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标题: 伊丽莎白女王级航母的双舰岛，跟还是不跟 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2023-11-24 02:55
标题: 伊丽莎白女王级航母的双舰岛，跟还是不跟
本帖最后由 晨枫 于 2023-11-23 19:31 编辑 + j8 M5 h! \2 H0 }$ G

9 W" y+ n7 ?0 C3 u/ J# M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。, g  A" c8 ~! @6 k- e
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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: Q. K; U2 M: g8 t2 \. o& ?
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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。; z4 ~5 n% M; O( d' x

. t# T1 q% a2 E0 V' J+ o, }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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. m/ L5 `7 j6 [) L# ?5 ]  i1 L“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' H! G3 A. B4 S9 F
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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 s5 J, C; U9 M1 s

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/ \5 e7 p5 {' {8 q% E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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+ d: B8 `: U1 S$ c& `( H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。% L7 W8 G6 ~6 S: W3 P
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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
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5 G0 a' u7 g- @$ S; O9 I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。9 s1 ?% H. |' G7 m: e9 s
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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。) [6 h8 S2 ^$ q) T
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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。8 y+ A8 v2 c- T, q, I) t/ l  V9 _

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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”
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但也可用量舷烟囱，如071级两攻* Y7 I) f. m- M; h: C8 }
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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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' ]! I* ]2 F7 e4 z3 K/ R所以“伊丽莎白女王”级一反惯例，采用双舰岛。
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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：# T0 y' h0 ?7 n+ u5 e$ @+ R5 P" {
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1、可以妥善均衡航海指挥和航空指挥的问题" n& X/ _% M+ m6 h: z
2、有利于重量分布，降低甲板的横摇和纵倾
/ j! V4 }! r! V3 l  {3、有利于电磁兼容性，两个大型结构有利于天线的物理隔离$ n- p8 l2 \* e* R) A. x" m( c  m
4、有利于战损管理，一个舰岛被击中，不至于一损俱损
. N, d, _0 S* ?" W: G3 g5、降低舰岛总重量和占地面积
2 M3 [! E' [* b1 e/ o# H0 z6、便于升降机和停机区的安排
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第一、三点好理解，不多说。' h  S" d1 d( q2 ?8 x

* u7 }- x& _" s* f% p8 L( x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。0 x! E1 u8 W) q# ]
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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。5 u8 h7 w) j# T6 v* P3 N) E

- v; m8 R7 g9 _0 _- Y% c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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“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8 w/ m! S# B& m! F

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8 y. ^" d' y7 s6 t! ^“山东”号的舰岛也长，可以与升降机的尺度相比较
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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。( Z- I8 q3 m) [2 _5 g

7 M  P1 S' W6 F# v* A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。$ E8 l  o! ~. y% l. {/ P: V8 y
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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4 o: U" ^% ]$ x$ E3 |5 U

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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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4 e! ~5 P- F( i9 q, J: u  v) x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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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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7 m" m6 U+ i. A: B003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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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。2 w* g: y6 p4 i9 U
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003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。
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005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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9 Z: K0 p) S: g# Y3 x5 R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。
作者: 沉宝    时间: 2023-11-24 07:49
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。
作者: 晨枫    时间: 2023-11-24 08:02
沉宝 发表于 2023-11-23 17:49
6 N: c* J( T; ~! Y  k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 ...

/ L! p" x9 S! b, E" d1 S$ b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。
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燃气轮机重量轻，重量分布上倒是问题不大。



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