为什么核动力航母不是用核电驱动,而是继续用核能加热的蒸汽轮机?

怒吼的团长


这个问题,有点没办法回答啊。因为核反应堆本身是不产生电能的。要把核能转化成电能,还需要那么一点复杂的点流程。

现阶段任何形式的核反应堆,都是核裂变反应堆。核聚变的反应堆目前离实际应用还有一段很长的路要走。而裂变反应堆的裂变材料通常是U235,但其丰度只有3%。

所谓核能,就是把反应堆内的U235裂变时产生的热量,通过某种介质传导出来,这种介质通常是水。但核反应在运转时,其内部的反应并不仅仅是U235发生裂变反应,还会产生的多种元素的新同位素,这些新的同位素很多都有着极强的放射性,和长短不一的半衰期。据统计,核反应堆在运转时,新产生的各种元素的同位素以及新元素有数千种之多,绝大部分是放射性元素。有的放射性元素的半衰期非常漫长,比如钚239,有的则非常非常短,仅有几千分之一秒。

基于此,核反应里的高能水是不能直接用来做来驱动力,那样的话,相当于核泄漏。因此,需要给反应堆增加一个回路,通过回路循环把里面产生的能量传导出来。这样虽然仍会有少了放射性元素被带出来,但总体上安全多了。

早期的核反应用的就是这种一回路的反应堆,虽然安全性提高了很多,但仍有少量的放射性元素。美国,日本等国家就是通过回收这种一回路里的废水,来提取钚239用做核武器的战略储备的。目前,美国储备了35吨以上的钚239,而日本通过这些年的积累,钚239的储备量也有12吨多了。所谓“日本一年可以造出一千多枚核弹头”,也就是根据这个钚239点储备量算出来的。后来,为了提高核燃料的利用率,科学家们在新一代的核反应堆里又加了一个回路。这就是双回路反应堆了。这样一来,大大提高了反应堆的安全系数

核能有了,如何让它做自己想做的事情,就是各国需要自己解决的问题了。

就核动力航母而言,无论是美国之前的企业号还是后来的尼米兹级核动力航母,都是用核能来驱动蒸汽轮机的。说白了,用核反应堆代替了煤或者其他提供动力的能源。

随着科技的发展和电气化的不断进步,全电推进成了时下最尖端的科技。但这对核反应堆本身而言,并没有不同,它依然是靠U235的裂变产生能量,只是这个能量最终没有为蒸汽轮机提供动力,而是去驱动发电机了而已。

这好像是多此一举?当然不是。全电推进有它的优势,其中之一就是资源分配更加合理。从而节省能源。

最后,核能只是一种提供能量的方式,跟煤,油等一样。至于最后是变成了动力还是电力,就要看实际应用情况和一个国家的科技水平了。


陌上云白


其实所有的核动力都是通过热传递后驱动发电设备获得电能,核反应堆获得的是热能不是电能。目前流行的核反应堆是压水反应堆。正常情况下核裂变产生的热量都会被水带走,加热过后的水变成水蒸气,这些高温高压的气体再通过存储机构和管路再驱动蒸汽轮机。而电力来自于蒸汽轮机带动的发电机,在传统核动力航母上还用蒸气轮机驱动带着螺旋桨的主轴。



目前最新的所谓全电推进的核动力航母是取消了蒸汽轮机驱动主轴,蒸气轮机全部用来发电,然后部分电力通过电缆传输geu电机再带动主轴,这样可以简化航母主轴的长度。而且提高了航母的不沉性,因为舱室不要被长长的主轴戳穿了。

按照现有的核能技术还无法实现从核反应中获得电力。包括太阳在内的恒星的热核反应产生的最多的也是热量而已。


目前美国福特级航空母舰已经开始使用全电推进技术,只不过还是需要通过蒸汽轮机进行电能的转变。而英国的伊丽莎白女王号航母的全电推进则是燃气轮机驱动发电机,这样省却了烧锅炉而已。


鹰眼战情室


这个问题的答案其实非常简单:在核动力航母出现时,全电推进舰船还不成熟。众所周知,核动力舰船其实只不过就是将核反应堆作为能量输出装置、替代传统舰船上的热机,因此核反应堆本身事实上无关动力系统主机的设计,只要能确保在舰船上稳定运用即可。

因此,决定核动力航母是采用核动力机组配用发电机组输出电力,还是配用蒸汽轮机“烧开水”的关键因素,取决于采用蒸汽轮机和发电机组哪个在技术上更容易实现。全电推进舰船虽然近些年来非常流行,特别是美国的“朱姆沃尔特”级和英国的45型驱逐舰一类的大型舰船证明该技术完全可以运用于大型舰船,但在核动力航母刚刚出现的时期,全电推进技术还处于萌芽阶段,远谈不上在大型主战舰船上运用,更遑论用在航空母舰上。

