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軍工世界丨改造航母的那些事兒

華夏經緯網 > 軍事 > 兵器大觀 > 海戰      2023-09-15 08:53:18

    改造航母的那些事兒

    ■李由之

    前不久,有外媒報道,英國皇家海軍計劃將在伊麗莎白女王級航母上安裝彈射器。眾所週知,伊麗莎白女王級航母是一種大型滑躍式航母,目前搭載的是F-35B垂直起降艦載機。不過,英國皇家海軍似乎並不滿足搭載F-35B,準備引進常規彈射起飛和攔阻降落的F-35C艦載機或F/A-18E/F“超級大黃蜂”艦載機。

    目前,英國皇家海軍已經公佈初步改裝設計圖。從圖紙可見,該級航母的改造工程量不小——將艦艏的滑躍甲板整體拆除,採取安裝平甲板、加裝彈射器和攔阻裝置、重新調整航母起降指揮系統等一系列措施。但該方案能否順利實施,還得看英國的財政預算和軍工企業的執行情況。

    航母的發展,需要跟上現代戰爭加速演進的步伐。無論是改舊艦還是造新船,成為一些國家發展航母繞不開的話題。直到今天,擁有航母的國家並不多,能夠實施航母改造的國家同樣屈指可數。在這項複雜的系統工程中,彈射系統、艙室模組、武器系統、動力系統等配套設施和技術都需要一一解決。

    航母的改造既需要強大的國力作後盾,更需要完整又雄厚的工業實力作支撐。動輒幾十億甚至上百億的資金投入,讓很多國家只能權衡利弊、綜合考量,走出適合本國國情的發展道路。相比造一艘航母,改造航母有多難?一些國家為何寧可造一艘新航母也不選擇改造?改造航母成效如何?請看本期“軍工T型臺”。

    英國皇家海軍伊麗莎白女王級航母。 資料照片

    看點一 彈射系統加裝

    張弓搭箭費思量

    此次伊麗莎白女王級航母升級的最大看點,是計劃加裝彈射器和攔阻系統。從滑躍式改為彈射式,這種改造在英國尚屬首次。

    彈射起飛,優勢在哪?對比艦載機常用的3種起飛方式:垂直起飛和滑躍起飛時,會限制艦載機起飛重量,且出動率較低;而彈射起飛的艦載機,能以幾乎滿油滿彈的狀態起飛,最大限度發揮出艦載機的作戰效能。那麼,彈射器加裝,需要過哪幾關?

    一是技術關。無論是蒸汽彈射器還是電磁彈射器,都對國家工業製造水準要求很高。開口氣缸和儲氣罐,是蒸汽彈射技術繞不開的兩個研發難題。彈射器的開口氣缸,不僅需要承受巨大的蒸汽壓力,還要確保開縫處的絕對密封;儲氣罐則需要具備良好的蠕變性能和抗拉強度,必須採用耐高溫特種合金鋼。而電磁彈射器可以在短時間內釋放出巨大電能並轉換成機械能,這是普通發電機難以做到的。再則儲能設備、耐高溫材料等一系列技術也十分複雜,讓絕大多數國家望而卻步。

    二是資金關。當技術難以突破瓶頸時,花錢引進似乎是一種選擇,但所需資金一般國家難以承受。主打自主國防政策的法國,在改進“戴高樂”號航母時,卻只能選擇從美國引進彈射器,耗資達數十億美元。如果把拆除成本和攔阻裝置都算上,其費用幾乎可以重新造一艘航母。有放就有收,攔阻索是攔阻系統的標配。艦載機著艦時,飛行速度大約為300公里/小時,攔阻索在被勾住的瞬間,會産生上百噸的拉力。這幾根不起眼的繩索需要“剛柔並濟”,才能在兩三秒內讓艦載機穩穩停下。所以説,美軍航母上一根攔阻索要價150萬美元,也就不足為奇了。

    三是操作關。除了甲板上的攔阻索,甲板下也有一整套系統與之相連,堪稱吸收飛機衝擊力的“幕後功臣”。在艦體內部加裝這套系統,需要重新規劃線路和空間佈置,工程量十分龐大。美國“中途島”號航母曾改造2年,安裝了3部蒸汽彈射器,艦艏2部彈射器可以正常使用,斜角飛行甲板上的1部彈射器利用率並不高。這是因為在航母設計之初並沒有安裝彈射器的準備。而伊麗莎白女王級航母在論證研究階段,預留了艦艏前部彈射器和艦艉攔阻索的空間,是此次航母改造的有利條件。

    看點二 艙室模組改造

    牽一髮而動全身

    航母設計之初,科研人員已經規劃好了每個艙室的用途和結構框架,航母承力結構也會經過複雜的計算和模擬過程。一旦設計定型後,哪怕是局部改裝都必須考慮航母整體結構穩定性,可謂牽一髮而動全身。以此次伊麗莎白女王級航母甲板由滑躍式改彈射式為例,其滑躍式甲板是一個整體模組設計,安裝拆解起來都相對方便。

    試想如果沒有預留充足空間,改造難度可想而知。印度海軍“維克拉瑪蒂亞”號航母最大特點是艦島過於靠近艦體中部。這是因為其前身“戈爾什科夫”號航母是直升機航母,配置了大量導彈和火炮,飛行甲板成為附帶品。印度不得不在這艘二手航母上進行改造,耗費了幾十億美元。

