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燃气轮机独具优势,中国能从英航母学到什么

时间:2019-11-16 08:56来源:中国军情
上周五,英国最大航母“伊丽莎白女王”号下水。满载排水量6.5万吨的“伊丽莎白女王”号是为数不多的在近10年开工建造的航母,在一些方面也代表了中型航母的发展方向。可以预测

  上周五,英国最大航母“伊丽莎白女王”号下水。满载排水量6.5万吨的“伊丽莎白女王”号是为数不多的在近10年开工建造的航母,在一些方面也代表了中型航母的发展方向。可以预测的是,中国如果发展国产航母,也很可能从中型航母开始突破。那么,“伊丽莎白女王”号对中国航母的发展有什么启示?中国能不能从它身上得到一些借鉴呢?

    英国最大航母,先进又实惠

  舰载机与起飞方式

  己发明的滑跃甲板,带本国“血统”的舰载机,独具优势的燃气动力

  “伊丽莎白女王”号航母采用了滑跃甲板,这一点和中国航母辽宁舰非常相似。但不同的是舰载机。从“鹞”式开始,英国海军就一直使用短距起飞/垂直降落(STOVL)战斗机。在英阿马岛战争中,“鹞”式也在空战中取得21∶0的骄人战绩。而滑跃甲板与STOVL战斗机堪称绝配,能够充分发挥后者的最大潜能,允许其满载起飞。相比之下,目前的常规舰载机,使用滑跃甲板却会限制战斗力。以苏-33为例,该机在陆上跑道起飞,最大起飞重量达到33吨,而在舰上起飞,最大起飞重量只有26吨,也就是说舰上起飞会少载7吨油和弹药,不能完全发挥作战潜力。

  张亦驰

  如果中国海军打算让辽宁舰的经验能够适用于未来的国产航母,那么国产航母将非常可能从滑跃甲板起步。基于此,有一种观点认为,中国应该发展类似“鹞”或者F-35B的STOVL飞机,这样才能发挥滑跃甲板的优势。但是有专家认为,这是削足适履之举。

  7月4日,英国迄今为止最大航母“伊丽莎白女王”号下水,这让英国皇家海军异常振奋——即将结束“30多年无新航母可用”的窘境。这艘航母除名字颇具英国特色外,在舰载机的选择、航母甲板形式以及动力系统等关键技术方面,处处彰显着它的英伦范儿。

  和常规战斗相比,采用相同技术的STOVL战斗机在飞行性能上会逊色一截。F-35B也逊色于F-35C和F-35A。这样,虽然滑跃甲板能充分发挥STOVL战机的性能,但是这种性能是已经降级的性能。另外,尽管性能比常规飞机要差一些,但STOVL战机在技术要求上却要比常规飞机更为复杂。另外,这种飞机不易操纵,事故率高。“鹞”的事故率高出传统战机一个数量级,印度引进的“鹞”战斗机几乎因事故损失殆尽。

  滑跃甲板:英国的发明

  中国海军专家李杰6日接受《环球时报》记者采访时表示,英国这艘航母在这个吨位的航母设计、建造上有独到之处,将滑跃甲板的性能发挥到了极致,但这对于他国的航母建造借鉴意义不大,中大型航母的未来发展不一定会采用短距起飞、垂直降落模式,大国要走向中远海,还是要发展弹射起飞系统,这样才能满足大规模海战夺取制空权的需求。

  “伊丽莎白女王”号航母满载排水量达到6.5万吨,其飞行甲板长280米,最宽处达73米,已非常接近美国的“尼米兹”级核动力航母。该航母一条长162米的跑道位于舰体左侧,为滑跃式起飞模式,跑道上翘角度达到12度,与俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母的上翘角度相同。

  核动力还是常规动力

  当初,英国曾考虑过使用普通倾斜甲板加弹射器和拦阻索的方案,但最终英国国防部还是决定采用滑跃式甲板。因为最早的滑跃甲板就是英国人发明的,他们对此情有独钟。1973年,英国海军中校道格拉斯·泰勒发表论文,提出飞机在上翘的斜坡面上进行滑跃起飞的概念。英国皇家空军研究院经过多年研究,于1976年完成了陆上原型的建造。1977年和1978年两年间,英国共利用“鹞”式战机进行了400多次起落试验,甲板上翘角度范围为6—17.5度。1978年,英国皇家海军在所造的“无敌”号航母前段建了一个角度为7度的滑跃甲板。试验表明,该滑跃甲板可使飞机的载荷增加20%,或在同样载荷的情况下,使滑跑距离缩短40%。后来,英国改造“竞技神”号航母时,滑跃甲板采用了12度角,达到最佳效果。

