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版主:黑木崖
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装上同层机库,滑跃航母就能击败福特号
送交者:  2025年04月19日05:01:44 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

据说福建舰技术上已经超越老美的福特舰,不过有几件事仍然被人诟病,那就是载机量不足,而且升降机只有两部,战时无法把战机从下层机库迅速调上甲板,要跟福特舰叫板,这些问题需要解决。

航母的运作和载机量跟其甲板面积有关系,更大的甲板面积有助于舰上飞机调度,同时大的甲板面积,也能停更多的战机。比如老美的很多航母,时常把战机堆放在甲板上。如10万吨级的尼米兹号,最大载机量106架,但其机库的最大载机量为45架,其中包含F/A-18-E/F“超级大黄蜂”战斗机35架,E-2D鹰眼预警机2架,另外还有MH-60R直升机8架,其中固定翼飞机为37架。相对之下。甲板上规划有61个停机位(没有停机位的位置缺少系留孔,飞行无法在摇晃的甲板上固定),相应的,甲板上最多时可以停放61架各型飞机,加上机库里45架,总共106架,但大部分是放在甲板上。不过尼米兹级航母正式编制的舰载机数量只有75架,这些舰载机并非全部都是固定翼的战斗机,其中有19架为直升机,主要担负反潜、救援、补给等任务,F/A-18-E/F“超级大黄蜂”战斗机44架。机库里真要塞满45架也不是正常状态,通常还是有约半数的战机呆在甲板上。



尼米兹航母机库

这些甲板上的战机被日晒雨淋,又被海面上的盐雾腐蚀,损耗很大。现在的战机有很多电子设备,这些电子设备更易被海面盐雾侵蚀。在冷的时候还会结冰,这些问题对五代机来说是非常有害的,因为五代机的吸波涂层非常娇贵,容易脱落,这些五代机很多时候是存放在恒温恒湿的机库里的。因此这些问题需要解决,同时战机从下层机库调上甲板需要昂贵沉重的升降机,比如一艘尼米兹航母上装有四台升降机,每台的面积接近400平方米,尽管采用了全镁铝合金,但一台自重都超过了100吨,可以在一分种内将两架重达45吨的F18战机送上飞行甲板。平时航母在航行的时候,不少舰载机是放在机库里的。到了战时才通过升降机把舰载机送上甲板。航母的战斗力由航母舰载机的出动率来决定,最短的时间内出动的架次越多,打击能力就越强。如果升降机在关键时刻出了毛病,整个航母可能都要趴窝。因此如果把机库建在甲板上,那么就不需要升降机,同时甲板上的战机也不需要暴露在盐雾和日晒雨淋中。问题是现在的航母,甲板面积不大,要增加甲板面积,就需要增设副甲板。

辽宁舰和山东舰,甲板面积更小,就算堆满战机,辽宁舰最多也只能载36架,要达到福特级航母的载机量,辽宁舰至少要增加39架载机。每架歼15满载重量33吨,增加39架,满载重量是1287吨。要承载1300吨的重量,对一般的船很轻松,比如集装箱船东方新西兰号载重量是50490吨,空船重量只有16758吨,载重量是空船的3倍,因此理论上只要跟一艘自重500吨的集装箱船,就能拖带39架满载的歼15。 不过航母要求高些,要多增加些排水量。要多放下39架舰面甲板面积至少要增加5600平方米。因此需要加个副甲板,方法如图所示,在辽宁舰右边增加一块跟航母长度一样宽36米的副甲板,甲板和舰载机重量可用一潜水浮筒承载。之所以用个浮筒,而不是水面浮体承载是因为浮筒可放在水下5米,受波浪影响较小,有利于战机起降,同时水下浮筒可减小兴波阻力,在舰船高速行驶时兴波阻力可以高达总阻力的50%以上,使用小水线面潜水浮筒结构,航母发动机不需增加太多功率。只需在副甲板下加装一个两万马力的柴油机发电机或燃气轮机发电机,在浮筒后面加装一个电驱螺旋桨就能提供足够推力,而一台两万马力柴油机不过30吨重,体积二十多立米,燃气轮机更轻。不用电推,直接把柴油机放进浮筒里也不难。此外,原辽宁舰采用的是俄制TB12蒸汽轮机,俄制蒸汽机效率较低,其蒸汽工作温度只有450~470℃,压力6.4MPa,单台功率只有4.5万马力。而美小鹰级航母的蒸汽轮机工作温度580℃,压力8.4MPa。更高的工作温度和压力,意味着更高的效率和同体积下发电机更大的功率,中国已经把蒸汽轮机改进到与小鹰级580摄氏度相当的级别,研发了453D发动机。其单台功率达到6.5万马力,辽宁舰如果换装453D发动机,那么四台发动机总功率将达到26万马力。就是比原来的俄制发动机多出了6万马力。将多出的部分用来发电,然后通过电动机驱动浮筒后面的螺旋桨应该足够有余,所以无论是采用增装燃气轮机、柴油机还是改进提升蒸汽轮机的路子,提供副甲板的驱动力是完全没问题的。多了个侧推螺旋桨,航母的机动性也能增加。


