企業號航母需要8個核反應堆,為何福特號2個核反應堆就搞定了?

天下布武


“企業”號之後就是著名的尼米茲級,其動力系統中就只用了2座威斯汀豪斯的A4W壓水堆,並不是福特級才用2座反應堆搞定。


A4W單堆熱功率達600兆瓦,輸出功率97兆瓦,雙堆輸出總功率為194兆瓦。說實話,這個熱效率很低,只有16%。原因在於艦用和艇用蒸汽輪機為了適應大負荷變動範圍,並且儘量降低體積和重量,沒有采用再熱循環,甚至有時抽汽回熱也不採用,這與陸地核電站的蒸汽輪機為了提高熱效率而採用複雜熱力循環的方式完全不同。所以艦用反應堆的熱效率比陸地核電站上相同參數的反應堆低得多――陸地核電站的壓水堆熱效率能夠超過33%,而艦用和艇用反應堆的熱效率很少超過20%。

即便艦用反應堆熱效率不高,但2座A4W反應堆的總輸出功率已經十分可觀了,換算成軸功率就是26.4萬馬力,可以讓尼米茲級航母的最大航速達到30節以上。由此也可以看出,美國在艦用反應堆方面的水平之高,600兆瓦熱功率的反應堆,放眼全球,至今仍然是美國一家。福特級的2座反應堆是A1B,由位於賓夕法尼亞州、屬於美國政府的貝蒂斯核動力實驗室研製而成(B代表貝蒂斯,A1B就是貝蒂斯第一代艦用反應堆)。 之所以換了另一家公司的反應堆,是因為威斯汀豪斯的A5W反應堆在1999年的競標中失敗。

A1B反應堆是新設計的一體化壓水堆,結構緊湊,輸出功率較尼米茲級增加25%以上,同時配備13500伏輸配電系統,供電能力高達20萬千瓦,幾乎是尼米茲級的3倍,能為電磁彈射系統(EMALS)提供充足的電力。除了功率大,A1B反應堆的堆芯使用壽命長達50年,讓福特級航母在整個服役期內無需再回到船塢更換堆芯,相應也就增加了壽命週期內的海上執行任務時間。(S)


聯合防務


企業號航母作為世界上第一艘核動力航母,其開創了艦艇核動力的開端和時代發展,甚至引領了“全核艦隊”的誕生。企業號航母在動力系統上使用了多達8臺A2w核反應堆來推動10萬噸的航母達到35節的最大航速。而美國最新的福特號核動力航母只使用了2臺A1B核反應堆,就可以推動同樣滿載排水量超過10萬噸的福特號航母以30節以上的航速高速航行,那為什麼福特號只用了2臺核反應堆就可以做到企業號需要8臺才行達到的航速呢?

