二等水准测量技术要求,航母核动力装置有什么特殊技术要求?


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航母核动力装置是以核反应堆为能源的航空母舰动力装置。与常规动力航母相比,核动力航母可以大量减少燃油装载量,节省空间,增加有效载荷,提高续航能力,减少了航母对基地和后勤支援的依赖。

航母对核动力装置的主要要求是:

①核反应堆功率大。美国“尼米兹”级核动力航母装备的A4W/A1G反应堆的单堆功率高达500-600兆瓦,双堆可提供轴功率28万马力,使航母航速达到30节;

②反应堆堆芯寿期长,可10年以上不换料;

③蒸汽发生器输出的蒸汽压要满足舰载飞机的起飞弹射要求,同时保持核推进系统的稳定运行;

④提供航空母舰用电力和海水淡化的能源。

现役航母核动力装置都配置双堆,两座反应堆沿舰体中心线前后布置或左右布置。每座反应堆相应设置1台或2台主汽轮机组,对应设1轴1桨或双轴双桨;另外还设置多台汽轮发电机组。主汽轮机组、汽轮发电机组、轴系和螺旋桨,在舰体中心线两侧对称布置。在反应堆舱之间设隔离舱。

未来航母核动力装置的发展趋势是:

①继续发展大功率压水堆,如研制出单堆热功率为600兆瓦的先进舰用反应堆。同时采用新型燃料元件,改进设计,延长堆芯寿期,达到50年不换料;

②适应未来舰载飞机电磁弹射、配装激光武器和电磁炮等新型武器装备系统的要求,增加核动力装置的发电功率;

③减小核动力装置体积和减轻重量,简化系统。④将核动力装置设计成两个独立的系统,每个独立的系统中汽轮发电机的数量与配置都能满足高生存能力的要求。

核动力作为目前功率密度和技术难度最高的能源技术,具有非常明显的优势。往往最为先进的技术通常都会在军事领域出现或者得到应用,核动力在船舶领域的使用也不例外。世界上第一款核动力装置就安装在“鹦鹉螺号”核潜艇上。

“鹦鹉螺号”核潜艇

世界上具有核动力舰艇研发技术的国家,目前也就联合国“五常”以及印度(还有一些国家具有核动力民用船舶技术,如“脚盆鸡”),无一例外的都是首先将核动力技术应用在潜艇上,而具有核动力航母技术的国家只有美、法两国。其中,法国的核动力航母“戴高乐号”的开发存在较大问题(采用核潜艇上的反应堆并进行适当改进,功率及可靠性均不能足),一直无法充分发挥其战斗力;前苏联层计划建造核动力航母“乌里扬诺夫斯克号”,但是直到其解体都未能实现,继其大成者的俄罗斯也只是建造了核动力巡洋舰“基洛夫级”。只有美国具有完整的航母核动力技术,其整体技术水平处于遥遥领先的地位。由此也可以一窥航母核动力技术的难度!

美国最新一级“福特”号核动力航母


法国“戴高乐”好核动力航母及核动力系统布置

“乌里扬诺夫斯克”号建造时的场景

那么,如果用于驱动航空母舰这样的超大型水面舰艇,对核动力装置有哪些要求呢?个人理解主要有以下几点:

1)较高的功率密度:这个功率密度可以简单的理解为单位体积可以发挥的能量,功率密度越高,在占用同样舰艇空间的情况下就能够提供更高的航速;

2)结构紧凑:航母上的每村空间都是非常宝贵的,结构紧凑一方面可以减小占用空间,另一方面也方便维护,提高综合利用率;

3)控制灵活:目前为止,航母还是海上作战的核心,肯定也是各种武器重点关注的对象,核动力系统需要能够及时响应机动性要求,因此就必须具备快速、灵活的控制能力;

4)维护简单:包括具有较长的换料周期(甚至是全寿期能不换料)、系统结构部件少、人机功能协调等。

就在2月27日,中船重工在官网和官微发布“新时代中船重工高质量发展战略纲要”全文,提及要“加快实现核动力航母、新型核潜艇、安静型潜艇”等攻关突破,为海军2025年实现走向深蓝远海的战略转型提供高质量武器装备”。这是首次有官方渠道证实我国正在开展核动力航空母舰的研究。国产核动力航母模型

我国目前虽然已经开发了2代4型核潜艇(第3代也将面世),但是在水面舰艇核动力方面尚未有经验。在开发航母核动力系统时,应充分吸收法国在“戴高乐”航母上的经验教训,从开发顶层设计中就做好充分的考虑和风险评价,否则,交点学费倒是次要的,关键是可能会对海军发展甚至国家战略造成一定的影响。

我国目前已研发的核潜艇


航母核动力技术是一个国家核能开发利用能力最高水平的集中体现,这不仅包括核技术,也包括高性能材料(燃料材料及机械材料)、高端制造工艺、先进控制以及完整的工业配套体系等。我国经过较长时间的高速经济增长以及技术进步,综合国力及科技水平已今非昔比。作为仅次于美国的全球第二大经济体,面临的日益突出的国际形势以及国家战略的调整,需要强大的海军维护国家利益,核动力航母首当其冲!

一体化反应堆结构模型

网络上关于国产核动力航母的CG图

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