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1 # 聯合防務
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2 # 兵器瞭望臺
核潛艇上的反應堆理論上是不能用在航母上,因為功率不匹配,但是要強行用也是可以,就是會出現功率不足的問題。法國海軍就出現這樣的問題,戴高樂號航母使用的反應堆就是K-15一體化壓水堆裝置,從核潛艇上拿過來的。
結果發現功率太低,戴高樂號的最大速度最多27節,沒有達到30節以上的速度,與美軍航母相比最大速度差了3節以上。
法國海軍戴高樂一直存在這個問題,全部是靠美製C-13彈射器的發揮才勉強起飛艦載機,不然的話陣風戰鬥機起飛都是一個問題。所以核潛艇的反應堆不能直接拿來放在航母上使用,核潛艇排水量一般是大幾千噸,航母動輒4至5萬噸,完全不是一個概念。
航母的核反應堆還是要艦用的,重新研發,比如尼米茲級的反應堆就是雙堆設計,就兩個堆,比企業號的8臺A-2W節省了很大的空間。
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3 # 科羅廖夫
如果中國未來的核航母直接使用目前的093/094核潛艇的反應堆,那需要安裝十幾臺反應堆才行。核潛艇的反應堆用在航母上的效果比較差,主要困難是單臺反應堆的功率不足,例如法國戴高樂號核航母,採用了兩臺K-15壓水堆,單堆軸功率只有區區4.5萬馬力,因而戴高樂號航母的最高航速只有27節。因為反應堆功率不足,戴高樂號航母一度被外界譏諷為世界最慢航母。
蘇聯研製的烏里揚諾夫斯克號核動力航空母艦,滿載排水量達8萬噸,配裝了4臺基洛夫級核動力巡洋艦所用的KN-3核反應堆核,單臺堆功率只有5萬馬力,4個核反應堆總功率20萬馬力,動力也嚴重不足,最大航速只有25節,還不如法國的戴高樂號。
美國第一艘核動力航空母艦“企業”號所採用的第一代A2W航母用反應堆,也是專門設計的,是真正實用化的艦用反應堆。但是,這個反應堆是在美國海軍S5W核潛艇反應堆技術基礎上研製工作,輸出功率只有3.5萬馬力。為了保證“企業”號所需的28萬馬力,航母不得不採用了多達8座該型反應堆,致使艦體的中部空間幾乎被完全佔據,而該艦的艦身長度也達到了至今無人打破的342米。
為了減少反應堆數量、提升單個反應堆輸出功率,美國緊接著研發了A3W,輸出功率最高可達7萬馬力,只需4臺便可滿足“企業”號28萬馬力的需求。但為了降低成本,美國海軍要求新一代核動力航母只能裝備2座反應堆。因此又研製了第三代A4W反應堆,單臺輸出功率高達13萬馬力,最終裝備到“尼米茲”級核動力航母上。
從1975年開始服役的的尼米茲級核航母,排水量高達9.9萬噸,採用2座A4W反應堆,每臺軸功率為14萬馬力,總功率為28萬馬力,澎湃的動力保證了尼米茲核航母的最大航速可以跑到32節。
由美蘇法三國建造核動力航母的歷程看,大型核動力航空母艦必須要研製專用的核反應堆,而功率較小的潛艇用反應堆不適合用在航母上。
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4 # 和風漫談
核動力航母,是我們大家一直期待和關心的核心裝備。目前世界上只有美國、法國有核動力航母,而擁有核潛艇的卻有中、俄、美、法、英、印等多個國家。
潛艇核反應堆能放大移植到航母上使用嗎?答案是可以,但效果非常差。美、法兩國都做過嘗試,說起來都是眼淚。
核潛艇、核航母反應堆從原理上來說是相同的,都是成熟的壓水反應堆。高壓輕水從反應堆一回路中帶出熱量,在蒸汽發生器中變成高溫高壓蒸汽,推動汽輪機做功。
上世紀50年代,美國第一艘核動力航空母艦“企業”號,使用由核潛艇S5W反應堆基礎上發展來的A2W反應堆。因單堆功率太小(35000軸馬力),所以裝了8臺才將功率堆到28萬馬力。
