004电磁弹射型核动力航母的烟道和辅助动力技术前瞻

福特级核动力航母右舷前方武器平台上的烟道

目前外界普遍将正在建造的004型航母称为核动力航母。当然官方目前并没有明确到底是不是核动力。我们这里暂且称004型航母为电磁弹射器型核动力航母。看到本文的标题可能很多人就会觉得非常的别扭。因为电磁弹射型和核动力航母这两个名词可能有些重复。核动力航母和烟道似乎还有些矛盾。而核动力航母的烟道和辅助动力为何放在一起讨论，这也突破了很多人的认知。为什么这么说呢？电磁弹射型这个全新分类是近一年左右才出现的新名词。因为以前航母只分为常规动力和核动力两个种类。即便是拥有电磁弹射器的福特级核动力航母也只是被称为核动力航母，自福特级航母出现至今已经近二十年，从来没有被称为电磁弹射型航母。现在出现了电磁弹射型这个全新分类，可能是为了强调电磁弹射器技术的飞跃，也可能是为了避免提及到底是核动力还是常规动力。

1143.7首舰乌里扬诺夫斯克号核动力航母的舰岛上也有个大烟囱

而核动力和烟道在很多人看来是有矛盾的。因为他们不知道世界上所有的核动力航母都是有烟道的。当然核反应堆本身不需要烟道，但是无法避免核动力航母上会使用辅助动力。而辅助动力装置本身也是常规动力，所以所有的核动力航母必然都是有烟道的。对于这个问题很多人是完全不知道的，以至于一看到舰岛上有烟囱就说航母是常规动力航母。但事实上像俄罗斯的1153、1160、1143.7等型号核动力航母的舰岛上都有个大烟囱。

福特级核动力航母左舷升降机后方的烟道

我们就以美国福特级航母为例，来聊一聊核动力航母的烟道和辅助动力发展趋势。我们知道福特级航母上除了两座A1B核动力反应堆外，还有至少8台以上的柴油机。其中包括四台应急动力柴油机和四台日常发电的大功率柴油机。关于这四台日常发电用的大功率柴油机，网上也有人持不同意见。他们认为这四台大功率柴油机是应急动力柴油机。但实际上应急动力柴油机的安装位置非常靠近福特级航母的传动轴。下图中黄圈内就是应急动力柴油的烟囱，应急动力柴油的实际安装位置比这里更低。而应急动力柴油机因为平时不工作，其烟道在船体外壁的开口都被盖起来了，所以平时是看不到的。但这不等于这四台应急动力柴油机不存在。而应急动力柴油机的烟囱也没有必要扯到飞行甲板附近，那样烟道长度就太长了。

福特级航母应急动力柴油的烟囱

而烟道在飞行甲板边沿的那四台柴油机并不是应急动力柴油机。因为他们的功率都非常大，单台功率都在十兆瓦左右。航母上的应急动力柴油机没有这么大功率，应急动力柴油机通常都只有两兆瓦左右。像尼米兹级航母的应急动力柴油机单台就是两兆瓦的。福特级航母使用的发电用大功率柴油机可能是FM 48/60 CR系列柴油机。这个系列的柴油机也用在约翰·刘易斯级补给舰上。该级补给舰用了四台FM 48/60 CR系列柴油机，可能是两台9L加两台8L。四台柴油机总发电功率35.7兆瓦。

约翰刘易斯级补给舰的动力配置

下面图片是约翰刘易斯级补给舰的烟囱照片，我们可以看到烟囱上共有五根烟道管，其中有四根粗的烟道管。粗的那四根这就是四台FM 48/60 CR系列柴油机的烟道。细的那根是一台小功率柴油机的烟道管。因为栏杆的高度是有统一标准的。所以从粗烟道管的口径和栏杆的高度比例可以测得烟道管的口径大概在0.9米左右。和福特级航母飞行甲板边沿的那四台柴油机烟道的口径相当。