核动力航母的主要建造和使用国是美国,而美国海军直到1994年才提出整合式电力推进系统的研发计划——当时距离第一艘核动力航母“企业”号开工已经过去了整整36年,而“尼米兹”级航母已经下达了第九艘的订购计划、本级舰的建造工作步入收官阶段,改用一种技术上完全不成熟的动力装置也很不现实。

更关键的问题是,对于航空母舰这种堪称美国海军命脉的关键性装备而言,美国朝野和军方都断然不可能允许存在过大的技术风险,因此就更不可能允许在航母上采用电力驱动了。


军机图


谁都知道全电推进好,如果技术允许,核动力航母肯定是喜欢采用全电推进系统。但是,技术不是还差了点嘛。

福特级航母

全电推进是舰船动力的一次革命,它将日常供电、电力推进、舰载武器设备供电合而为一。相对于传统机械推进方式,具有节省空间、便于布局、易操作、低噪音、省燃料等诸多优点,同时为电磁弹射、电磁拦阻、电磁炮、激光炮等新设备新武器上舰创造了条件,是未来发展的主要方向。

电磁弹射

电力推进不是新技术,早在1920年,美国列克星顿号航母就使用了蒸汽轮机发电+电动机推进技术。原因是因为大型蒸汽轮机的减速装置技术不成熟。但是电力推进也带来了抗打击能力不足、主电缆受损全舰功能失效的巨大问题。

1942年列克星敦在战争受损并不严重的情况下,因为主电缆损毁,丧失全部动力和损管能力,最终沉没于太平洋。此后美国放弃了全电化设计,而且大功率减速装置逐渐成熟,最终选择了内燃机推进模式。

但现在的航母都是耗电大户,不全力发电是不行了。以福特级航母为例,单电磁弹射就需要160兆瓦电力,全速航行时推进系统需要200兆瓦功率。更别说还有电磁拦阻,电磁炮等,哪一个都是耗电大户。

PMM先进同步感应电机

但是因为大型同步感应电机技术仍不太成熟,无法提供如此多的电力,导致电推进技术还差点火候,所以福特级核动力航母前3艘仍然使用蒸汽轮机驱动螺旋桨的机械推进系统。

等待感应电机技术成熟之后,计划在第4艘福特级航母上安装全电推进系统,实现日常供电、电力推进、舰载设备供电合而为一。

英国的伊丽莎白女王级航母,总发电功率112兆瓦,推进系统80兆瓦,最大航速26节。为什么航速那么慢,达不到普遍的30节以上,就是因为电推功率不足。更大的电机目前技术尚不成熟,现有的感应电机又大又重,也无法安放太多台。

综上原因,核动力航母目前仍然使用蒸汽轮机。但随着技术的成熟,未来的航母肯定会使用全电推进替代蒸汽轮机的。


和风漫谈


问这个问题本身就是对核电不了解。核反应堆本身是产生不了电的,它只能产生热,然后用热来烧水,产生蒸汽再发电。所以说陆地上核反应堆和舰船上的核反应堆它们的工作过程是一样的。都是先生热,再烧水,产生蒸汽,推动发电机发电。过去美国那核动力航母不靠电推进的话,它只能是用蒸汽轮机直接带动螺旋桨。现在我们的马教授搞的这个全电推进,就是在蒸汽轮机的后面再增加一个发电机,让热能转化的机械能全部转换为电能,然后再用电来推进舰船。有人说增加这个环节不嫌麻烦?那是你不明白,电推比机械推动有太多的好处:效率高,省空间,结构非常的简单。而且全电状态下,电力在全舰各系统之间很方便调度和调剂,能量可以节约很多,舰船的功率可以最大化的发挥作用。好处大的没办法说了。


东望长安1


都是伪专家,核电员工告诉你们为什么,核能一般指的是裂变过程释放热量,也就是说最直接的是热能,热能可以直接转化成动能,干嘛要先转化成电能再转化成动能。再说一点,核能发电是什么,核裂变释放热量——蒸汽发生器——汽轮机——发电机。而在有高热蒸汽的条件下就可以驱动船只了。用电能驱动不是脱裤子放屁么。