带副甲板的滑跃航母

辽宁吃水宽度只有35米,但甲板宽度有75米,因此两边平均可以外飘出20米。外飘甲板的支撑结构需要承受较大的力,本设计因为在右边加装了浮筒,甲板两边都有浮力托着,不需外飘,因此支撑的钢结构所受的力也可以减少,有利于轻量化设计。注意原来的航母因为外飘不能太大,而船头船尾是尖的,因此舰首舰尾甲板也收窄。可是加装附加浮筒后,因为没外飘,甲板是两边托着,所以不需要像原来的辽宁舰那样,舰首舰尾收窄,因此加装的甲板面积不是36x306=11016平方米,而是更多。图中黄色部分划出来的是多出来的甲板面积,这多出来的部分大约有1千多平方米,因此加装副甲板后,辽宁舰的甲板面积增加了约1万2千平方米,比需要的还多了6400平方米。山东舰的舰岛比辽宁舰短了10米,福建舰比辽宁舰进一步缩短了20米。因此舰岛面积可以收缩,并舰岛后移,给起飞空出更多空间。起飞区的面积增加了,调度起来方便了很多。

副甲板大幅增加甲板面积

在副甲板上部分地方搭上棚子,建成同层机库,以便在恶劣气候下把战机收入机库,不遭受冰雹之类的天气打击。福特舰有三台升降机,而辽宁舰,山东舰,和福建舰只有两台升舰机,战时可能来不急把战机从下层机库运上来。这个问题一直被人诟病。在副甲板上建起同层机库后,这个问题很轻松地解决了。由于该机库与飞行甲板同层,打开机库卷帘门或滑动门就能直接开出来,根本不用升降机,调度起来容易多了。两台升降机足够用于调度下层飞机了。为了进一步方便调度,还可以再外飘出去一些,以便舰载机牵引车运动。美国尼米兹级航母配备的A/S32A31型舰载机牵引车外形设计的十分低矮,呈扁盒状,车身四周没有设置任何突出部件,以方便其在飞机头和机翼下面活动,还有效降低了车辆重心,使其在牵引飞机时可以行驶的更为平稳,而且不会对飞机轮轴产生向上的牵引力。这台车长为3.5米,宽度1.8米,高度1米,离地间隙20公分,自重9.7吨,转弯半径为零。因此这部分为牵引车外飘出去的部分只需加宽5米左右就够了,这部份不承载舰载机,只让牵引车通行,当然歼15的机头或机尾伸到牵引车道上是没问题的,因为机头机尾有一段高出地面不少,不影响低矮的牵引车通行。由于牵引车的重量只有舰载机的1/3,因此这部分的甲板厚度只需1厘米就足够了,增加的重量很少,但牵引车多了自己的通道就不用走停机坪,运行时不占用停机面积,可以增加舰载机停机密度,从而增加载机量。这种机库牵引道只有在副甲板上才能加,在舰内机库就没有那个空间。原辽宁舰机库长153米,宽26米,面积不到4000平方米,存放战机时显得紧巴巴,只能存放区区22架飞机,山东舰拆掉了辽宁舰前部舰载导弹的发射装置,扩大了机库,把战机存放量增加到了24架。


