动力航空母舰所载的航空燃油通常能保证其舰载机持续作战8昼夜，而核动力航空母舰所载的航空燃油通常能保证其舰载机持续作战20 昼夜。因此，核动力航空母舰能维持更长时间的战斗，且无需频繁地进行再补充，从而减轻了后勤供应的负担，减少了对基地的依赖。

3.4 彰显强大武力，实施军事威慑

由于核动力航空母舰的攻击力和威慑力明显高于常规动力航空母舰，故其已成为以美国为代表的发达国家在海外的重要武力体现，并以此实施战略威慑。正如上文所述，核动力航空母舰携带的武器和弹药数量较多，一且出现危机或者发生地区冲突，核动力航空母舰能快速抵达目标海域，并能长时间地在该海域执行巡逻、警戒及威慑任务。核动力航空母舰战斗群能在世界各大洋的任何海域进行有效的活动，并能使用常规武器和战术核武器，有效地控制局部海域，夺取和维持制空、制海、制潜和制信息权。因而无论是在战争时期还是在和平时期，无论是从战略上还是战术上，核动力航空母舰均为一类理想的威慑工具。

4 结论与展望

蒸汽动力装置、燃气轮机动力装置等均有着其技术优势及相应弊端。常规蒸汽动力装置技术较为成熟，但考虑到机动性等因素，目前正逐步让位于燃气轮机动力装置。而燃气轮机动力装置尽管性能优越，但其仍会对航空母舰甲板布置形式、舰载机弹射方式起到一定影响。由于核动力航空母舰有着显著的优势，围绕其而进行的研发及制造工作有着重要而急迫的意义。但考虑到当前的技术水平及成本需求，世界上大部分国家在未来一段时间内仍会以常规动力航空母舰作为主要发展目标。