约翰刘易斯级补给舰的烟囱

下图是福特级航母右舷飞行甲板附近发电柴油机的烟道口。从烟道口直径和栏杆的比例可知，烟道口的直径大概也是0.9米。

福特级航母右舷飞行甲板附近发电柴油机的烟道口

在美国海军使用的柴油机中，FM 48/60 CR这个系列就是功率最大的柴油机了。直列最多到9缸，V型的最多16缸。从烟道管的口径来看，福特级航母日常发电柴油机的大概率也是FM 48/60 CR系列柴油机，只是具体几缸的还不是很确定。因为这个系列柴油机使用的烟道管口径可能是一样的。

FM 48/60 CR系列柴油机的功率

FM 48/60 CR系列柴油机中8L也就是直列8缸的功率是9.312兆瓦。9L也就是直列9缸的功率是10.476兆瓦。这个功率要比应急动力柴油机明显大很多。所以可以确定福特级航母烟道开在飞行甲板周围的这四台大功率柴油机肯定不会是应急动力柴油机，而是日常发电用的。虽然这些柴油机日常工作的时间并不长。因为反应堆提供蒸汽驱动的汽轮机发电量已经有104兆瓦。不到耗电高峰时间，通常是提高戒备等级，如提升雷达功率并且要弹射起飞的时候，是不需要启动这四台柴油机的。我们知道对于十兆瓦左右甚至更大功率的柴油机来说，肯定已经是中速柴油机了。因为高速柴油机的功率很难做到十兆瓦以上。这样的柴油机功率密度已经不如高速柴油机了。如下图就是FM 48/60 CR系列柴油机和人员大小的参照。

FM 48/60 CR柴油机和人员大小的参照图 上方的烟道管口径就是0.9米左右

可以看到这一系列柴油机的体积还是非常庞大的，而且这还不包括发电机部分。如果算上发电机可能长度要去到20米左右了。连宽度和高度至少都在5米左右。这还只是直列9缸型号，V型型号体积更大。如果配置四台这样的柴油机，其占用的舰内空间还是非常大的。连柴油机使用的烟道管的体积都很大，图上烟道管的口径也在0.9米左右。那么能不能采用更先进的动力压缩一下体积和重量呢？

戴高乐号核动力航母的核安全电站是两台燃气轮机发电机组

当然是可以的，比如法国戴高乐核动力航母上就使用了燃气轮机作为核反应堆的安全电站。也就是如果反应堆供电出现问题，就先启动燃气轮机安全电站。等柴油发电机组启动发电功率稳定下来，然后再让柴油发电机组接替燃气轮机安全电站。那么为什么要这么设计呢？主要是燃气轮机功率大体积小，体积和重量只有同功率柴油机的三分之一到五分之一。而且启动速度快，加速提升功率也快。而柴油发电机组的日常使用成本比较低。所以法国戴高乐核动力航母的电力系统就是由三种发电机组构成的。包括汽轮发电机、燃气轮机发电机、柴油发电机。

航母的电力系统由汽轮机、燃机、柴油发电机三种组成是发展趋势

这也是目前世界上最先进的航母电力系统。我国的003和004型航母使用的可能也是这种类型的电力系统。这就是未来航母电力技术发展的趋势。正是因为电力系统当中有燃气轮机，而且因为比戴高乐核动力航母多出了电磁弹射器。电力需求功率更大，所以燃机功率更大必须把烟囱放在舰岛上，否则容易影响舰载机着舰。所以武汉航母楼的后置舰岛上才会有烟囱。相信今年年中我们也会看到建造中的004航母舰岛上出现烟囱。我们几年前就说过，这是辅助动力技术先进的标志而非落后的标志。

核动力航母的烟道设计 为何所有核动力航母都有烟囱，有核动力为何还需要常规动力？ 从核动力航母的烟囱看核动力航母辅助动力系统的发展趋势