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1 # 老鷹航空
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2 # 星辰大海不是你
核動力航母的動力工作原理:反應堆——高壓蒸汽迴圈系統——汽輪機——發電機或變速齒輪系統——大軸——螺旋槳來完成推進。
詳細來說就是,核反應堆產生熱量,熱量用來在鍋爐中燒開水蒸汽,帶動蒸汽輪機運轉,再帶動螺旋槳。
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3 # Latosolicredasfir...
一句話說明,換著花樣燒熱水——
核反應堆在裂變反應中會釋放能量,直接提現就是熱量。用熱量燒開水,水蒸氣推動蒸汽輪機,帶動螺旋槳
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4 # 和風漫談
現代船舶推進動力有柴油機、蒸汽輪機、燃氣輪機、柴-燃混合、柴電動力、核動力等。其中核動力具有功率大、航程近似無限等很多優點,在航母、核潛艇和破冰船、科考船上廣泛使用。
目前絕大多數船舶核動力都是壓水反應堆,用高壓輕水(純淨普通水)作冷卻劑和慢化劑,將熱量從反應堆一回路中帶出來。壓水反應堆成熟可靠,結構緊湊,非常適合船舶使用。
▲“戴高樂”航母的推進系統
核反應堆產生熱能,卻不能直接輸出機械能、電能(航天器上的同位素電池可以小功率轉換)。要驅動大型艦艇前進,還要有一整套轉化流程,從反應堆—高壓蒸汽迴圈系統—汽輪機—發電機、變速齒輪系統—主軸—螺旋槳推進。
1、核燃料在反應堆芯中裂變,釋放出熱中子和熱能。硼、鎘、碳化硼、銀銦鎘等材料製成的控制棒,可以吸收中子數量,控制裂變反應速度,最終影響螺旋槳功率。
2、輕水在1標準大氣壓下,溫度升高到100攝氏度就開始沸騰。而反應堆一回路中,輕水加壓到150標準大氣壓,溫度升高到343攝氏度也不沸騰。
水的比熱很高,能攜帶大量熱能,輕水在反應堆一回路中吸收大量熱能,然後在主冷卻泵驅動下到達到蒸汽發生器。
3、反應堆中有2個獨立迴路,相互隔絕避免輻射洩露。一回路的水從堆芯流過,有很強的輻射性,不能直接做功,必須透過熱交換器與二回路中的水熱量交換。這個過程中肯定有能量損失,但也沒辦法。
4、二回路的水加熱後成為過熱蒸汽,沿管道到達汽輪機。蒸汽從高壓噴嘴中噴出,推動汽輪機葉片旋轉,將熱能轉化成機械能。
▲核電站的熱能轉換模式
5、汽輪機轉速太快,還不能直接輸出到螺旋槳。要經過減速齒輪組減速,透過軸系輸出驅動螺旋槳旋轉。
大部分熱能轉換成機械能,一部分熱能透過汽輪機後面的電動機轉換成電能,供應全艦電器使用,還有一部分過熱蒸汽供蒸汽彈射器彈射飛機。
▲正在吊裝的減速器
▲“福特”號航母螺旋槳傳動軸系
隨著全電推進系統發展,人們也在積極嘗試將核能轉化成電能,將日常供電、電力推進、艦載武器裝置供電合而為一,用電動機驅動螺旋槳。
只是現在大型同步感應電機技術還不太成熟,所以在中小型艦艇上使用較多,在大型航母上還不行。英國“伊麗莎白女王”級航母以兩臺燃氣輪機+全電推進,航速只有25-27節,達不到航母30節的標準需求。
▲先進電機
另外航母以高速大功率執行時間多,動力系統利用效率高,對全電推進需求還不太迫切。
從熱能到機械能轉換中能量損失很大,美國“福特”級航母的A1B反應堆熱功率達650~700兆瓦,最終汽輪機軸輸出功率104兆瓦(28萬馬力),另外還有96MW用於發電。
綜上,經過蒸汽輪機、減速齒輪組的一系列轉化,核反應堆的熱能最終變成機械能和電能,驅動螺旋槳旋轉,供應全艦電力。
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第二,產生的高溫水蒸氣會跟隨管路通往汽輪機,汽輪機有點和飛機渦扇發動機的壓氣機類似,由一系列的旋轉葉片構成,當高壓的水蒸氣透過這些葉片時,就會在葉片上產生驅動力,這些驅動力會驅動葉片繞軸高速旋轉,從而讓汽輪機產生了一個非常重要的軸向力矩。
第三,汽輪機所輸出的軸向力矩匹配的轉速比較高,需要透過減速器之後於航空母艦的螺旋槳主軸連線,從而驅動螺旋槳進行旋轉工作產生推力。航空母艦透過這個減速器的引數控制就可以方便對螺旋槳的轉速進行有效控制,從而控制整艘航空母艦的航速。
所以,本質上講,核動力系統驅動螺旋槳還是需要汽輪機將核能轉化成為機械能。
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