航母核動力到底是什麼原理來驅動的?

飛飛小迷弟00


航母核動力到底是什麼原理來驅動的呢?讀者朋友們好,兵器知識譜來為您解答有關核動力的問題。核動力航母的動力來源是內部安裝的核反應堆,核反應堆是利用核燃料進行可控核裂變發生的核物理鏈式反應產生能量的裝置。其本質與核電站用來發電的核反應堆沒有區別,工作原理都是將核能轉換為熱能,熱能轉換為動能,因此航母核動力反應堆可以視為核電站反應堆的小型化裝置。下圖為正在插入燃料棒的核電站反應堆,核能發電的原理和我們平時“燒開水”沒有實質上的區別

世界上幾乎所有大型船舶的動力系統都是採用蒸汽輪機作為發動機,包括常規動力航母和核動力航母。常規動力航母的動力系統使用燃油作為燃料來燃燒產生能量,這些能量又將鍋爐內的水加熱至蒸發,輸送系統將高溫蒸汽輸送到蒸汽輪機內驅動葉片轉動,蒸汽輪機輸出的功率帶動螺旋槳轉動做功推動航母前進,這就是常規動力航母的驅動原理。下圖為正在總裝的大型蒸汽輪機

核動力航母的驅動原理基本與常規動力航母相同,唯一的區別是產生能量的燃料為核燃料。核反應堆中的鏈式反應能夠產生大量熱能,這些熱能將循環系統中的水加熱蒸發生成高溫蒸汽,餘下的環節就跟常規動力無異了。不管是燒油的常規動力系統還是核動力系統,它們的核心作用都是為蒸汽輪機提供驅動所需的高溫蒸汽,都是將熱能轉換為功率的一個過程而已,燃油不可能直接直接做功產生動力,核燃料也一樣;即便是採用全電力推進系統的核潛艇也是需要核反應堆發電然後用電力驅動電動機提供動力的。下圖為已經完成加工的航母螺旋槳

當然,大型船舶所使用的的蒸汽輪機與早期的蒸汽機是不一樣的,蒸汽機是通過蒸汽驅動活塞運動做功,功率輸出很低;而蒸汽輪機則是利用高溫蒸汽驅動內部那些如同航空發動機的葉片高速轉動做功,從而輸出強大的功率為大型船舶提供充足的動力。這也是海上巨獸航母能以32節高速在海上風馳電掣的原因,一般的燃氣輪機船舶是趕不上航母的。常規動力系統最大的優點是安全,缺點則是需要頻繁加油,高度依賴補給船和基地,每次加油(滿油)需要裝載近8000噸重油,如果再加上艦載機所需的航空燃油,那麼一艘航母光燃油一項就要承擔10000噸載荷。核動力系統的優點恰恰完美地彌補了常規動力系統的這些缺點,總重僅為200噸的核反應推及其系統所產生的能量就足夠為航母提供足夠的動力了,而且理論上反應堆內的核燃料足夠航母使用到退役,這也是軍事強國對核動力趨之若鶩的原因。但是缺點也很明顯,那就是安全問題,如果核反應堆發生核洩漏,那將是影響深遠的災難性後果。下圖為我國研發的航母用核反應堆

核動力航母不需要像常規航母那樣頻繁添加燃料,那是不是核動力航母的使用成本要比常規動力航母低呢?恰恰相反,核動力航母的使用成本是常規動力航母的兩倍以上。理論上核反應堆內的核燃料足夠航母使用一生,但是為了讓核反應堆系統安全平穩運行,往往每十年就要更換一次核反應堆。你沒看錯,是更換整個反應堆而不是像核電站那樣只跟換燃料棒!航母上的反應堆為了確保100%的安全,燃料棒和控制棒是密封在反應堆裡的,所以更換時只能將整個反應堆換掉。每座反應堆的造價大約十億美元,如果在加上處理和保存這些廢棄反應堆的費用,那麼每更換一座反應堆的花費將達到20億美元,航母上兩座反應堆一個更換週期下來的花費幾乎足夠再造一艘新航母了。下圖為正在進行反應堆吊裝工程的美軍核動力航母

