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[武器展望] 伊丽莎白女王级航母的双舰岛,跟还是不跟

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 楼主| 发表于 2023-11-24 02:55:39 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-11-23 19:31 编辑 , K% j& B6 Z( b
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作为老大帝国的旗舰,英国的“伊丽莎白女王”级航母一言难尽,但技术上还是可圈可点的,尤其是双舰岛设计。
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英国“伊丽莎白女王”级航母的双舰岛初看怪诞,细思一下,发现很有意思5 }. i0 \  ?9 f7 v, e- o8 _
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航母设计最难的地方就是飞行甲板,其中舰岛是关键难点。传统航母都是单舰岛,尽量减少甲板占地,同时尽量便利航空运作。前舰岛、中舰岛、后舰岛各有利弊,也因此都得到采用。但舰岛设计与其说是由航空运作决定,不如说是由动力设计决定,更具体地说,由烟囱决定。% B+ J: E7 W3 [8 p% g

5 E2 N" \1 M; q2 l航母上的黄金地段是舰艏甲板后、斜甲板右侧和舰岛前方之间的三角区。这里最便于快速出动、着舰后快速脱离跑道、快速加油装弹,而且移动距离最短。最大的三角区保证最高的出动率和周转率。其他地段都可在一定程度上用于起飞、回收、加油、装弹,但都有各式各样的阻碍,如舰岛、升降机、弹射器、着陆区等。
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“福特”号舰岛后置,最大限度地扩大三角区,达到最高出动率和周转率' K/ E/ b- Y- S* S2 {; _

9 C* c! n2 [# v& {: Q" \- B8 X# c核动力没有烟囱,所以舰岛位置很灵活。美国核动力航母为了尽可能扩大三角区,一般舰岛位置尽量靠后。“福特”级后置,不仅获得最大的三角区,还把两台右舷升降机都放在舰岛前面,最大限度地便利于飞机调动。问题是后舰岛引起较大的舰艉涡流,影响飞机下滑,也远离舰艏,影响航海指挥。; _2 N2 y. P" r8 e$ N: y. J; ^

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8 z% |$ \* B/ M8 j3 [8 K6 q法国“戴高乐”号反其道而行之,舰岛前置,空出整个中后甲板为三角区,代价是舰艏右舷只能停机,不能起飞
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但没有烟囱也意味着可以前置,法国“戴高乐”号就是这样,把三角区整个移到舰岛后面,也是一个办法。问题和后舰岛反过来,有利于航海指挥,尾流干扰很小,但不利于对着舰飞机的航空指挥。前舰岛还决定了前甲板只能有左弹射器。
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" I5 V6 }5 B% m  J5 q蒸汽动力有沉重的锅炉,只能舰岛中置,三角区有所割裂,升降机也前后割裂,后升降机上的飞机要等到斜甲板着陆作业清空后,绕过舰岛才能到达起飞位置,利用率大大下降。! X! O- s& b" D. p9 j

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常规动力因为烟囱位置关系,常常只能中舰岛,既割裂三角区,也使得后升降机比价鸡肋! s- y4 E) r* v& X; r( t
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燃气轮机的重量大大降低。LM2500的功率为25000千瓦,重量只有4.8吨。相比之下,075使用的16PC2-6V中速柴油机的功率只有8.8千瓦,重量倒有100吨。同等功率条件下,锅炉加汽轮机的重量比中速柴油机更大。航母改用燃气轮机动力的好处显而易见。4 i+ n; q5 _9 r8 H
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较轻的重量也意味着更加灵活的布置,采用全电推进进一步增加动力布局的灵活性,传统航母动力设计中横向烟道设计的难题避免了。但燃气轮机的空气流量极大增加。LM2500的空气流量为70公斤/秒。相比之下,16PC2-6V的缸径和冲程都是400毫米,以500转/分计算,空气流量约8.2公斤/秒,相差近9倍,折算到同样功率,空气流量增加到23公斤/秒,依然相差3倍。& E& N! ~4 ~; n4 R/ e  A2 T

