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有舍才有得:003型航母的动力抉择

作为我国第一种大型航母,003型航母对动力输出的要求远大于辽宁舰和山东舰,因此,虽然柴油机和燃气轮机有结构紧凑、机动灵活的优点,但最大可输出功率的天花板太低,这样就只剩下核动力和蒸汽动力可供选择。

有舍才有得:003型航母的动力抉择

 

作为大型航母,003型不适合用女王级那样的燃气轮机

先看反应堆。进入新世纪以来,我国无论是民用核反应堆还是军用核反应堆方面都已经有了丰硕成果,为航母反应堆的研发奠定了雄厚的基础。

民用堆首推中俄联合研制的RITM-200反应,相比俄罗斯老一代的OK-900系列舰用核反应堆,RITM-200型反应堆不仅重量降低40%,功率还增加50%,输出功率达到了175MW,而“尼米兹”级航母的A4W反应堆输出功率也不过204MW。俄罗斯已经将RITM-200核反应堆装备到号称世界最大,排水量33500吨的“北极”号核动力破冰船上,按照RITM-200反应堆60MW的轴输出功率,一座反应堆即可提供81600马力的功率,两座就是163200马力,这使“北极”不但达到了20.6节的航速,还可以破开3米厚的冰层,但该反应堆只能连续工作三年。

有舍才有得:003型航母的动力抉择

 

体形巨大的“北极”号核动力破冰船

此外,中核集团还推出了一款专用于海上核动力平台的ACP-100“玲珑一号”舰载核反应堆,它高度不超过14米,宽度不超过10米,不仅在尺寸上远小于传统的核反应堆,电功率也高达160兆瓦,最大输出功率可达28万匹马力。

但与之形成鲜明对比的是“玲珑一号”核燃料的丰度仅有3%左右,而一般情况下军用核反应堆的核燃料丰度则要在20%以上,核燃料丰度与舰艇的全寿命周期维修有直接的关系,以“玲珑一号”24个月的换料周期,如果用于军舰,每两年就得来一次开膛破肚的换料手术,不用干别的了,尽忙活这个了。

有舍才有得:003型航母的动力抉择

 

核燃料丰度是玲珑一号用作航母反应堆的最大障碍

我国093型核潜艇的反应堆功率也从091型的90MW大幅提高到了150MW,但这个功率水平对003大型航母而言是远远不够的,戴高乐航母的K15反应堆就是这个功率水平,但即使它驱动的仅仅是4万吨级的中型航母,也是提襟见肘,事实已经证明将核潜艇反应堆用于大型航母是行不通的。

总之,我国民用反应堆的功率还是可以满足003型航母需要的,但丰度不足,核潜艇反应堆正相反,丰度还可以,但功率又不够了。虽然航母反应堆在功率密度、紧凑性、气密性要求方面没有核潜艇那样苛刻,但输出功率这一指标要远大于后者,更重要的是核燃料的丰度不能太低,否则航母的出动率根本没有保证。

再来看看蒸汽轮机:

我国有舰用大功率蒸汽动力的长期使用经验,山东舰的蒸汽轮机更是可以看作是003型航母的直接参考。它就是哈尔滨蒸汽动力公司生产的453B型蒸汽轮机,453B单台功率达到了5万马力左右,四机并联至少可输出20万马力。

国产435B型蒸汽轮是由苏联引进的TB-8型蒸汽轮机改进而来,它用高热负荷炉膛和内置式过热器,不但减轻了体积重量,而且提升了蒸汽的初始温度,大大提高了蒸汽输出功率,还采用了自动化的监控调节系统,优化了动力工况,很大程度上减少了燃烧不充分引起的冒黑烟现象,正是435B的出色表现,167舰不同于现代级等俄制动力系统,出烟量较少,一度被认为是燃气动力。

有舍才有得:003型航母的动力抉择

 

167舰的蒸汽轮机甩掉了冒黑烟的帽子

虽然蒸气轮机有体积重量大,热效率低下,加减速性能差,冷启动准备时间长等缺点。但它的单机功率可以做到很大、七八万马力,这是燃气轮机难以企及的,另外蒸汽轮机燃料适应性和经济性上也有很大优势。

003型航母的排水量至少要达到美国小鹰号常规动力航母的吨位,而小鹰号由8台重油锅炉为4台西屋公司的蒸汽轮机提供高压高温蒸汽,达到了总功率28万马力,这才使小鹰号以86000吨的排水量达到了32节的最高航速。以我国在蒸汽轮机方面的长期积累,003型航母通过工艺技术水平的升级,进一步提高锅炉蒸汽温度和压力,是可以把453B的功率提高到70000马力的。

有舍才有得:003型航母的动力抉择

 

小鹰级是迄今为止最大的常规动力航母

最后总结一下,我国虽然在反应堆方面有了很大的进步,取得了丰硕的成果,但要说为003这种大型航母研制反应堆还差些火候,尤其是在高丰度核燃料方面与美国差距甚大。与之相反,我国在大功率蒸汽轮机方面有半个多世纪的积淀,有能力为003型航母提供可靠的动力保障,这也为004型航母打造真正的航母反应堆赢得了时间。