《出鞘》2020-03-17：多铆蒸刚亿万荣光：我国航母动力布局与美国有多大差距

源济

多铆蒸刚亿万荣光：我国航母动力布局与美国有多大差距
新浪军事  2020年03月17日

近日，随着国内各大企业的陆续复工以及外国间谍卫星的活跃，正在建造中的我国下一艘航空母舰的动力选型这一“月经话题”又再度成为了军迷们关注的焦点。但动力系统的选型固然重要，然而动力系统的布局同样不能忽视。对于一艘航母来说，动力系统布局不仅决定了航母舰岛的位置和大小，更重要的是其决定了航母的抗沉性和动力系统抗损性。




虽然随着时代的变迁，人们对于“大型水面舰艇”一词的理解也始终在改变。但对于任何一个时代而言，只要各国海军对于舰艇的航速尚有需求，就一定会选择蒸汽动力系统作为其大型水面舰艇的“心脏”。因此，大型水面舰艇的动力布局变迁，基本可以等同于蒸汽动力系统的布局变迁。一般而言，无论是常规动力还是核动力，无论是电传动还是机械传动，只要是蒸汽动力系统，基本都需要有以下几个大的子系统构成：锅炉、主机-传动装置和推进轴。而这里所说的动力系统布局，也主要是指这三大系统的布局方式。




在推进轴的布局上，舰艇通常分为奇数轴和偶数轴两种，奇数轴通常为单轴或三轴，偶数轴通常为双轴或四轴。由于单轴推进效率有限，所以对于大吨位的舰艇来说推进轴自然是越多越好。但舰艇宽度又是有限的，所以一般舰艇很难安装多于4个推进轴。当然，凡事总有例外，有一些不怎么需要在乎宽度的船，还是可以安装超过4个推进轴的，比如俄罗斯帝国的诺夫哥罗德级岸防炮舰。由于该级舰采用了超常规的圆形构型，长宽比接近1:1，因此可以在短胖的舰体上安装6个推进轴，实现六桨齐进。




抛开诺夫哥罗德这个怪胎不谈，通常舰艇的基数轴系和偶数轴系还是有很大区别的。众所周知，舰艇需要依靠贯穿其中轴线的龙骨承受舰体的应力，而奇数推进轴的舰艇又几乎必然会有一条推进轴需要在龙骨上“打洞”。这无疑会导致舰艇的纵向强度受到影响。因此，除了德国建造的战列舰以外，包括德国战列巡洋舰在内的世界各国主力舰艇一般都会采用两轴或四轴推进。




在舰艇内部，蒸汽动力系统的工作流程大致为：锅炉烧水产生蒸汽，蒸汽由蒸汽管道输送至主机，主机旋转产生动力之后直接输出至驱动轴，或输出至传动装置由传动装置减速后输出至驱动轴。这套工作逻辑基本决定了：锅炉舱与主机舱的距离最好不要太远，不然蒸汽在传输的过程中会有一定的损耗；主机与传动的距离最好不要太远，不然轴系强度和可靠性会降低；基于同样的原因传动轴最好也要尽可能的短。




不过在上世纪20年代前后，个别国家（就不指名道姓了）的机械加工工艺较差，因此更倾向于使用电传动而非机械传动来驱动轴系。其工作基本流程为主机连接发电机为电网供电，之后电网为电动机供电，直接产生动力输出给轴系。由于有电网这个中间媒介的存在，采用电传动的舰艇的蒸汽机与电动机之间的位置摆放也相对自由。




在种种限制之下，最早的蒸汽动力主力舰艇大多采用了最简单、最保守的动力布局。即从前之后分别为锅炉段、主机段、轴系的布局。以德国的维特尔斯巴赫级前无畏战列舰为例，其6个蒸汽锅炉纵向排列于舰体舯部，为其后仅一壁之隔的3台3缸往复式蒸汽机提供蒸汽。这三台蒸汽机安装在2个引擎室中，靠近舰体舯部的引擎室并列摆放了两台蒸汽机，其后的舱室则只安装了一台轴线蒸汽机。




不过类似的布局在舰船发展史上也仅仅是昙花一现，中轴布置的锅炉占用的长度实在是有点长。因此，在舰艇进一步大型化、宽度足够之后，锅炉往往会分成左舷、右舷两个独立的部分并列排布。其中最典型的就是英国的无畏级战列舰。该级舰共安装了18台锅炉，每3台一组安装在6个锅炉舱中，每两个锅炉舱又并列排布在舰艇的同一舱段内。除了能用更短的舰体长度容纳更多的锅炉以外，左右两舷锅炉舱、主机舱分隔布置的另一个好处是，当某一舷的动力舱被击毁后，两个舱室中间的装甲隔壁可以防止进水或爆炸破片进入与其相邻的动力舱室，这可以尽可能的保证每一次攻击对舰艇动力系统的破坏最小化。




