核动力航母反应堆中，热能是如何变成动能驱动螺旋桨的？

现代船舶推进动力有柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机、柴-燃混合、柴电动力、核动力等。其中核动力具有功率大、航程近似无限等很多优点，在航母、核潜艇和破冰船、科考船上广泛使用。

目前绝大多数船舶核动力都是压水反应堆，用高压轻水（纯净的普通水）作冷却剂和慢化剂，将热量从反应堆一回路中带出来。压水反应堆成熟可靠，结构紧凑，非常适合船舶使用。

▲“戴高乐”航母的推进系统

核反应堆产生热能，却不能直接输出机械能、电能（航天器上的同位素电池可以小功率转换）。要驱动大型舰艇前进，还要有一整套转化装置，完成反应堆—高压蒸汽循环系统—汽轮机—发电机、减速齿轮系统—主轴—螺旋桨推进。

1、核燃料在反应堆芯中裂变，释放出热中子和热能。用硼、镉、碳化硼、银铟镉等材料制成的控制棒可以吸收中子数量，控制裂变反应速度，并最终影响螺旋桨功率。

反应堆上盖

2、轻水在1标准大气压下，温度升高到100℃就开始沸腾。而反应堆一回路中，轻水加压到150标准大气压，温度升高到343℃也不沸腾。

水的比热很高，能携带大量热量，轻水在反应堆一回路中吸收大量热能，然后在主冷却泵驱动下到达到蒸汽发生器。

3、反应堆中有2个独立回路，相互隔绝避免辐射泄露。一回路的水从堆芯流过，有很强的辐射性，不能直接做功，必须通过热交换器与二回路中的水热量交换。这个过程中肯定有能量损失，但也没办法。

4、二回路的水加热后成为过热蒸汽，沿管道到达汽轮机。蒸汽从高压喷嘴中喷出，推动汽轮机叶片旋转，将热能转化成机械能。

▲核电站的热能转换模式

5、汽轮机转速太快，还不能直接输出到螺旋桨。要经过减速齿轮组减速，通过轴系输出，驱动螺旋桨旋转。

大部分热能转换成机械能，一部分热能通过汽轮机后面的电动机转换成电能，供应全舰电气使用，还有一部分过热蒸汽供蒸汽弹射器弹射飞机。

▲正在吊装的减速器

▲“福特”号航母螺旋桨传动轴系

随着全电推进系统发展，人们也在积极尝试将核能转化成电能，将日常供电、电力推进、舰载武器设备供电合而为一，用电动机驱动螺旋桨。

只是现在大型同步感应电机技术还不太成熟，所以在中小型舰艇上使用较多，在大型航母上还不行。英国“伊丽莎白女王”级航母以两台燃气轮机+全电推进，航速只有25-27节，达不到航母30节的标准需求。

▲先进电机

另外航母以高速大功率运行时间较多，动力系统利用效率高，对全电推进需求还不太迫切。和风漫谈原创，禁止抄袭。

从热能到机械能转换中能量损失很大，美国“福特”级航母的A1B反应堆热功率达650~700兆瓦，最终汽轮机轴输出功率104兆瓦（28万马力），还有96兆瓦用于发电，能量利用率很低。

综上，经过蒸汽轮机、减速齿轮组的一系列转化，核反应堆的热能最终变成机械能和电能，驱动螺旋桨旋转，供应全舰电力。