既然核動力航母的使用成本如此之高,那麼軍事強國為何還要下血本發展核動力呢?我們以我國遼寧艦來例舉說明。遼寧艦在沒有補給艦伴隨的情況下自持力僅為47天,即使有補給艦的伴隨補給燃油,續航力也只有區區兩個月;而核動力航母不受燃油制約,可以在海上長時間執行戰備任務,伴隨的補給艦僅為其提供航空燃油和彈藥、食品等物資的補給,可以大大提高整個航母編隊的續航能力。因此,為了提高戰鬥力,這個高昂的成本是軍事強國願意承擔的。軍隊考慮問題的出發點是“一切為謀打贏”,如果高成本付出能夠打贏戰爭,那麼這種付出就是有價值的。這也是為何只有軍用大型船舶才使用核動力的原因,倘若民營船舶也使用核動力的話,恐怕經營所得利潤都不夠一次反應堆維護的開銷。下圖為核燃料棒的結構


兵器知識譜


看一下核動力推進的一個基本原理圖吧:

核反應堆內的核材料裂變釋放熱量,將水加熱到高溫狀態形成高壓水蒸汽。水蒸氣被導入到兩個蒸汽渦輪機內。

蒸汽渦輪機被水蒸氣推動開始旋轉。其中一個渦輪機直接鏈接到了齒輪箱內,驅動航母的主軸轉動給航母前進帶來動力。

另外一個渦輪機的主軸連接到發電機上,為航母提供電力。

這就是基本的核反應堆推進原理了。


最上面的圖片實際上是一個核潛艇的推進方式,其實和航母沒有區別,只不過核潛艇只有一個螺旋槳這樣從原理圖上看得更清晰一些。


航母的反應堆要遠大於核潛艇的反應堆,提供的推力達到20萬馬力以上。

當然了,推力大了,反應堆的體積以及外圍設備也就都要比潛艇大很多了。


軍武數據庫


驅動的原理是核裂變釋放能量,加熱水蒸氣驅動渦輪蒸汽機運轉驅動螺旋槳。航母,是海軍力量肌肉代表,是強國海軍的代表。和普通民用船隻不同,航母在起飛艦載機的時候,需要頂著風跑出超過30節的高速,這就需要一顆強有力的心臟來提供動力輸出。而且隨著航母的噸位不斷增大,對動力系統的要求也越來越高,需要動力更強,持續性更強的動力系統。


現代船舶多用的能源種類很多,從簡單的汽油機動力,到複雜的核動力,天然氣動力應有盡有。其中核能是一種相對特殊的能源,像美國的核動力航母,充一次核燃料可以跑幾十年,擁有著任何一種能源都達不到的超強持續性!美國甚至還玩過災難過後城市停電把航母開過去當充電寶使的騷操作。隨著人類核裂變可控技術的發展,核能從最初的原子彈已經發展到了如今的船舶動力,甚至還有人提出可以將核能運用到汽車上。

先來說說軍艦的發動機吧。

大型軍艦用燃氣輪機,中型艦艇的話土豪一點的國家用燃氣輪機,稍微窮一點的用燃氣輪機加高速柴油機的聯合動力系統,噸位再往下的艦艇則多使用的是高速柴油機。美帝的10萬噸級核動力航母發動機用的就是蒸汽輪機。蒸汽輪機也分為兩種,一種是原始的往復機械結構蒸汽機,另一種就是目前航母上使用的渦輪蒸汽機。蒸汽輪機有著3個明顯的優勢,第一,單機功率大;第二,工作穩定,摩擦部分少,所以可靠性高,壽命長;第三,因為不是內燃機,對燃料的要求較低,基本上只要能夠燃燒就能驅動蒸汽輪機。