5197.com新浦京,  “伊丽莎白女王”号航母满载排水量达到6.5万吨,仍然选择了常规动力。它应该算是除核动力以外,动力最先进的中型航母。其动力装置为两台单机功率36MW的罗·罗MT30燃气涡轮、两具单机功率11MW级的Wartsila 16V38B柴油机以及两具单机功率9MW级的Wartsila 12V38B柴油机。

  滑跃起飞型航母在舰艏的结构布局上有两种形式,一种是滑跃甲板占据整个舰艏甲板,如俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母;另一种是滑跃甲板只占据舰艏甲板的一部分,如“伊丽莎白女王”号航母。前者的好处是可设置两条起飞跑道,可增加舰载机的出动率;后者虽只有一条起飞跑道,但可用“空地”增加舰载机的数量。英国的滑跃甲板通常选择后者。因此,从这个角度上看,“伊丽莎白女王”号有着典型的英国特点。

  纯粹从技术角度看,核动力应该说最具优势,比如,其具备几乎无限的航程,不需要消耗大量油料,对补给依靠较小。但它的问题在于技术复杂,造价昂贵。英国选择柴燃联合动力则是出于本国的技术优势以及预算的限制综合考虑。李杰认为,英国新航母的动力装置采用常规动力,一方面是因为预算限制,更主要是因为英国燃气轮机技术世界一流。该级航母的整体作战性能虽然没法和美国核动力航母媲美,但在这个级别的中大型航母中,也是非常优秀的,能最大限度满足英国的作战需求。但燃气轮机在高速行驶时很耗油,而且他国很难短时间内达到英国的技术水平。因此,发展中大型航母,特别是多艘航母,核动力的模式将是一条积极而有效的道路。

  事实上,弹射器与拦阻索也是英国人发明的,但后来基本上被美国人发扬光大了,以至于现在只有美国能够生产。当然,英国选择滑跃甲板,更重要的原因是出于成本和作战需求考虑,其建造技术难度相对较低,且风险小、费用少。

  国情不同选择不同

  舰载机:英国的基因

  对于考虑研制国产航母的中国而言,学习其先进设计是非常必要的。但是在短时间内将“伊丽莎白女王”号的某一项先进技术移植到国产航母上恐怕很难,可能也没有必要,比如说先进的F-35B战斗机、大功率燃气轮机动力装置等等。对于中国而言,与其学习“伊丽莎白女王”号航母上的某一项技术,不如学习这种“基于国情”的设计理念。

  航母的战斗力主要取决于舰载机的性能和数量,所以舰载机的选择对于一艘航母起着至关重要的作用。通常情况下,在设计新航母时,选择舰载机与选择航母甲板形式是个同步一体的过程,选择了航母甲板形式,也就决定了舰载机类型。

  可以说,“伊丽莎白女王”号就是基于本国的资金、技术、需求多方面权衡妥协的结果。从动力装置来看,英国应该具备为该航母研制核动力装置的能力,但是英国的军事预算有限,另一方面,罗·罗公司研制的舰用动力非常成熟可靠。选用舰载机也体现出这一点,英国海军拥有使用STOVL战机的传统,而且使用这种战机能够省去昂贵的弹射器和拦阻系统。

  “伊丽莎白女王”号航母选择了美英联合研制的可“短距离起飞和垂直降落”的F—35B战斗机作为舰载机。F—35B有显著的英国基因——英国虽然不是唯一一个研制短距离起飞和垂直降落飞机的国家,但是却是第一个装备这种飞机的国家。从“鹞”式战机开始,英国航母就一直使用“短距离起飞和垂直降落”战机。在1982年英国与阿根廷的马岛战争中,“鹞”式战机就在空战中取得了骄人战绩。现在很多国家的“短距离起飞和垂直降落”飞机,都是从英国购买的。就连美国的AV—8B战机,也是在“鹞”式战机的基础上研制而成的。同样,英国公司参与的F—35B战机研制,更是将“短距离起飞和垂直降落”的“血液”注入了其中。