首先說說人類歷史上第一艘水面軍艦——企業號核動力航母,該航母作為美國繼核動力潛艇後建造的第一艘核動力水面軍艦,由於屬於核動力水面軍艦的試驗項目,所以很多關於核動力水面軍艦對於動力系統的要求都是處於摸索階段的,在這種技術和觀念不成熟的條件下,為了保險和縮短研發時間,企業號航母使用了美國西屋電氣為人類第一艘核動力潛艇---鸚鵡螺號研製的核反應堆的改進型號A2W核反應堆,但是因為潛艇在空間、航速要求、靜音性等方面於航母使用的核反應堆要求不一樣的情況下,由鸚鵡螺號潛艇使用的S2W核反應堆改進而來的A2W核反應堆單堆最大輸出功率只有25兆瓦,但是按照一艘滿載排水量達到10萬噸的航母在超過30節航速下最低需要200兆瓦計算的話,所以企業號共安裝了多達8臺A2W核反應堆來滿足航速要求。
雖然8臺核反應堆可以推動企業號航母以最大35節的航速高速航行,但是其缺點也不少。首先是過多的核反應堆造成動力艙段體積和空間大幅度增加,企業號航母的全艦長度也一直躍升到341米,這對於艦體結構和機動性來說是有很大的影響的,其次過多的核反應堆也增加了動力系統的複雜性,因為採用的是單堆功率不夠數量來湊的方式,所以企業號航母從低速到高速航行的加速時間還不如同期的常規動力護航軍艦。
所以在企業號之後的尼米茲級航母設計時,為了降低核反應堆體積和複雜性問題,尼米茲級航母最開始打算採用4臺西屋電氣研製的A3W核反應堆,但是後來因為當時國防部長認為採用數量更少的核反應堆可以減少航母中期大修更換核燃料時間和成本,對於航母在整個服役期內的戰備能力是有顯著提升效果的,所以尼米茲級航母最後採用了2臺單臺功率98兆瓦的A4W核反應堆,兩臺A4W核反應堆合計可輸出26萬馬力,雖然相比小鷹號常規動力航母和企業號核動力航母的28萬馬力小了很多,導致其最大航速從企業號的35節降至30節,但是隻有2臺核反應堆的尼米茲級航母動力艙段的體積、重量、成本、複雜性等都降低了很多,對於航母來說就有了更多的空間裝載更多的艦載機、武器彈藥和燃油了。而且這一代的核反應堆已經屬於改進後的第二代艦用核反應堆了,除了單堆輸出功率更大外,其添加一次核燃料的續航時間也從企業號的不到10年提升到20--25年之久。
目前美國福特號航母上使用的A1B核反應堆還是屬於雙堆配置,這樣可以保證在單臺核反應堆出現故障時仍然能夠保證航母所需的動力輸出。而且從福特號航母開始,美國已經開始了新一代戰鬥力更強的航母研製工作,所以福特號航母無論是從艦載機的性能還是航母本身的性能來說都採用了大量的新技術來提升航母本身的作戰實力,比如綜合電力推進系統、電磁彈射器/電磁攔阻器/雙波段雷達以及未來可能上艦的電磁炮、激光炮等這些對動力系統要求更高的耗電大戶,所以就要求其搭載的核反應堆要比尼米茲級航母輸出功率更大,但是在降低動力系統複雜性、維護週期和提高動力系統可靠性的情況下,福特號航母是不能採用更多數量的核反應堆來滿足新一代航母所需的動力要求的,只能通過提高單堆輸出功率的方式來滿足要求。所以其採用的性能更先進的A1B核反應堆的單堆輸出功率從高達120兆瓦,相比尼米茲級航母使用的A4W輸出功率提高了20%,這樣多餘出來的動力既可以在滿足航母航行所需要的動力供應外,還能為艦上的電磁彈射器和電磁攔阻器同時供應能源需求,畢竟不同於有些全電推進的軍艦的動力供應交替方式,航母在進行艦載機彈射起飛的過過程中,為了增加艦載機的起飛重量航母是需要逆風高速航行的,所以在兩臺核反應堆為航母以超過30節航速航行時供應能源外,還要為高速航行的航母上的4臺電磁彈射器連續不斷地的供應電能。
所以從這這些要求就可以看出航母使用的核反應堆和潛艇使用的核反應堆要求完全不一樣,航母的要求包括更高的單堆輸出功率、數量更少、結構更簡單的動力系統、壽命更長、重量和體積更小的核反應堆等,而福特號航母搭載的核動力系統則代表了人類目前在艦用核動力系統上的最高成就。


魑魅涅槃


以前有人會問,為什麼中國不拿核潛艇的反應堆直接上航母,並且查證了相關資料論述上航母的可行性。其實直接拿核動力潛艇的反應堆上航母其實是沒問題的。因為美國和法國就這麼搞過。世界上第一艘核動力航母、也是美國第一艘核動力航母企業號,法國第一艘核動力航母戴高樂號都是直接拿核潛艇的反應堆作為這兩艘航母的動力,可結果呢?法國就製造出了一艘就不敢造,美國也就整出企業號一艘,之後又轉回小鷹級常規動力航母。為什麼?



因為核潛艇的反應堆為了適應潛艇的工作環境所以其體積小,輸出功率也小,推動1萬多噸的潛艇在水下跑30節都沒問題,可是要推動4萬多噸甚至7萬多噸的大型航母就有問題了。由於技術資金以及艦艇佈局的原因,法國戴高樂號航母4上了臺反應堆,這就導致它的輸出功率不夠,使得4萬多噸的航母,最高航速跑出了25節。而美國為解決功率不夠問題,直接給企業號上了8臺核反應堆,其代價就是技術複雜、消耗的資金太大、過度佔用艦體空間,以至於財大氣粗的美國人也只造了一艘。



隨後美國人在研發尼米茲級時就老老實實研發航母用的大型核反應堆,單臺最大輸出功率達到了13萬馬力,而核潛艇用的單臺最高輸出馬力也不過6.1萬馬力而已所以在尼米茲級上也是用了兩臺核反應堆,但是這兩臺反應堆卻能讓10萬噸級的和尼米茲一航母跑到30節的速度。而在四十年前美國就搞定了2個反應堆的推動十萬噸級航母的技術,而在四十多年後美國福特級上的核反應堆不是沿用此前尼米茲級用西屋公司的A-5W,而是用貝蒂斯核子動力實驗室研發的A-1B,相較於A-5W,它的功率增加了20%以上。



在十字路口等等你


企業號是世界第一艘核動力航母

當時在建造的時候有很多技術算是實驗性質,尤其是反應堆技術上,當時為了增加可靠性,採用了多個小型堆的方案,事實證明,這種方案對可靠性沒有太多益處,反而增加了維護成本,所以後續型號就不這樣設計了


咖啡電風扇123


我知道還跟你兩個這樣玩


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