當然,1臺大功率發動機和8臺小功率發動機並聯效果肯定不一樣。每一個反應堆都需要冷卻輸出管路,各堆間還存在配合聯動問題。8個反應堆佔了大量空間,浪費大量噸位,將企業號航母撐的又大又長,效果還一般。
▲“企業”號航母
所以美國只造了一艘就放棄了,轉而加大單堆功率。到第3代A4W反應堆,功率達到13萬馬力。在“尼米茲”上裝了2臺,26萬馬力讓10萬多噸的航母飆到32節。
法國也這樣幹過。“戴高樂”號航母裝備與“凱旋”級戰略核潛艇相同的k-15反應堆,單臺功率41500軸馬力。本應多裝幾臺,但造價太貴錢不夠只裝了2臺,導致航母先天心臟病,最大航速才25節,艦載機起飛都吃力。功率、航速甚至趕不上前一代“克萊蒙梭”級常規動力航母(12.6萬軸馬力,32節)。
▲“戴高樂”號航母
潛艇反應堆不能簡單移植到航母上原因眾多:
1、單堆功率小。潛艇受耐壓殼限制內部空間小,反應堆尺寸小功率也小。
“洛杉磯”S6G反應堆3.5萬馬力;“海狼”級S6W反應堆5.2萬馬力;“俄亥俄”級S8G反應堆功率最大,也不過6馬力。放到尼米茲航母上要4~8臺,數量越多結構越複雜,故障率越高,維護越複雜。誰家的航母也不想天天大修吧。
▲法國“凱旋”級核潛艇K-15反應堆艙段
2、反應堆發展方向不一樣。
潛艇強調隱蔽性、靜音性,反應堆首推自然迴圈。核潛艇有三大噪聲源:一回路主泵、減速齒輪箱、螺旋槳。
自然迴圈技術,讓核潛艇低速巡航時,不開主冷卻泵也能透過迴圈將熱量帶出來,噪聲大大降低。為提高迴圈效率,美英潛艇採用緊湊分散佈局,法國潛艇則採用一體化佈置。一體化反應堆取消管路,蒸汽發生器納入壓力容器內,體積小,迴圈效率更高。
▲一體化反應堆
但航母不考慮靜音,也不在乎一體化設計,人家需要能長時間運轉,大功率輸出反應堆,為艦載機提供支援。和潛艇反應堆的發展方向完全不同。
3、潛艇水下巡航多,工況變化小,反應堆低功率時間多。航母在水面航行,環境複雜,經常要全功率執行。
核潛艇反應堆輸出飽和蒸汽,蒸汽引數低,K-15堆蒸汽壓力2.5Mpa。而航母需要高壓過熱蒸汽,尼米茲航母的過熱蒸氣壓強達8.45Mpa。
4、核燃料更換是大問題。
核燃料更換時間與堆芯設計、燃料富集度有關。美英俄等國新一代核潛艇已基本實現“艦堆同壽”,服役期間無需更換。法國反應堆燃料富集度低,k-15反應堆每10年左右就要更換燃料。
航母噸位大,燃料消耗多。除“福特”級航母外,其餘航母都要定期換燃料,“尼米茲”航母約13年換一次。
換核燃料可不像加油那麼簡單,要將反應堆壓力容器拆開,潛艇耐壓殼拆除,才能用專業裝置更換。
危險不說,時間還很長,核潛艇要3~5個月(加上排隊要1年),“尼米茲”換燃料加檢修長達35個月。“林肯”號航母換一次燃料,足足折騰了4年多才重新服役。
這還是航母專用堆,如果是N臺潛艇反應堆,那維護保養、更換燃料工作量可就大到不可想象了。所以美、俄艦用反應堆都是分開的,各自朝向不同的方向發展。
目前,壓水反應堆仍是艦用反應堆主流。等未來高溫氣冷反應堆、離子反應堆成熟後,艦用反應堆可以做得更小更安靜,效能更高,推動核潛艇、航母更快發展。
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5 # 雛菊西瓜Peterpan
核潛艇堆用在航空母艦上不是說“能不能”,只是“適不適合”而已。如果非要用也不是不可以,只是不太盡如人意而已。下圖為“企業”和“戴高樂”的在2001年5月16日在地中海編隊