燃氣輪機是一種外燃機,原動力是汽輪機,燃料在鍋爐燃燒室中燃燒,隨著溫度上升,鍋爐中的水汽化成高溫高壓的水蒸氣分為兩個部分。一部分沿著管道進入到渦輪系統推動渦輪旋轉,渦輪帶動螺旋槳高速旋轉。另一部分進入發電機推動發電機轉子旋轉,為航母其他部門供電。而多餘的水蒸氣則進入冷凝器重新變成水,進入下一個循環,為航母持續提供動力。核反應堆的作用就是蒸汽輪機的油箱,鈾-235在反應堆中不斷裂變,釋放大量能量,加熱鍋爐,使水蒸氣汽化。

目前世界上擁有核動力航母的國家有兩個,一個是美國,還有就是法國。法國的核動力航母比較勉強,排水量4萬噸左右,用的是兩座核潛艇的反應堆,功率不足,導致其航速非常尷尬,被噴得體無完膚。美帝的核動力航母就比較牛逼了,世界上沒有一個國家能在航母上挑戰美國的權威。

我國已經在70年代初研製成功核潛艇,已經熟練掌握核反應堆作為動力源的技術。目前我國的航母發展非常迅速,第一艘國產航母已經完成至少四次海試,003航母也得到新華社的官方確認,其分段已經在有序建造了。目前還沒有任何消息表明我國正在研製核動力航母,不過目前核動力破冰船已經正在研製,按照目前我國技術發展進度可以推斷,核動力航母不遠了,用不了多久,屬於種花家的航母也能遨遊在大海之上。


赤焰噠噠噠


核動力航空母艦,他的核反應堆是如何為航母提供動力的呢?實際上核反應堆和常規的重油鍋爐一樣,它的功能都是燒熱水而已。無非就是核反應堆的效率更低,並且不用擔心油耗吧,其他的沒區別。

上圖是美國航母反應堆的示意圖


基本流程就是,裂變產生的高溫直接加熱一回路的淡水,將這些水加熱到一百多度的高溫以後,因為這些水是被堆芯直接加熱的所以說不可能直接使用,畢竟裡面有著大量的放射性元素,接著就是用一回路與二回路進行熱交換,加熱二回路的水。

再然後產生的蒸汽,通過高壓蒸汽管道傳輸往航空母艦上面的蒸汽輪機,高壓蒸汽推動蒸汽輪機運轉,併產生動力。

接著就是變速箱上了,再往後就是連接上航母的那幾個大軸。

這也是為什麼說常規動力航空母艦的功重比藥更好的原因。畢竟常規動力航母是中友,或者說其他燃料用來燒熱水,蒸汽以後直接到汽輪機就行了....最簡單的不是一點半點,畢竟核動力航母總不可能單純的把這些暴露出來吧?

你還得給他來個鋼殼,為了保證安全,再來從鉛板,為了保證安全,再給他上層水泥殼。

這一來二去,重的不是一點半點。所以功重比就很難看。

的確,航母還需要配備大量的重油管道,但是還要考慮到,在很長一段時間之內,艦用重油都是作為航母防雷體系中的一部分而存在的.......

當然輕型航母使用的是燃氣輪機,燃氣輪機歸根究底就是噴氣式發動機......所以說原理直接上這個圖的。

無非就是軸長點.....


嘯鷹評


其實簡單一點核反應堆就是一個用來產生蒸汽的設備,目前航空母艦採用的核反應堆都屬於壓水堆。核反應堆用來傳遞熱量的介質是淡水,這些水受熱之後變成了水蒸氣,然後通過管路被輸送到蒸汽輪機。蒸汽輪機就可以把水蒸氣的熱能轉變成機械動力。

有許多人這麼形容核動力,就是把普通燃料燒鍋爐變成利用核反應堆產生熱量燒鍋爐。而其中非常關鍵的就是蒸汽輪機,因為所有的動力轉換都是需要通過蒸汽輪機來實現的。要說到蒸汽輪機的原理其實跟航空發動機類似。



