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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
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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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1 F; I  E& g/ i2 {  x  w1 w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, x& G- I1 {: k  \1 `

6 ?3 @  z$ O$ ~& Y! o9 i& l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。
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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。* x# t. I0 a8 ^6 s2 \
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" d8 D. q3 R+ e' L( H% Z, w“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) c7 o( w; I4 M3 V/ Q) r% E
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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。# P  [7 Y" I) f0 ]+ M7 r7 b

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1 G* e3 \. F0 L$ F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- h( \8 p( C. z  G6 Z' y5 \

/ n4 Y; c0 M! E  k5 A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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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。) p1 D% @8 G' E0 E7 @8 p% T

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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7 w3 @" d/ {; u; r: N3 Z

( Q0 _5 K. C; M0 e: s" G) v7 l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。9 _2 f2 n# J) z2 U/ z: k4 y

) [6 o5 Y/ J' x# p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。6 l; x$ G' Z4 p4 q" j1 _6 G
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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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# q: }, u  o& a! {* H# Q. p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。
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, R; l% a2 Q  P+ w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:
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1、可以妥善均衡航海指挥和航空指挥的问题
: {4 X; u# B& r0 i; S- d* l- G2、有利于重量分布,降低甲板的横摇和纵倾
8 [2 E7 V! E1 e+ O4 p# U* K) [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
' V: x4 x5 @/ e# Q' `4、有利于战损管理,一个舰岛被击中,不至于一损俱损
7 e- {; }/ l2 X5、降低舰岛总重量和占地面积, F- ^1 s8 i4 x+ r- Z
6、便于升降机和停机区的安排
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" H# f; h. R; U# i; C! y' R, |% ~第一、三点好理解,不多说。. b9 H  }6 b5 i

- a" E+ C- ^# R* A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。& [! m" D& u' _4 P' S
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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。* h+ F) o/ @" W1 {  G# C

7 ?  S2 K' g3 j8 F. }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。8 u1 g3 S4 q7 Y4 D( ^  k, L: H8 y
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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, S5 V/ g) }8 p7 ^9 B% c; f0 {

7 v1 y/ }- R/ w- l
( \  l9 y3 v5 O0 H, Y“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 Z5 j' J) n& T( {  Y/ I0 ~0 A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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# t( e) b- V& H* ~' O1 y' ^: m4 E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。6 P) f4 l2 j5 u$ I

  x, V3 ]2 c" c% q/ ^& o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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1 ?; d( w5 y% |( h! |“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; {# t0 x0 ~0 h5 x
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7 t- R* b4 q1 C8 H) W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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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。7 e+ p6 v: w  U8 D2 N. d* w! a9 ^
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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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  T! X/ c$ W9 a* n003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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3 K: _: \/ ]" f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。
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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- z/ U$ E( M: I  d6 q& g* P

: t5 T  s* }: c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 17:49
5 J( h9 h& u+ j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 ...

7 m' c! B: w+ ], p5 t, ~0 ^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。
; y+ t4 w/ O: }: j( A* }# c6 L6 O) |9 K' z) p3 i' V" f
燃气轮机重量轻,重量分布上倒是问题不大。
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