企业号航母需要8个核反应堆,为何福特号2个核反应堆就搞定了?

天下布武


“企业”号之后就是著名的尼米兹级,其动力系统中就只用了2座威斯汀豪斯的A4W压水堆,并不是福特级才用2座反应堆搞定。


A4W单堆热功率达600兆瓦,输出功率97兆瓦,双堆输出总功率为194兆瓦。说实话,这个热效率很低,只有16%。原因在于舰用和艇用蒸汽轮机为了适应大负荷变动范围,并且尽量降低体积和重量,没有采用再热循环,甚至有时抽汽回热也不采用,这与陆地核电站的蒸汽轮机为了提高热效率而采用复杂热力循环的方式完全不同。所以舰用反应堆的热效率比陆地核电站上相同参数的反应堆低得多――陆地核电站的压水堆热效率能够超过33%,而舰用和艇用反应堆的热效率很少超过20%。

即便舰用反应堆热效率不高,但2座A4W反应堆的总输出功率已经十分可观了,换算成轴功率就是26.4万马力,可以让尼米兹级航母的最大航速达到30节以上。由此也可以看出,美国在舰用反应堆方面的水平之高,600兆瓦热功率的反应堆,放眼全球,至今仍然是美国一家。福特级的2座反应堆是A1B,由位于宾夕法尼亚州、属于美国政府的贝蒂斯核动力实验室研制而成(B代表贝蒂斯,A1B就是贝蒂斯第一代舰用反应堆)。 之所以换了另一家公司的反应堆,是因为威斯汀豪斯的A5W反应堆在1999年的竞标中失败。

A1B反应堆是新设计的一体化压水堆,结构紧凑,输出功率较尼米兹级增加25%以上,同时配备13500伏输配电系统,供电能力高达20万千瓦,几乎是尼米兹级的3倍,能为电磁弹射系统(EMALS)提供充足的电力。除了功率大,A1B反应堆的堆芯使用寿命长达50年,让福特级航母在整个服役期内无需再回到船坞更换堆芯,相应也就增加了寿命周期内的海上执行任务时间。(S)


联合防务


企业号航母作为世界上第一艘核动力航母,其开创了舰艇核动力的开端和时代发展,甚至引领了“全核舰队”的诞生。企业号航母在动力系统上使用了多达8台A2w核反应堆来推动10万吨的航母达到35节的最大航速。而美国最新的福特号核动力航母只使用了2台A1B核反应堆,就可以推动同样满载排水量超过10万吨的福特号航母以30节以上的航速高速航行,那为什么福特号只用了2台核反应堆就可以做到企业号需要8台才行达到的航速呢?