  一名不愿透露姓名的中国军事专家6日接受《环球时报》记者采访时表示,以英国的技术底子,如果努把力发展核动力航母并非不可能,但英国考虑的不只是舰艇性能最优,而是从综合最优考虑,并最终取得综合最不坏的结果,这种务实的态度值得中国在未来航母设计、建造中借鉴。同时,英国新航母的舰体预留了很大的后期改造空间,这个也值得我们注意。

  实际上,英国选择舰载机时确实费了不少脑筋。毕竟,对于排水量高达6.5万吨的大中型航母而言,选择的余地很多。法国4.5万吨级的航母,都可使用“阵风”这种常规起降战斗机,而印度的“维克拉马蒂亚”号航母、俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母以及中国的“辽宁”号航母都采用的是常规起降的舰载机。当时,除F—35B以外,候选机型还包括欧洲的“台风”战机、法国的“阵风”战机以及美国的F—35C战机。

  有一种看法认为,和常规战机相比,采用“短距离起飞和垂直降落”技术的战机在飞行性能上会逊色一些。以F—35B为例,它在座舱后部的机身上安装了一个大型的升力风扇,通过传动轴与发动机联动,主要在起飞时提供垂直的升力。但是起飞后该风扇就用不上了,而且还占用不少空间。因此,舰载F—35B在机动性等方面都比不上于空军型的F—35A和海军型的F—35C。

  另一方面,“短距离起飞和垂直降落”战机在技术要求上要比常规飞机更为复杂,且不易操纵,事故率高。“鹞”式战机的事故率高出传统战机10倍以上,印度引进的“鹞”式战斗机因事故几乎损失殆尽。

  但是,“短距离起飞和垂直降落”战机与滑跃甲板则堪称绝配,滑跃甲板可充分发挥该型战机的最大潜能,支持其满载起飞。相比之下,目前的常规舰载机若使用滑跃甲板,其战斗力就会受到限制。以苏—33为例,该战机在陆上跑道起飞,最大起飞重量达到33吨,而在舰上起飞,最大起飞重量只有26吨,不能完全发挥其作战潜力。

  “伊丽莎白女王”号航母最终选择F—35B的原因是多方面的,但有一点尤其重要,那就是英国海军多年来已经形成了一整套操作“短距离起飞和垂直降落”战机的程序和经验。另外,它是智能化的第五代战机,英国飞行员试飞后的感觉是“先进、好用”。

  燃气轮机动力:英国的优势

  作为大中型航母,“伊丽莎白女王”号在动力方面也可有多种选择。从技术角度讲,最好的当然是核动力。美国“尼米兹”和“福特”级都使用了核动力,此类航母具有近乎无限的航程,不需要大量专用油料,可为航母节省大量空间,减少了后勤保障需求。但其技术复杂,造价昂贵。另一种可行的方案是采用普通的蒸汽轮机作动力,美国已退役的“小鹰”级、俄罗斯的“库兹涅佐夫”号、印度的“维克拉马蒂亚”号和中国的“辽宁”号航母均使用蒸汽轮机。这种动力的技术相对简单,但不足是需要大量的高压管路输送蒸汽,热效率低,维护的工作量巨大,而且体积庞大,需航母携带大量重油,目前稍显落伍。

  英国的罗·罗公司是航舰动力界的“大腕”,其研制的舰用燃气轮机非常成熟可靠。所以,“伊丽莎白女王”号基于国情抛弃了核动力和蒸汽轮机动力,而选择了先进、经济的综合全电力推进方式。简而言之,这种动力就是先用燃气轮机和柴油机发电,再带动电动机,驱动大型螺旋桨。这种方式省去了复杂的减速器,使动力效率更高,非常便于控制航速,是航母未来发展的重点方向。具体到“伊丽莎白女王”号上,其动力装置为两台单机功率均为36兆瓦的燃气涡轮、4台单机功率均在9兆瓦以上的柴油机,总输出功率达到110兆瓦(1兆瓦等于1000千瓦)。

  选择这种动力,也是对航速进行精密计算后的结果。美式航母的航速一般在30节以上,以便形成足够的“甲板风”帮助舰载机起降。F—35B舰载机采用“短距离起飞和垂直降落”,对甲板风和航速要求降低。因此,“伊丽莎白女王”号航母最高航速设定为26节。另一方面,航速低,也简化了舰体结构,降低了舰体费用。

  综上所述,“伊丽莎白女王”号航母的整个设计建造过程,就是基于本国的经济情况、技术特色以及作战需求多方面权衡的结果。

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