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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
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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
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6 ?% j# O* Q- o# v7 y/ ^  R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。0 ~# z8 |& }+ J& m! r& [1 j5 [

- e4 y0 F: Q8 R( D7 g1 n) a5 S4 Q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
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$ h# _) W6 u) b4 D! ?% \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。
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2 s# `! b' u+ B2 ?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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  S8 _" E) _. u* H5 w7 V: `1 x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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' B! _6 {6 L" V7 d% P( e; ]$ p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。6 F. f9 r1 ~5 k7 L, E. f$ ]3 ^: D
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3 A9 E- Q: j: h5 l2 R0 ]* d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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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。
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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。
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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。
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3 ^( o% c, A/ X' R; S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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( z$ o5 e& V' Q8 @- G但也可用量舷烟囱，如071级两攻
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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。) d0 H- `) Y. }" f( S6 s0 P! N( ]
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所以“伊丽莎白女王”级一反惯例，采用双舰岛。6 O/ K# I/ s, W* ?+ V, G

: w5 N' k6 C2 ^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：
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1、可以妥善均衡航海指挥和航空指挥的问题
! g( ~# \1 s) |( [7 p$ i! W2、有利于重量分布，降低甲板的横摇和纵倾
1 X6 N0 J! `2 S6 ^# U4 w3 [0 e3、有利于电磁兼容性，两个大型结构有利于天线的物理隔离2 D4 `! T! _. J) C' M! r: H
4、有利于战损管理，一个舰岛被击中，不至于一损俱损
- T1 {, F; a. s7 p* K5、降低舰岛总重量和占地面积
+ u% ], R8 x; N" Q6、便于升降机和停机区的安排2 H* _0 F: {% F! z% u0 G& I

$ c+ L" c) `  ^  _0 x第一、三点好理解，不多说。# M9 b# f4 `6 B9 `7 \  p3 [

, ^: X; W2 H/ T1 ^. v# u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。9 w% r! I( `6 o0 ~0 S

7 N7 E1 C, e6 y: z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。) p! B1 r0 s! }. S. H

- B$ U& x- {! x) {+ p0 |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。4 v, g6 s* B' C
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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
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2 Z1 w6 D1 U1 A8 H# o“山东”号的舰岛也长，可以与升降机的尺度相比较* L9 W# S0 O' s, l9 u9 e

9 o& S; S# `/ c0 u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。+ N  s2 J1 l3 _

4 X- M$ \7 p/ ]8 ]( d; M, D9 q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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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。& |  G$ ]: V$ x+ i% E9 G

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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. ~& ^+ Z( \. Y) A" I' B5 ?/ Q$ z2 z
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: R# \" I4 J+ _" u* @' r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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0 I$ f! J( Z1 r# r* a+ n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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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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, T* D; u. I! o: N1 F5 K) x8 c; E; J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。  e* P9 U7 o0 d* q) p) ]6 t  s
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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 _* r7 r7 G/ h# m1 D( O" M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 17:496 X1 M& A# {8 }) q/ D3 o/ |
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 ...

) \; i7 q) i3 _- J8 @1 _- q7 k4 y: h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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