網上一直流傳著“核潛艇堆根本不能用在航空母艦上”,並且把25節航速的法國“戴高樂”號核動力航空母艦為例。但是你們為什麼不拿美國“企業”號當例子呢?美國的“企業”號採用的是A2W型核反應堆(單臺3.5萬馬力),是以S5W潛艇用核反應堆基礎上發展而來的,“企業”號最高航速可以達到37節,並且足夠驅動4條蒸汽彈射器的工作。為什麼法國的“戴高樂”號就不行呢?因為法國裁減了“戴高樂”的核反應堆數量,原本“戴高樂”計劃使用3臺K15潛艇用反應堆(單臺4.1萬馬力),也就是設計輸出功率達到12萬馬力以上(“克萊蒙梭”級就達到12萬馬力的功率,可以達到32節航速),對於4萬噸的航空母艦來說這個動力應該說足夠了。然而問題就是因為經濟問題裁減了1座K15反應堆,這樣輸出功率降到8萬馬力,所以就出現了動力不足的情況。說白了,“戴高樂”造成今天這個局面是因為堆數量不夠用。所以,核潛艇堆不是不能用在核動力航空母艦上,如果想用那麼用著也不是不可以。下圖為“戴高樂”K15反應堆
對於航空母艦的動力來說,關鍵就是能不能達到需要的輸出功率,只要能達到預定輸出功率那麼你用什麼那是另一回事,用燃油鍋爐也可以。比如上面提到的“戴高樂”號,他的設計是12馬力,最終是8萬馬力,也就是說從根本上就沒達到設計要求,至於用3座4萬馬力的堆還是2座6萬馬力的甚至1臺12萬馬力的堆其實都可以。再比如“企業”號,單堆功率小那麼就用數量來湊,8臺3.5萬馬力的A2W堆可以達到28萬馬力的輸出功率,用起來綽綽有餘。所以能不能用關鍵就是在實際能不能達到設計要求,如果能達到那麼就能用,如果不能達到那麼就是有缺陷,哪怕專門設計的航空母艦用堆只要達不到要求那麼也是“白瞎”的。下圖為“福特”級裝備A1B反應堆
當然了,我開頭也說了:能不能用是一回事,適不適合是另一回事了。核潛艇堆移植到航空母艦上確實能用,但是不一定就是最適合的:
1.單堆過於吃力,降低壽命。核潛艇的噸位通常都控制在2萬噸以下,上面提到的K15核反應堆是用在法國“凱旋”級戰略導彈核潛艇上的,而“凱旋”只有不到1.5萬噸的水下排水量。這些潛艇用核反應堆推動這些“小不點”還算遊刃有餘,但是推動數萬噸的航空母艦就顯得很吃力了,最終只能靠數量來堆總功率。單堆長期在這種高負荷的情況下工作也對壽命或多或少有影響。
2.佔用空間過大,浪費噸位。上面提到了單堆功率小隻能用數量來湊,“企業”號使用了8臺A2W型核反應堆達到設計指標,但是這麼多核反應堆佔據了大量的艦體空間,嚴重壓縮了航空燃油、彈藥的攜帶量。艦體本身為了遷就這8臺核反應堆也進行了專門設計,“企業”號的長度達到了342米,到現在為止仍然是世界上最長的航空母艦。這種噸位和空間上的浪費有點“得不償失”。
3.故障率高且維護時間長。一般來講數量越多可靠性越差,8臺反應堆都需要各自專門的冷卻系統,再進行並聯或串聯,這種複雜結構無疑增加故障機率。而核動力航空母艦每次大修都需要對核燃料進行更換,這會增加維護時間和維護成本。
其實航空母艦堆和潛艇堆追求的方向不同,在設計上自然不太適合互換。潛艇堆一方面是受到潛艇內部空間的限制,對反應堆大小和功率限制住了。另一方面是噪音,因為反應堆一回路迴圈泵的噪音是潛艇重要的噪聲源,所以核潛艇堆設計的時候對噪音控制非常苛刻。但是航空母艦堆追求的功率和持續工作時間,對噪音不需要講究太多,空間也沒有核潛艇那麼緊張,所以直接拿來用其實不太合適。下圖為“海狼”級動力艙段,使用的S6G反應堆4萬馬力,不及“尼米茲”級的A4W的三分之一
所以在航空母艦核反應堆上,美華人在建造了“企業”號之後就放棄了直接用潛艇反應堆作為航母動力。在之後的“尼米茲”號航空母艦設計中,美華人最開始計劃使用4臺核反應堆,但是最終實際只用了2臺A4W壓水堆,單臺功率達到13萬馬力。之後的“福特”級也是2臺13萬馬力的A1B壓水堆。下圖為紅框的就是“企業”的A2W反應堆和“戴高樂”的K15反應堆,藍框的是美國發展的專用航空母艦堆
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6 # 皇家橡樹1972
核潛艇的反應堆是可以用在航空母艦上的,比如:圖片上的法國海軍“戴高樂號”航母,但是將潛艇反應堆用在航母上面是投機取巧的做法,不但航空目前的航速被嚴重降低,也連帶著航母總航里程大幅度下降,後果就是不到十年就得更換核反應堆的燃料棒!