在20世纪10年代之后，鱼雷开始加装陀螺仪，成为了一种较为可靠的武器。这种破坏力极大的武器很容易在舰体上打开一个长达数米甚至十几米的破洞。这就意味着两个乃至三个前后相邻的舱室很容易同时进水。而一旦相邻的锅炉舱全部进水，舰艇会直接丧失一半的动力。因此，后来的无畏舰大多把4台主机两两一组与锅炉舱交错布置，形成了蒸汽动力舰艇最经典的锅炉-轮机-锅炉-轮机交错布置方式。我们熟知的包括英国乔治五世级、法国黎塞留级、意大利维内托级战列舰在内的大量蒸汽动力舰艇均采用了此种构型。




但另一个问题也随之而来：鱼雷的毁伤能力太强，导致舰艇在遭到鱼雷攻击后的进水速度远快于被炮弹命中。如果舰艇某一舷进水速度过快，很可能会导致舰艇倾覆。因此就产生了一个还要不要继续保留分割两舷动力舱室的装甲隔壁的问题。如果保留，舰艇动力系统在炮战中的生存能力会较强；而如果取消，舰艇动力系统在鱼雷攻击中的生存能力会较强。出于“炮战比鱼雷攻击多”的想定，大多数国家选择了继续保留纵向装甲隔壁的做法。而为了解决一侧进水过多导致舰艇倾覆的问题，如德国俾斯麦级、日本大和级等足够宽的舰艇还采用了多条纵向装甲隔壁的解决策略。




但也有那么一个怪点子极多的国家选择了一条未曾设想的道路，这个国家就是上文我们说的那个当时连机械传动都造不好的美国。在1930年代开始设计的北卡罗来纳级战列舰上，美国人开创了一种改进型的交错式动力布局。在这种动力布局中，舰艇的动力段总共被划分为了5个舱段。除去前方第一个用于安装辅助柴油机的舱室外，后4个舱室均对称安装了两台锅炉和一台蒸汽轮机。这意味着这种动力布局不需要安装纵向装甲隔板即可达到其他安装了纵向隔板的舰艇的抗损效能。自北卡罗来纳级开始，美军南达科他级战列舰、衣阿华级战列舰也都采用了类似的交错布置。其中衣阿华级战列舰由于体型修长，还得以更进一步，将原本并列的锅炉和主机前后拉开了一个身位的距离，并用横向装甲隔壁进一步分割，使动力系统的抗损能力更进一步。




当然，没有纵向装甲隔壁的舰艇在面对鱼雷攻击时一定会进更多的水，这对舰艇的抗沉性是极为不利的。因此，是否要采用这种动力布局还是一件见仁见智的事情。在取消了“通过巴拿马运河”的限制后，美国战列舰也得以在宽度上放飞自我。因此美国在二战中设计的最后一级战列舰——蒙大拿级就用回了与俾斯麦级、大和级一样的多纵向装甲隔壁的船体设计。后来，参考了蒙大拿级战列舰船体设计的中途岛级航空母舰也继续沿用了类似的设计。




二战结束后，战列舰的时代画上了句号，苏联的重型反舰导弹又很难威胁到舰艇的水下部分。因此，重型鱼雷就成为了主力舰唯一需要在乎的威胁。出于抗沉性、抗倾覆和抗损性的三重考虑，美国人又进一步将两种布局方式合二为一。在战后设计的合众国级、福莱斯特级、小鹰级以及企业级（与前几者略有不同）航空母舰上，美国人继续沿用了与北卡罗来纳级相同的动力布局。不过由于这些超级航母宽度惊人，其机械舱室的宽度大概只有船体可用宽度的三分之二。




这使得机舱可以靠左舷或右舷一侧布置，而在另一侧则布置一个拥有3道纵向装甲隔壁的储物舱。这种优良的结构可以保证除了核装药鱼雷以外的大口径鱼雷命中舰体侧弦时，无论打在左舷还是右舷、无论是否打在横向装甲隔壁附近，航母最多只会失去25%的动力。同时这种1/3、2/3的横向舱室分割方式还能在最大程度上兼顾舰艇的总进水量和舰体平衡。2005年，美国将美国号航空母舰作为靶舰击沉，整个测试过程持续了月4个星期。这充分的说明了小鹰级航母优秀的抗沉能力。




作为对比，苏联在二战结束后建造的库兹涅佐夫级航空母舰则与美国人走了截然相反的设计路线，在库兹涅佐夫级航母上，共有4主要个动力舱室。不过与1字纵列的美国人不同，苏联人的主机舱为两两一排的“叕”字形排列。其中每个主机舱内有一台蒸汽轮机和两台锅炉。这种布局的抗沉性、抗损性与美国航母大致相当，但抗倾覆性则要略逊一筹。而从目前网上的种种信息来看，某国正在建造中的下一艘航空母舰有很大可能依旧沿用了苏联库兹涅佐夫级的动力系统布局，或者仅仅是在苏联动力布局的基础上进行了少量升级。而在该国航母越造越大、越造越宽的背景下，究竟该采用何种动力布局是该国未来的航母设计过程中应当予以重视的问题。

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