0 h" B/ j; E3 C% m/ k  y更加要命的是,燃气轮机对进排气的畅通要求很高,对弯道的容忍度很低,弯道意味着显著的功率损失。
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一般双动力机组水面战舰用纵向前后烟囱,如“伯克”& j; L' s/ S( N$ G  O

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但也可用量舷烟囱,如071级两攻
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/ i' ]% l. Q" S0 F对于一般战舰而言,这不是问题,两个烟囱沿纵轴线前后布置不是问题,左右布置也不是问题,但对于航母,左右布置不行,单舰岛的话,前后布置也不行。
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所以“伊丽莎白女王”级一反惯例,采用双舰岛。
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9 T( g7 r6 D. D- G* x. I这首先解决了两台燃气轮机组的进排气通道问题。但双舰岛也带来一些意外的好处:5 A- ~0 k/ {: i) T; Z* c* S
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1、可以妥善均衡航海指挥和航空指挥的问题: u9 T9 `' F. j) B3 Q3 K; k+ S3 A% K
2、有利于重量分布,降低甲板的横摇和纵倾
3 d+ y. R( k# c3、有利于电磁兼容性,两个大型结构有利于天线的物理隔离
. @. _( K, Z1 o; F  I6 i& T$ X4、有利于战损管理,一个舰岛被击中,不至于一损俱损& x% S3 }; s) V' Q, |
5、降低舰岛总重量和占地面积
9 J: R# O) @2 i) o, I* ^4 y3 d6、便于升降机和停机区的安排& D% ~8 h4 q& @  R0 J
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第一、三点好理解,不多说。
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第二点有点费解。燃气轮机大大降低动力机组的重量,两个较小的舰岛的总重量实际上不高于甚至低于一个很大的舰岛,重量分散比集中更加便于管理,这一点在第5点还要谈到。: h8 I5 S1 J: U& Y( c

; k0 K( K$ f$ c2 h/ U# i7 U2 L0 U' @第四点除了显而易见的方面,单舰岛意味着单进排气结构,被击中后两套动力机组都要受到影响,所以双舰岛也提高动力机组的抗战损力。1 Y1 T& F6 z7 t