核動力航母的反應堆不同於核潛艇的反應堆,要求功率是很大的,而核潛艇的反應堆用在航母上功率輸出根本不夠!歷史上第一艘核動力航母“企業號”使用的A2W型反應堆,就是當時“華盛頓級”核潛艇所使用的S5W反應堆改進而成,但在計算總功率的時候需要安裝八座才能滿足要求,由於“企業高”是帶有實驗性質的航母,美軍咬牙將八座反應堆安裝進去。圖片上就是“企業號”航母所用的A2W反應堆,結構設計比較簡單,就是一座“清水反應堆”而且燃料棒的U235含量在35%,遠低於1990年代後的全壽命反應堆的93%以上。
雖然八座反應堆是安裝進去了,總功率也達到設計要求了,但是過多數量所帶來的安全問題、維護保障問題、使用費用問題讓美國海軍頭疼不已!“企業號”的一生都很少參加美國海軍的軍事行動,因為使用費用遠高於“尼米茲級”核航母和“小鷹級”常規航母。退役後等待拆解的“大E”,據說要耗時10多年,八座核反應堆的處理實在是難上加難的問題!
“企業號”的不堪用讓美國海軍痛定思痛,在“尼米茲級航母”專案時,單獨研製了A4W型核反應堆,總體效能大大的超越了A2W,設計更加的複雜和緊湊,僅用兩座就實現與企業號總功率相當!而且在1990年代中期建造的幾艘更是使用武器級的核燃料棒,基本上達到了“全壽命”,使“尼米茲級”幾乎在整個服役期內不用開膛破肚的去更換核燃料。
“尼米茲級”所用的A4W反應堆的結構圖,其先進性遠超“企業號”所用的A2W。
法國海軍當初上馬“戴高樂號”航母的時候軍費開資是遠遠不能和美國海軍相比,沒錢還要“有架子”,由於艦用“核反應堆”法國沒有絲毫的經驗(美軍除了核航母之外,還有多型核巡洋艦,這就給水面艦艇的反應堆設計積累了不少的經驗)加之研製費用巨大,法國只得使用“凱旋級”戰略核潛艇上的反應堆,移到“戴高樂號”上充數。
其實“凱旋級”所使用的K–15是先進的核反應堆,但“凱旋級”的排水量在16000噸,而“戴高樂號”排水量4萬噸,即便是使用了兩座K–15也沒使它的航速提高,反而是經常性的輸出最大功率使得核燃料棒消耗太快,本來設計的是10年左右,理論上夠“凱旋級”用一輩子,但是到了“戴高樂號”上只能用7年時間!由於反應堆輸出功率低,“戴高樂號”沒有實現27節的最高航速,只能維持在25節,航速低起不到多大的“甲板風”,艦載機起飛需要彈射器釋放出最大蒸汽量才能將“陣風”滿負荷彈射。
總之,從“企業號”和“戴高樂號”使用了戰略核潛艇用反應堆的效果來看,實在是不盡如人意!看來想要“投機取巧”確實不行,武器裝備就是這樣,你“糊弄它”,它最終發揮的作戰效能就會很差。
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7 # 核先生科普
我來回答,看完本文就明白了。反應堆並沒有規定必須用在航母上或者核潛艇上,只是研究人員根據核反應堆的出力、工作環境等引數來評估一具核反應堆適不適合安裝在航母上,現實中有將核潛艇用反應堆直接搬上航母的例子,法國的戴高樂號已經透過實踐證明了這種行為的不可取性。
圖釋:法國戴高樂號航母
當年法國為了節約經費,並沒有研究專門的航母反應堆,將兩座K15核潛艇用反應堆直接搬上了航母,結果航母一出生,就患上了先天性“心臟病”,速度不能太快,最多達到25節,連常規航母速度都達不到。而且幾乎是三年出海,兩年大修。