周昊24


目前世界上只有英国的常规动力航母伊丽莎白女王号使用全电推进,核动力航母若使用全电推进也得先通过蒸汽锅炉发电,效率未必就高

全电推进,又称综合全电力推进系统,其原理是通过柴油机或燃气轮机发电,以此带动电动机让舰只向前推进。

全电推进的优势是体积小,布置灵活,可以让出巨大的传动轴,节约空间。

目前,全电推进已经被应用到了许多驱护舰上。不过这些舰只的体积和吨位普遍较小,若是在航母上使用的话,技术要求太高,特别是对电机的可靠性要求非常苛刻。

今天,只有英国的伊丽莎白女王号使用全电推进。其采用了两台罗尔斯·罗伊斯生产的单机功率36兆瓦的MT30燃气轮机作为主要发电装置为电动机供电。

采用全电推进可以极大的节约伊丽莎白女王号航母的内部空间,多装几架飞机。目前来看,除了油耗多了点外,别的还都挺好。

(丽莎白女王号的满载吨位为65000吨,属于中性航母,重量不算特别巨大。而且其舰载机采用滑越起飞的方式,没有使用蒸汽弹射,所以可以取消大型蒸汽锅炉)

不过若是在核动力航母上,使用全电推进的效费比就不是那么高了。

核动力航母的驱动原理是通过核反应堆产生的巨大热量,加热淡化的海水生产巨大的热蒸汽,再通过蒸汽锅炉带动舰只向前移动。

说白了,核动力航母就是依靠蒸汽机推动的。虽然技术上不可同日而语,但原理上跟一百年前的蒸汽火车没啥区别。

蒸汽锅炉的优势是可靠性好,推重比大。缺点就是需要提前布置巨大的传动轴,占用空间多,启动速度慢。

如果核动力航母也要使用全电推进的话,需要在现有的系统中多一个步骤,就是蒸气锅炉不再直接向螺旋桨传输动力了,而是转便为一个100%的发电站,通过产生的电力供给电动机,再带动螺旋桨转动。

如此一来,必将会产生能量上的损耗,还增加了维护成本。

况且,核动力航母巨大的体积也必然对电动机的功率和可靠性要求很高,这一点现在的技术还达不到。

(美国最先进的核动力航母福特号满载排水量有11万吨之多,全电推进实在是推不动)

(福特号上的电磁弹射器也是一个吃电大户,虽然其需要的电力对于核动力装置不算什么,但这也对全舰的电力调配提出了挑战)

总之,核动力航母上使用全电推进,技术上还达不到要求,并且也没啥必要。


千佛山车神


航母是一个不折不扣的用电大户,武器系统,雷达系统和阻拦系统,以后的电磁弹射系统等都是用电大户,特别是各系统的功能全部打开时的用电最高峰值。如果航母采用全电推进动力系统,注定要和其它用电大户争夺资源,导致其它设备的功能在战时受损或下降,战时不能发挥出其优势就违背了设计和使用的初衷。当前各国的核反应堆技术的能力能不能达到全部电力化所需要的程度不得而知,美国福特级的最新航母好像是全电推进动力系统,但战时用电大户全开的话能不能达到要求的指标不好说。

我们知道核反应堆工作原理是靠核燃料棒的原子分裂或聚变产生热能,再把一部分热能转换成电能,一部分热能驱动蒸汽轮机,这样的话所产生的能量基本达到整个航母的需求而不会相互干扰。蒸汽轮机是当前各国大量应用的成熟技术,全电推进动力技术属于新技术应用,有待日常验证。核反应堆技术的功率大小更是制约航母各系统的关键所在,也不是一说核动力系统就是万能的。



外星电子科技


核裂变产生的一次能量只是热。核动力是将核裂变的热能转变为机械能的一个过程,由机械能推动航母前行。转变过程中能量形式转换都会造成能量损失,也就是存在转换效率。热能转换成机械能转换效率大约50%,机械能转换成电能转换效率大约80%,电能再转换成机械能转换效率大约90%。所以热蒸汽推动蒸汽轮机转动后直接带螺旋桨驱动航母,能量损失是最小的。如果要改成电驱,就需要在蒸汽轮机和螺旋桨之间加入一个发电机和一个电动机,蒸汽轮机驱动发电机发电,电再输送到电动机旋转驱动螺旋奖转动。经过这两个过程会损失大约30%的能量,另外过程复杂了,故障增加维护工作量增大设备庞大了总之得不偿失。


吕齐白


对于航母和驱逐舰这种大吨位高航速的舰船还是核能直接推动汽轮机机械驱动能量利用高。核能转换成汽轮机机械能。能量利用最高百分之三十。汽轮发电机的能量转换率为百分之八十。发电机电能驱动电动机转换机械能。能量利用率只百分之八十。算下。0.3X0.8X0.8等于0.19。可见核能只有不到百分之二十能量用于驱动。所以说全电推进是不科学的。