铂程斋--《不可能的工程》之福特号航空母舰

xilei 发布于 2019-3-24 11:32:00

福特号航空母舰造价达约130亿美元,是美国海军有史以来造价最高的一艘舰船。建造福特号,就像搭积木一样,级航母的舰体结构由447个大型模块拼接而成。在总计447个模块中,重量少则100-200吨,如升降梯为105吨;重则500-600吨,如球鼻艏为680吨,最重的结构件是飞行甲板桥总成:1020吨,几乎达到龙门吊1050吨起重能力的极限。福特号电力光纤电缆长达1400万英尺,这一长度超过了地球与国际空间站之间距离的10倍。
   电磁弹射器(EALS),这是福特级最大的亮点。以前尼米兹级是蒸汽弹射器(C-13-2型),蒸汽弹射器并不是不能弹射战机,但是与电磁弹射器相比,简直就是蒸汽机与电动机相比。不仅使用麻烦,维护费用高,使用过程中也一直让人头疼不已。特别是蒸汽弹射器可调性差,发射阀控制时无法实现精确控制,战机的过载也比较大。而这些问题在电磁弹射器都不再发生了。电磁弹射器不仅容易操,更能灵活弹射各种战机,可调性很大,而且在弹射过程中都可以根据反馈信号自动调节,这是蒸汽弹射器无论如何也做不到的。由于输出功率有限,尼米兹级的弹射器只能弹射30吨以下的舰载机,无法满足舰载机进一步发展的需要。蒸汽弹射器另一缺陷是功率不可调,也不适合弹射重量较低的无人机,如果强行弹射,会造成飞机结构受力过大,从而影响飞机寿命。具体来说,福特级采用电磁弹射器,可以更好地适应未来F-35C隐身战斗机、X-47B无人攻击机上舰的需要。
    弹射一架战机,蒸汽弹射约消耗1吨淡水,而电磁弹射器仅耗电几十度而已。蒸汽弹射器效率特别低,而电磁的效率可达70%以上。正常航母的航母,用蒸汽弹射器弹射一架战机速度差不多会降低2节,幸好储能近一分钟才能连续弹射,否则航母在速度上受限制。而电磁弹射器,这些因素完全不受影响。实际上,由于电磁弹射器作功冲程比蒸汽弹射器长(C-13-2型的作战冲程89.4米,当然实际作功会低于这一限值),加速度均匀。因此可以把战机加速度更高的速度,也同时意味着航母可以不必迎风高速就能起飞战机了,这使得航母作战更加灵活,不必周旋于一定海域而受限于气象条件。
     上述提到电磁弹射器的革命性改进,最主要的衡量指标是舰载机出动效率,这也是评价一艘航母强大与否的根本标准。目前尼米兹级的舰载机出动能力为每天出动140-160架次,而美国海军对于福特号的要求是在此基础上至少提高15%,也就是达到180架次,在高强度的情况下,甚至要超过270架次。同时配合各种精确制导弹药使用,如JDAM、JSOW等,福特级航母的舰载机联队一天能打击的目标数量由现在的700个增加到1200个。也就是说福特级航母打击能力大概相当于1.7艘尼米兹航母。
电磁拦阻装置(AAG)虽没有电磁弹射器那样有名气,但是一直做为核心工程为福特级的配套工程。虽然目前的MK-7液压拦阻装置也可以拦阻各种战机,而且实用效果也不差,但是与电磁拦阻装置相比,制动力过载情况无法相提并论。采取了电磁拦阻装置,不仅在战机着舰过程中更平稳,人员和战机受到的过载伤害较少。更重要的是拦阻不同种战机时转换方便。
    打个比方,如果用电磁拦阻进行拦阻我们的歼-15和L-15的话,由于歼-15和L-15两都个头和重量相差太大,也就是说必须进行调节,否则歼-15就会掉海里,而L-15也会因过载而解体。MK-7液压型拦阻装置和配重和调节阀进行调节以适应不同的战机拦阻阻尼做功的需要。但是这个调节是很费时间和人力的,而战机着舰时间紧迫。所以以前的尼米兹级,不同种战机返回后,这一型的战机回收完才回收另一型战机,即便是你提前完成任务了,也得排队等候,造成战机利用率低,同时作战半径也大受影响。而采取电磁拦阻装置,完全不受上面各种影响,战机返回随时可以回收,各种战机不同型号可以穿插进行回收。因为电磁调节各种战机回收装置只需按一下按钮就OK了,完全不用人工调节和移动笨重的配重。正是因为这样福特级航母大约需要4660名船员,比尼米兹级少了700人。
“福特”号航母安装了两座A1B核反应堆。它在50年的全寿命周期内无需更换堆芯,相当于“福特”号具有了理论上的无限续航能力。它提供的强大动力,能使“福特”号的航速达到30节以上。13800伏的配电系统,提供了60兆瓦以上的电能,能够满足全电力推进、电磁弹射、电磁及激光武器的用电需求。
福特级采用了双波段搜索和跟踪雷达(DBR),与常规雷达不同,DBR可以工作在S波段和X波段,每个波段各有三个有源相控阵天线安装在舰岛上面,前者主要用于中高空探测与跟踪,后者用于中低空及海平面的探测与跟踪,并且为拦截目标提供火控支持,这两个波段的雷达以共坐标的形式工作,共享一套信号及数据处理系统,因此实现了一部雷达替代了原来几部雷达才能完成的工作。

福特级对飞行甲板、升降机乃至内部结构进行了全面的改进。福特级的舰岛体积比尼米兹级有所缩小,并且位置后退,相应的甲板后端也被延长,这样增加了甲板面积,尤其是停机区的面积。我们知道,为了安全上的考虑,舰载机在机库之中是无法挂弹和装油的,只有在甲板上进行,所以在一段时间内飞行甲板上的飞机就是一艘航母能够使用的全部作战飞机。增加甲板面积,尤其是停机区的面积,相应地就提高了单位时间内航母能够使用飞机的数量,为提高舰载机出动能力打下基础。(视频

 



 

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