    航母很龐大,可搭載上千名船員,説它是一座小城鎮也不為過。然而,即便再大的航母,每一寸空間都十分寶貴。在有限的空間裏,要把各類人員和武器裝備安排妥當,保證訓練、指揮、作戰、後勤等各個系統正常運轉,可謂龐大又繁瑣。一旦設備出現問題,代價是致命的。二戰時期,日本“信濃”號航母服役後首次出航,僅航行17個小時便被美軍艦4枚魚雷擊沉,是世界上最短命的航母。究其原因,“信濃”號航母是由未建造完成的“信濃”號戰列艦改裝而來。作為“半截子”工程,前期沒有做好設計規劃,甚至有些艙室的門還未安裝就草草派上戰場,被擊中後艦體大量進水,最終折戟沉沙。

    雖説航母改造複雜,但一些國家探索出適合本國國情的發展之路。伊朗國産“莫克蘭”號戰艦,被外界評論是伊朗直升機航母。這艘直升機航母由伊朗本國一艘巨型油輪改裝而來,在甲板上搭建平臺供直升機起降,這或許會為一些國家改造航母提供經驗思路。

    看點三 武器庫升級

    門檻多工程量大

    航母上的武器庫種類很多,其中,艦載機作為航母的戰鬥核心,是航母改造升級的重要一環。一些軍事強國自行研製國産艦載機以滿足本國海軍特定作戰需要,而大多數國家只能通過購買世界軍貿市場上的貨架産品嫁接到本國航母上。那麼,製造艦載機有哪些技術門檻?

    機體結構強度高。艦載機的起降距離非常短,艦載機要在3秒內從靜止加速到起飛速度,又在攔阻索制動下從時速約300公里減速至靜止狀態,其機體強度必須能夠承受高速飛行帶來的巨大衝擊力。艦載機的起落架系統也要能夠承受彈射器的巨大推力,研製難度比普通戰機更具挑戰性。

    動力系統推力大。普通陸基戰機起飛依託機場跑道,滑跑距離長,暫態推力不需要太大。而艦載機需要在較短的起飛距離內獲得足夠推力,這對戰機動力系統要求非常高。一般來説,艦載機上的航空發動機推重比要比其他機種高得多,各國都是拿出研發的最強發動機産品裝配在艦載機上。

    材料工藝製造難。艦載機工作在高濕高鹽高酸的海洋環境中,會加速機體結構老化,影響發動機、飛行雷達、電子器件等設備正常工作。設計師要在結構設計、防腐措施、材料和工藝選擇等方面進行綜合考量,延長艦載機的使用壽命。艦載機滿足了結構強度、發動機推力和耐腐蝕等方面要求,必然會以犧牲航程和載彈量為代價,這兩項數據恰恰是艦載機戰鬥力的重要指標。

    為搭載更多新型武器系統,伊麗莎白女王級航母還要進行大改造——艦艏的起飛坡道是為F-35B量身定制的,需要改裝才能適合起飛無人機和其他機型,配套設施的加裝會加大工程量;艦艉安裝攔阻索,需要重新調整航母起降指揮系統,更新為能夠指揮戰機彈射起飛、攔阻降落的新系統……這一件件工程都不是短期能夠完成的。

    看點四 動力系統改進

    技術複雜代價高

    擁有性能好的動力系統是航母改造繞不開的話題,其可靠性和穩定性直接關係到航母作戰能力。航母業內有這麼一句話,航母跑得越快越好。高速航行狀態下的航母,會為艦載機創造強勁的甲板風,有利於艦載機安全高效起飛。降落時,航母航行在茫茫大海上,猶如一片飄零的樹葉。持續的高速逆風可降低著艦速度和飛行員操作難度,提高飛行安全性。

    那麼,升級動力系統,工程量有多大?通常來講,一艘8萬噸的常規動力航母,動力總功率相當於一個能為20萬人城鎮供電供暖的熱電廠。如何在滿足航母空間結構設計的前提下,把重型設備放進去,是一大挑戰。

    不同國家有各自現實考慮。美軍“喬治·華盛頓”號航母寧可切割艦體,也要換裝新的核動力系統。反觀“戴高樂”號核動力航母,法國海軍沒有為它單獨研製核反應爐,而是將2艘法國導彈核潛艇的K-15型反應堆直接搬上了航母。雖然節省了設計經費,但“戴高樂”號的航速不足30節。一旦出現故障,維修難度也很大。

    與常規動力航母相比,核動力航母持續高速航行能力更強,技術更複雜。核反應爐功率體積比例與航母佈局的關係、核燃料純度與控制技術的平衡以及安全和應急冷卻系統的設計,都是棘手難題。所用的燃料不同,動力裝置不同,航母總體設計和佈局也截然不同。美國小鷹級航母改造成企業級航母,工程量十分龐大。艦上取消了常規動力所需的粗大又笨重的進氣管道和煙囪,留有較大的飛行甲板空間,以增加艦載機數量。全艦按照小鷹級航母佈置,將8座重油鍋爐直接更換成8座反應堆,航速最高可達35節。但這種設計十分浪費空間,導致企業級航母艦身中段幾乎被輪機設備佔滿,改裝費用完全可以重新建造一艘新航母。

作者:李由之
文章來源:中國軍網-解放軍報
責任編輯:唐詩絮
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