辽宁舰内机库

同层机库上的平顶也不能浪费。只要装上5厘米厚的甲板,就能用于战机降落。通常的航母降落跑道宽度只要二十到三十米,同层机库宽36米,用于舰载机降落搓搓有余了。因此同层机库可做成与滑跃甲板同高,也就是7米高,240米长,再加上一个36米长的下坡道,在舰头留下30米长的平地空间,足够战机调头了。这个下坡道的坡度22%(12.5°),不算太大,美国旧金山榛子街和旧金山22街的两条通车街道,最大坡度为31.5%(大约17°),汽车上下都没问题,舰载机着舰只需100米左右的跑道,在同层机库顶部着舰后通常是用牵引车牵引的,航母上的牵引车,怎么地也应该做得比一般的汽车强,牵引舰载机下坡个12.5°的坡应该没问题。

同层机库

36米宽,240米长的同层机库,足够容纳60架歼15,加上下层机库的24架,统共可容纳84架战机,已经超过福特舰的正式编制的75架舰载机数了。副甲板面积约12000平方米,再加上同层机库顶上的8640平方米,扣除下坡道占用的540平方米,比原辽宁舰面积增加了20100平方米,辽宁舰原来可用甲板的面积是14700平方米,再加上副甲板面积和同层机库上的顶层甲板面积总面积达到34800平方米,福特舰的甲板面积才19818平方米,比福特舰多了14982平方米。由于战机在同层机库的顶上降落,原来用于降落的斜角甲板,现在不需要了,起飞与降落重叠区不存在了,那些地方释放了出来,可以全部用于停机、起飞和调度。歼15就算全部从195米的长点起飞,如下图所示的整个起飞区所占面积也就7800平方米。除去同层机库顶上的降落甲板的面积8640平方米,可用于停机和调度的面积高达17604平方米。理论上可放121架歼15,舰内下层机库可以放24架,统共可载145架歼15。如果歼15只在105米短距起飞位起飞,那么停机位还能多出4250平方米,总的歼15停机数可以高达174架。而福特舰就算把甲板都堆满战机,最大载机量也不过106架。当然,蛋不要都放一个篮子里,一艘航母上没必要放那么多战机,放75架足够,下层机库不用搞得那么挤,放15架就够了,主要用于维修,上层放60架,可全部置于机库中。如此,该航母留下了大量的甲板面积用于战机准备和调度,战机可从甲板左、右、后方和同层机库前后轻易出动到起飞点,调度起来远比福特舰,福建舰轻松容易。下层机库的15架战机,战时用两台升降机慢慢调上来就足够了。




副甲板用38毫米厚的高强度钢做成,36米宽,306米长,38毫米厚的钢甲板重约3365吨,外漂的牵引车道甲板宽5米,长240米,厚1厘米,重只有94吨,降落甲板宽36米,长240米,厚5厘米,重2340吨,下坡道有15米宽就足够了,斜长36米,厚38毫米,重160吨,共重5959吨,乘载60架歼15,每架重33吨,总共重1980吨。战机和甲板加起来共7939吨,注意,这约八千吨的重量并非全部由浮筒承担,而是处于浮筒和舰体之间,应该是两者分担的,估计使用一个直径6米的浮筒,提供8千多吨的浮力就足够支撑一个36米宽306米长的副甲板、降落甲板、战机,和支撑钢架结构和推进装备了,当然航母的吃水增加了一些,整个满载排水量从6万吨,提高到约7万吨。

目前钢价不过4千元一吨,制造总重不超过一万吨的几块钢板和一个圆筒,材料成本不过4千万。柴油机每马力1260元,两万马力柴油机成本不过3千万,再加一个螺旋桨等,为航母加块副甲板的成本不过几亿,相对于福建舰上上百亿的电磁弹射成本,给辽宁舰或山东舰加装副甲板和同层机库提升的战力更多,成本效益要高得多。同时因为不需要安装弹射器及其储能系统,航母主体节省下大量的空间和重量,还能进一步增加载机量。