蒸汽輪機可以帶動發電機產生電能,或者直接通過變速箱傳遞給螺旋獲得船舶運動的動力。許多人以為核反應堆能夠直接產生電能,其實這是一個誤區,包括民用核電站都是採用這種方式來進行的。


目前先進的航空母艦都已經採用全電推進,這就是省去了從蒸汽輪機到螺旋槳之間的一個機械能的傳遞。世界上第一艘使用全電推進的核動力航空母艦是美國的福特級福特號航空母艦。


航空視界




硯田劍影


因為不是太專業,只能假設:航母上應該有輔助發電設備,也就是幾組柴油機發電設備。用來提供應急供電。

這裡最主要的是核反應堆,包括:反應堆堆芯,一次冷卻循環,二次冷卻循環,防護系統。

核反應堆芯的鏈式反應使用中子棒或者叫穩定棒插入核燃料堆芯內抑制鏈式反應。

當然核反應可以產生大量剩餘蒸汽,這也是主流航母使用蒸汽彈射的原因吧?

一次循環有人說是軟水,也有說是液態金屬流。二次循環一般是海水淡化水。(這裡要說一艘軍艦一般要帶至少三種水,一種是機器用的工業軟水,一種是淡化海水,一直陸地補給的可以飲用的淡水。工業軟水和淡化的海水都不能飲用。)

反應堆通過鏈式核反應產生具有熱量水蒸汽被一次循環泵壓到熱能交換器裡由二次循環泵將被熱能交換器加熱成高壓蒸汽的蒸汽送到蒸汽輪機裡帶動蒸汽輪機轉動蒸汽輪機主軸連接轉速差轉換器帶動螺旋槳和他的主軸轉動。

這裡一次循環和反應堆鏈式反應都是在防護罩內完成,一次循環是閉合循環剩餘攜帶熱量的蒸汽會經過二次冷卻回到反應堆內進行再次加熱加壓。


紅豬的翅膀


目前,世界上使用核動力航空母艦的最多的國家是美國,在美國海軍系列中總共有11艘航空母艦,這些航空母艦全部使用核動力。世界上第一艘核動力航空母艦是美國的企業號。目前正在美國紐波特紐斯造船廠進行拆解工作。

核動力航空母艦與常規動力航空母艦有很大的區別,核動力航空母艦在整個服役期那隻要進行兩次和核燃料的補充,常規動力的話,基本上在很短的時間就要補充燃料。



目前,核動力航空母艦採用的核反應堆是屬於壓水反應堆,其傳遞能量的介質就是淡水。核反應堆產生的是熱量,這些熱量傳給水就變成水蒸氣,水蒸氣可以用來驅動蒸汽輪機,蒸汽輪機就可以帶動螺旋槳或者驅動發電機了。


本質上核反應堆就是一個用來產生熱量的裝置,然後這些熱量用了產生水蒸氣而已,到這步之後就與常規動力沒有區別了。


飛豬漲姿勢


和其它艦船比如核潛艇核動力破冰船等都是一樣的。其實連核電站也是同樣的原理。簡答的說,就是利用一級迴路裡傳導熱量的工質把反應堆芯核燃料產生的熱量交換給二級迴路裡的水,在蒸汽發生器裡產生蒸汽,推動蒸汽輪機驅動(機械傳動或電傳動)螺旋槳推動艦船前進。一級迴路的工質一般是水,所以這樣的反應堆叫壓水堆。但工質也可以是其它物質,比如蘇聯核潛艇就用過鈉冷堆,更具效率,但由於鈉冷堆管路安全風險比較大,已被俄羅斯放棄,壓水堆是當今世界主流。航母、核潛艇、甚至核電站的壓水堆基本原理都是一樣的,區別主要在大小也就是緊湊程度。




錫兵中士


原理就是核反應堆運作產生熱量,加熱淡水,產生蒸汽,經過加壓,帶動蒸汽輪機運轉,然後1,蒸汽輪機帶動發電機為航母供電。2,蒸汽輪機帶動螺旋槳為航母提供動力。當然核反應堆需要冷卻,這裡直接抽取海水就行了。




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