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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 % T1 D2 f7 K  V' e
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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。* {- ~& _. H) {1 d

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" v% x  P* j, ]( K4 r8 E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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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。
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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1 X9 I* ^4 A4 C3 R2 R* z/ Q/ f
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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。% v/ m" b& O- ]/ {

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6 ~7 J; O1 B' C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# M1 W: B, t( d  P+ w  S1 x2 q' ?% a

6 ~" h4 O2 e. z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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8 J5 X  v' O3 V7 G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
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7 v/ |5 D  j7 @& T. i$ k' ]+ I( q# o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。0 I; i3 P$ {6 o3 C  K9 Y3 P" b* N. X

% v# G% _& n7 P$ r8 k+ C2 T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。, w- E/ q4 x% p% ^

4 N3 u1 W8 [0 _) [& M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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- j+ k; I3 k! m! q一般双动力机组水面战舰用纵向前后烟囱，如“伯克”+ H$ F& w% E& p1 c0 v# b
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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。. }- w: i/ q2 l& _+ a
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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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! }1 o& A3 f0 A7 b6 ]! M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5 w0 E4 a1 y4 e8 o
2、有利于重量分布，降低甲板的横摇和纵倾
/ Q) {1 a2 e) [. o3、有利于电磁兼容性，两个大型结构有利于天线的物理隔离8 m0 k2 N. g' ^
4、有利于战损管理，一个舰岛被击中，不至于一损俱损% L  H* f  b/ b5 L
5、降低舰岛总重量和占地面积2 S. d4 e$ d7 y2 W3 J. V: k
6、便于升降机和停机区的安排# [# C: g% B  X& `6 d* h+ g
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第一、三点好理解，不多说。
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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。
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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。
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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。
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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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4 _- `, H" f3 u  H“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 |0 M/ U% D, `. S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。4 e6 K- ^: r( i

* \8 P+ E9 ?, I2 u, p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。+ |: L; l& x$ [: o4 {

, V9 x& P( |9 o) W3 {0 z- @. }$ w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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“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% n9 ?# Q- x$ E
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, }: m2 m8 S: R; B" ^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 h& u! r, B: N; f" {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。) Z  r& E  b! |6 @

0 |& J, e7 E2 B- d$ y+ V1 g7 t. h. L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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0 l; _2 y5 ?1 T% K/ H1 O- i003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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6 E, Q! W; }; ]* _! X. b" i& I! Q" ?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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  O' M( j, H* t% t5 w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 17:49
7 _+ P- W; k! L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 ...

6 P# v" }2 B5 R$ a% D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。
% o" Q' a, V. D$ g7 D+ ~9 `8 h! V5 Y
燃气轮机重量轻，重量分布上倒是问题不大。



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