以前军迷们总说歼15不能在105米起飞点满油满弹起飞,其实是错误理解 事实上,根据苏军在“库兹涅佐夫”航母上的实践结果,就算库兹涅佐夫号滑跃甲板只有12度,在甲板风的帮助下,苏-33也可以从重载起飞点满载起飞,从前部短起飞点实现正常重量甚至满载起飞。根据苏联涅瓦设计局编写的《我们的航母》和苏霍伊官网上由苏33副总设计师撰写的《苏33》一文的数据,俄罗斯的苏33舰载机,25节甲板风时,就算两个发动机坏了一个,苏33战斗机也能够在105米一号和二号起飞位以29200千克的起飞重量安全起飞。而在195米的三号起飞机位,即使是32800千克的满载状态下起飞,就算只用一个发动机也能够安全起飞。

“辽宁”舰的滑跃甲板为14.3度,相对于滑跃甲板为12度的库兹涅佐夫号,在使用同一机型时,可以增加10%的起飞重量,也就是说,苏-33即使从“辽宁”舰的短起飞点起飞,也完全可以满载起飞,并且安全性能也会提高。同理,基于同一原始机型发展改进而来的歼-15完全可以实现满载起飞。 在使用一个发动机起飞时,苏33的推重比是0.43,可以从195米位以29200千克的起飞重量安全起飞。苏33的A31发动机不加力时的推力是7.6吨,那么当以32.8吨满载起飞时,如果两台A31发动机不加力,推重比是0.46,超过以一台发动机加力推进以标准重量(29200公斤)起飞的苏33, 因此在长距起飞点起飞时,苏33可以不使用加力满载起飞,歼15也应能做到。由于加力起飞时油耗量很大,所以从195米位非加力起飞,能为歼15省些油。

如前所述,就算在195米位起飞,本设计的航母可用于停机和调度的面积仍高达17604平方米。而福特舰扣除降落区和起飞区后,剩下的停机和调度区只剩下约10000平方米。以前军迷们反复说,滑跃占了太多甲板面积,以致滑跃航母上没有足够地方停机和调度,现在大家看明白了,只要装上同层机库,就算滑跃航母以195米的长距满载起飞,甲板上停机和调度的面积仍比福特舰多七千六百平方米,如果在105米短距位起飞,那多出的调度和停机区域高达1万1千多平米。以前军迷们说在105米短距起飞点滑跃起飞不能满载起飞,现在195米起飞,军迷们再也不能说不能满载起飞了吧?以前军迷们说在195米长距起飞点滑跃起飞占据太多甲板面积,现在增加副甲板和把起飞降落甲板分开后,即使在195米起飞,剩下的甲板面积仍比福特号多了七千六百平方米,你再也不能说甲板面积不够,调度不开了吧。所以以前军迷们说滑跃起飞的所有问题都是可以解决的,现在都不再存在了。

此外,以前歼15用的是俄制AL-31涡扇发动机,该发动机的推重比较低,推力只有12.5吨,导致苏33在满载时的推重比只有0.75.但最近中国发动机研发进展迅速,据说歼15已经换装国产涡扇10c,其推力增加到14.52吨,那么歼15的推重比就能增加到0.88。此外沈飞还发展出推重比更高的涡扇15,其推力高达18.5吨,如果歼15装上涡扇15,那么其推重比可以进一步增加,也许在航母不动,零甲板风时歼15都能在105短距起飞点满载起飞。

预警机在滑跃航母上起飞也是没问题的,老美的E2C预警机就能从滑跃航母上起飞。目前的空警-600飞不起来,很大程度上是因为其发动机涡桨-6c功率不足,只有3350马力,跟E-2的发动机的7323马力有相当差距,但目前中国发展出AEP500发动机,单台最大输出功率5000KW,大约折合6800马力左右,已经接近E-2C的发动机功率了。不过随着技术的改进,下一代预警机应该至少赶上E-2的水平,在航母上滑跃短距起飞应该不是问题。