首先说说人类历史上第一艘水面军舰——企业号核动力航母,该航母作为美国继核动力潜艇后建造的第一艘核动力水面军舰,由于属于核动力水面军舰的试验项目,所以很多关于核动力水面军舰对于动力系统的要求都是处于摸索阶段的,在这种技术和观念不成熟的条件下,为了保险和缩短研发时间,企业号航母使用了美国西屋电气为人类第一艘核动力潜艇---鹦鹉螺号研制的核反应堆的改进型号A2W核反应堆,但是因为潜艇在空间、航速要求、静音性等方面于航母使用的核反应堆要求不一样的情况下,由鹦鹉螺号潜艇使用的S2W核反应堆改进而来的A2W核反应堆单堆最大输出功率只有25兆瓦,但是按照一艘满载排水量达到10万吨的航母在超过30节航速下最低需要200兆瓦计算的话,所以企业号共安装了多达8台A2W核反应堆来满足航速要求。
虽然8台核反应堆可以推动企业号航母以最大35节的航速高速航行,但是其缺点也不少。首先是过多的核反应堆造成动力舱段体积和空间大幅度增加,企业号航母的全舰长度也一直跃升到341米,这对于舰体结构和机动性来说是有很大的影响的,其次过多的核反应堆也增加了动力系统的复杂性,因为采用的是单堆功率不够数量来凑的方式,所以企业号航母从低速到高速航行的加速时间还不如同期的常规动力护航军舰。
所以在企业号之后的尼米兹级航母设计时,为了降低核反应堆体积和复杂性问题,尼米兹级航母最开始打算采用4台西屋电气研制的A3W核反应堆,但是后来因为当时国防部长认为采用数量更少的核反应堆可以减少航母中期大修更换核燃料时间和成本,对于航母在整个服役期内的战备能力是有显著提升效果的,所以尼米兹级航母最后采用了2台单台功率98兆瓦的A4W核反应堆,两台A4W核反应堆合计可输出26万马力,虽然相比小鹰号常规动力航母和企业号核动力航母的28万马力小了很多,导致其最大航速从企业号的35节降至30节,但是只有2台核反应堆的尼米兹级航母动力舱段的体积、重量、成本、复杂性等都降低了很多,对于航母来说就有了更多的空间装载更多的舰载机、武器弹药和燃油了。而且这一代的核反应堆已经属于改进后的第二代舰用核反应堆了,除了单堆输出功率更大外,其添加一次核燃料的续航时间也从企业号的不到10年提升到20--25年之久。
目前美国福特号航母上使用的A1B核反应堆还是属于双堆配置,这样可以保证在单台核反应堆出现故障时仍然能够保证航母所需的动力输出。而且从福特号航母开始,美国已经开始了新一代战斗力更强的航母研制工作,所以福特号航母无论是从舰载机的性能还是航母本身的性能来说都采用了大量的新技术来提升航母本身的作战实力,比如综合电力推进系统、电磁弹射器/电磁拦阻器/双波段雷达以及未来可能上舰的电磁炮、激光炮等这些对动力系统要求更高的耗电大户,所以就要求其搭载的核反应堆要比尼米兹级航母输出功率更大,但是在降低动力系统复杂性、维护周期和提高动力系统可靠性的情况下,福特号航母是不能采用更多数量的核反应堆来满足新一代航母所需的动力要求的,只能通过提高单堆输出功率的方式来满足要求。所以其采用的性能更先进的A1B核反应堆的单堆输出功率从高达120兆瓦,相比尼米兹级航母使用的A4W输出功率提高了20%,这样多余出来的动力既可以在满足航母航行所需要的动力供应外,还能为舰上的电磁弹射器和电磁拦阻器同时供应能源需求,毕竟不同于有些全电推进的军舰的动力供应交替方式,航母在进行舰载机弹射起飞的过过程中,为了增加舰载机的起飞重量航母是需要逆风高速航行的,所以在两台核反应堆为航母以超过30节航速航行时供应能源外,还要为高速航行的航母上的4台电磁弹射器连续不断地的供应电能。
所以从这这些要求就可以看出航母使用的核反应堆和潜艇使用的核反应堆要求完全不一样,航母的要求包括更高的单堆输出功率、数量更少、结构更简单的动力系统、寿命更长、重量和体积更小的核反应堆等,而福特号航母搭载的核动力系统则代表了人类目前在舰用核动力系统上的最高成就。


魑魅涅槃


以前有人会问,为什么中国不拿核潜艇的反应堆直接上航母,并且查证了相关资料论述上航母的可行性。其实直接拿核动力潜艇的反应堆上航母其实是没问题的。因为美国和法国就这么搞过。世界上第一艘核动力航母、也是美国第一艘核动力航母企业号,法国第一艘核动力航母戴高乐号都是直接拿核潜艇的反应堆作为这两艘航母的动力,可结果呢?法国就制造出了一艘就不敢造,美国也就整出企业号一艘,之后又转回小鹰级常规动力航母。为什么?



因为核潜艇的反应堆为了适应潜艇的工作环境所以其体积小,输出功率也小,推动1万多吨的潜艇在水下跑30节都没问题,可是要推动4万多吨甚至7万多吨的大型航母就有问题了。由于技术资金以及舰艇布局的原因,法国戴高乐号航母4上了台反应堆,这就导致它的输出功率不够,使得4万多吨的航母,最高航速跑出了25节。而美国为解决功率不够问题,直接给企业号上了8台核反应堆,其代价就是技术复杂、消耗的资金太大、过度占用舰体空间,以至于财大气粗的美国人也只造了一艘。



随后美国人在研发尼米兹级时就老老实实研发航母用的大型核反应堆,单台最大输出功率达到了13万马力,而核潜艇用的单台最高输出马力也不过6.1万马力而已所以在尼米兹级上也是用了两台核反应堆,但是这两台反应堆却能让10万吨级的和尼米兹一航母跑到30节的速度。而在四十年前美国就搞定了2个反应堆的推动十万吨级航母的技术,而在四十多年后美国福特级上的核反应堆不是沿用此前尼米兹级用西屋公司的A-5W,而是用贝蒂斯核子动力实验室研发的A-1B,相较于A-5W,它的功率增加了20%以上。



在十字路口等等你


企业号是世界第一艘核动力航母

当时在建造的时候有很多技术算是实验性质,尤其是反应堆技术上,当时为了增加可靠性,采用了多个小型堆的方案,事实证明,这种方案对可靠性没有太多益处,反而增加了维护成本,所以后续型号就不这样设计了


咖啡电风扇123


我知道还跟你两个这样玩


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