; C6 _% ~" Q4 o( a8 l第五点比较费解。单舰岛为了容纳两台燃气轮机的进排气系统,往往必须较长,甚至比舰岛舱室容量要求的更长,如“美国”级两攻。“山东”号航母的舰岛比“辽宁”号有所缩短,但还是较长,大大增加右舷重量。这可以通过左舷的斜甲板增加外飘来平衡,代价是增加横摇惯量,不利于风浪中的飞机降落。
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1 U2 {6 W1 d) A“美国”级用两台LM2500+燃气轮机作为动力,但前后双烟囱还是使得舰岛格外地长
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1 l" y  h8 h0 h- s“山东”号的舰岛也长,可以与升降机的尺度相比较
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5 w1 i8 c, Q( X) a4 [( z双舰岛在某种程度上是把长长的单舰岛从中割断,实际上是降低重量、减少占地面积的,尤其是采用下小、中大、上小的菱形外形的话。
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长长的单舰岛只能中置,也对升降机和停机区造成困扰。升降机应该与三角区相邻,但中舰岛决定了后升降机不仅远离三角区,还要跨入着陆跑道、绕过舰岛才能到达三角区,所以使用率很低,有点鸡肋。
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$ g' p9 t9 s8 {7 y8 g2 y, M8 ?% c双舰岛的话,舰岛之间是天然的升降机位置,也可作为停机区使用。另一个升降机就看双舰岛是前-中布置,还是中-后布置了。“伊丽莎白女王”级因为放弃弹射起飞,前甲板右舷用作停机区,采用前-中布置解放出后甲板,便于停机,便于STOVL的F-35B从后甲板滑跑起飞,还便于无人机从后甲板斜穿滑跑起飞。
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“伊丽莎白女王”号的前后舰岛占地都很小,可以与升降机尺度相比照
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9 W& C9 }! J9 j7 o, l% }* Z解放出来的后甲板很宽大,甚至能容许无人机斜向滑跑起飞
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7 e9 q8 f1 ]3 U; x' h/ Q无人机对海洋战场有大用,但大翼展对航母上起飞“碍手碍脚”。另一方面,大翼展也使得起飞和着陆滑跑很短。在“伊丽莎白女王”号上,MQ-1B“莫哈维”无人机在后甲板斜向滑跑起飞,巧妙地避开了舰岛,既尽可能地利用了甲板的面积,又保证安全,万一起飞失败,直接掉海里就是了。着陆时为了降低难度,还是沿着航母航行方向直对着着舰的,好在滑跑距离很短,没有翼尖触及舰岛的危险。
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+ J% i6 h0 l! b: M但对于弹射起飞的航母来说,可能还是中-后舰岛更加有利,尽可能解放三角区,便于与舰艏甲板右舷弹射器协调。
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003海试在即,004会等003积累一点使用经验再造。005是核动力还是常规动力,现在还争论不休。现在看来,核动力在油弹载量、在航率、载机数量和出动率方面都缺乏足够优势,常规动力不仅成本低得多,还有在航率高的优势。005和006依然是常规动力的可能性不小,但未必沿用蒸汽动力。
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' z' f- l3 L( @/ _4 p/ I中国已经初步实现舰用燃机自由。现在常用的QC280用于驱动航母还是有点不够给力,更大功率的舰用燃机已经没有不可跨越的技术障碍了,更带来新的机会和挑战。6 a& Q( |3 ]; c+ j8 ?9 i

& t: s3 u+ M4 }  n' Z003的蒸汽动力决定了必须采用中舰岛,代价是前后割裂的升降机,而且前升降机与舰艏甲板右舷弹射器的位置平行,不便于同时运作,影响周转率和出动率。后升降机进出在着陆跑道和舰岛之间绕来绕去,使用不便。" G; M0 E) L& I0 S9 Q# [/ o: D5 f
3 X2 C1 _2 U  e6 k0 r

; o9 g3 u% Q2 J5 t005如果采用中-后双舰岛,前升降机的位置可以更尴尬,但后升降机夹在两个舰岛之间,大大便于进出,甲板布局更加合理
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! Q4 k3 n% ^' N8 b' _$ m! I如果005采用双燃气轮机动力,采用中-后舰岛,前升降机的位置可能更加局促,但不比003更坏。后升降机靠前,大大便利进出和飞机调度。要是能进一步优化,前升降机也避开右舷弹射器,这就真的接近“福特”级的出动率了。

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沙发
发表于 2023-11-24 07:49:59 | 只看该作者
也许还需要全电综合系统的加持才能最大程度发挥上述设计的优点。传统传动由于轴系的缘故,动力模块不得不布置在较深的舱室,并且靠近中线的位置。舰岛在右舷是不可更改的,由此燃气轮机的进排气道会占用很多空间,重量上也显得头重脚轻。全电综合系统解除了这个位置上的束缚,使得动力模块的布置更灵活,这样可以大幅度缩短进排气道的长度,减少流气损失,重心分布上也会更加合理。
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板凳
 楼主| 发表于 2023-11-24 08:02:14 | 只看该作者
沉宝 发表于 2023-11-23 17:495 d, _. G2 s3 [0 I& u
也许还需要全电综合系统的加持才能最大程度发挥上述设计的优点。传统传动由于轴系的缘故,动力模块不得不布 ...
8 {7 ?' _. l& ]: E, o. S$ A+ N
没错。“伊丽莎白女王”级恰好是全电推进,避免了轴系位置问题。, J! S* l, _, d6 w) c
2 a2 P9 j, C7 H% ~- _
燃气轮机重量轻,重量分布上倒是问题不大。
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