本设计的降落甲板设在同层机库上,比主甲板高了一层。多层甲板的设计,二战时曾经尝试过,但被判定为不成功,原因主要有两点。1.多层甲板导致航母重心上移,导致航母横摇加巨,舰载机起飞困难。2. 旧日本帝国海军也发现,频繁起飞舰载机后,由于下层甲板的通风问题,高温和烟雾,几乎很难散去。结果就是下层甲板的工作效率,远不如想象中的那么乐观。如果是现代喷气机,这个问题显然会更加严峻。在下甲板,舰载机喷焰将导致区部温度上升,影响甲板人员的操作。由于其上部有甲板,舰载机尾部喷出的热焰产生的高温不易散去。



二战时的双层航母

不过以前不成功,未必在情况改变后也不能成功。本设计与二战时三四万吨航母的主要差别在于,加装浮筒后,该航母虽然达不到双体的标准,但至少也是一体半航母,在水下5米,波浪影响深度之下的浮筒,增加了航母的横向稳定性。那同层机库上的甲板是被原舰体和浮筒两边托着的,不像以前的多层航母,是安在单体舰上的,因此没有以前单体航母的高层稳定性问题。就像四轮汽车比两轮摩托车稳定性高得多一样。另外,舰船的适航性跟其水线长宽比相关,船越宽,横摇也越小,适航性越高,对舰载机起飞降落越友善。辽宁舰水线长270米,宽35米,长宽比是7.7。加了36米宽的副甲板后,长宽比变成了3.8,就是水线宽度变宽了,横摇减少,适航性提高。同层机库上的甲板跟起飞甲板也不在同一条线上,并不安在起飞甲板的上方,不影响发动机喷出的气体向上运动。由于航母舰载机起飞时是顶风航行,喷气发动机喷的气被吹向后上方,不受边上的甲板影响,所以以前影响多层航母的不利因素都不存在。由于机库在同一层,降落的舰载机通过坡道都停在主甲板和同层机库上了,不需升降机来调度战机,因此也没有多层甲板的舰载机调度问题。

最近报道歼35已经上舰,因为歼35的体积比歼15略小,因此如果用五代机歼35取代歼15,载机量不会下降。由于甲板面积比福特舰多出1万4千多平方米,理论上可载145-174架歼15,那么今后舰载机进一步升级,比如歼36上舰,也不是不可能,歼36长度与歼15接近,但翼展约比歼15大了60%,因此如果今后歼36发展出滑跃型舰载机的话,就算翅膀再大点,比歼15大一倍,那在此装同层机库的航母上放上75架也没问题。至于比歼36小的歼50,则可装更多。据说歼36是六代机,秒杀福特舰上的F35五代机应该没问题吧。所以7万吨的滑跃航母装上副甲板和同层机库后,不但载机量增多了,调度变容易了,舰载机的档次也提高了,秒杀10万吨的电磁弹射航母没任何问题。

 综上所述,航母的战力很大程度决定于载机量和甲板上的调度能力,要增加载机量和提高调度能力,就要设法增加甲板面积,但设计思维不需要局限于常规路子,一昧增加吨位,可以考虑横向发展,增加一个用于搭载战机的副甲板和一个潜水浮筒,相当于跟随了一艘战机运输舰,航母只要加装副甲板和同层机库,并把降落甲板装在同层机库之上,就能大幅增加甲板面积,使一艘7万吨的航母载机量超过10万吨的福特舰。并能完全实现降落与起飞分开,方便战机调度,让舰载机在以非加力方式满载起飞的情况下,仍有超过福特舰的甲板停机和调度面积,完全消除以前军迷们诟病的滑跃起飞存在的问题,让滑跃航母的战机出动效率超过老美使用电磁弹射的福特舰,而造舰成本却低得多。目前十万吨的福特舰造价提升到150亿美元,而山东舰造价不过30亿美元,加上副甲板、浮筒和同层机库后,成本不会提高很多,大概只及福特舰的1/4-1/5,但战力却赶上并超过了福特舰。所以中国军工要记住,世界上有别的路子可走,别成天跟屁老美,走自己的路。


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