伊丽莎白女王级航母的双舰岛，跟还是不跟

晨枫

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9 k# d% V! K6 O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

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。

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。


“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

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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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

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。
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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

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。

( x6 v9 _  k: T& s& l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。

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。


$ {0 w1 J0 |& ?9 b$ K9 U一般双动力机组水面战舰用纵向前后烟囱，如“伯克”


1 o) @: c" J! ~  b但也可用量舷烟囱，如071级两攻
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* L. }! O% u2 M1 j" Q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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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
3 j7 o- }4 U$ d, O4 G6 K9 X$ s2、有利于重量分布，降低甲板的横摇和纵倾
( d3 `4 d# ?/ a3、有利于电磁兼容性，两个大型结构有利于天线的物理隔离
- l2 z( n( X7 B$ i5 H) m4、有利于战损管理，一个舰岛被击中，不至于一损俱损
3 h( ^# ~' G. \" x0 G5、降低舰岛总重量和占地面积
# Y/ y: Z! W, y, e& G$ l6、便于升降机和停机区的安排

第一、三点好理解，不多说。

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。

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。
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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 j+ s1 z. W' m7 @# `" X8 M“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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% J! @: `0 g1 t- l5 h. k1 k" S0 o1 ^“山东”号的舰岛也长，可以与升降机的尺度相比较

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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$ V5 q# g, \. I0 @& v. a3 h- ^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。


/ @4 c, Z& |$ S2 s2 p7 x“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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' Q" Q' n; X6 V. }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。

4 h  m' e* e4 T, j0 A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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. z  \: Q6 h" H; ~& d$ C+ H003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。
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, P/ W: _1 M$ `8 \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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% x% ]+ s6 t3 [* N/ ]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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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。

沉宝

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。

晨枫

沉宝 发表于 2023-11-23 17:49
5 a! H0 m- Q) 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 ...

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。