核潛艇反應堆不能直接用在航母上,主要原因就是出力不足。核潛艇的排水量較小,核動力反應堆的功率也相對較小,一般5萬馬力左右,如美國洛杉磯級核潛艇3.5萬馬力,海狼級5.2萬馬力,俄亥俄級6萬馬力,核動力航母則大的多,美國企業號航母大約為28萬馬力,尼米茲動力航母軸功率大約為26萬馬力,這是因為尼米茲級航母使用的反應堆數量減少為2座,輸出功率無法做到28萬馬力。
法國海軍將兩座K15反應堆搬上航母后,戴高樂號出力只有7萬馬力,相當於小馬拉大車,明顯吃力。
反應堆的功率為啥不能做的更大了?反應堆的功率受到兩個制約因素,一個是反應堆的形狀體積、另一個是核燃料成分,如濃縮度。
核潛艇上的空間相對航母要小得多,反應堆體積要小,對於反應堆的出力要求也不高。為了減少噪聲,儘量採用自然迴圈,減少主泵的執行時間,功率輸出密度不需要很大。反應堆體積和燃料的濃縮度都是制約反應堆功率的因素。
圖釋:臨界計算涉及的引數材料和形狀。
航母對於空間和噪聲沒有潛艇要求高,但是也不能將潛艇用反應堆等比例放大後直接利用,如果將反應堆體積增大,就相當於設計了一個新的反應堆,核燃料的裝料量以及富集度就需要重新計算,還需要重新試驗,需要漫長的週期。
可以透過多安裝反應堆來彌補單個反應堆動力上的不足嗎這個方法應該很多人想到了,一個反應堆設計出來後其最大功率已經確定了,功率不足,數量來湊,但實際上多安裝反應堆不是容易實現的。
首先,多安裝反應堆必然會帶來成本上的增加,還會增加後期維護費用,核動力航母三次維護的費用可以新建一艘航母。
圖示為核電反應堆和蒸汽發生器,航母用堆和這個類似,只不過體積更小,結構更為緊湊
其次,加入一座反應堆配置3具鍋爐(蒸汽發生器),如果採用四座反應堆就有12具鍋爐,如何平衡各個蒸汽發生器內蒸氣的產生量又是一大難題,增加了工程上控制系統的難度,並不一定能克服此項技術難關,因此實現起來有難度。
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8 # 千里尋豬
理論上可以,實際航母反應堆要求更高。主要是航母反應堆對功率要求更高,其次寸土寸金,對緊湊性要求更高。最後體型巨大,很容易被敵方發現並打擊,對安全性要求也更高。
另外,雖然核航母有很多優點,可是缺點也很明顯就價格昂貴,使用維護成本也高。相對常規航母更經濟實惠,所以是否使用核航母,不僅僅是技術問題,還包含經濟問題。
回覆列表
能用在航母上,法國的“戴高樂”號航母用的就是2座凱旋級戰略核潛艇的K-15核反應堆,每座熱功率150兆瓦。但是反應堆本身不能用來直接驅動推進軸,而且反應堆的熱效率比較低,所以和蒸汽輪機配合,實際能夠用於最終驅動推進軸的軸功率只有61兆瓦,也就是82000軸馬力,這對於4萬噸級的航母來說,功率太小了,所以“戴高樂”號的最大航速只有27節。
雖然增加反應堆的數量也能讓軸功率達到比較滿意的程度,例如美國的“企業”號航母但年就裝了8座A2W反應堆,但是這樣會帶來核動力系統的複雜化。所以,這種做法對於航母來說並不可取。所以美國尼米茲級核動力航母就採用了2座A4W反應堆,每座熱功率550兆瓦,這樣2座反應堆最終轉換成可用於推進的總軸功率達194兆瓦,相當於26萬軸馬力,這是“戴高樂”號航母遠遠無法相比的。
所以,現在要發展核動力航母,必須研製專門的艦用反應堆,而不能用核潛艇的反應堆去湊合。(S)