研制一型常规动力航母可以作为我国未来核动力航母编队的有益补充

前面在讨论076两栖攻击舰时，有很多网友总是对076没有斜角甲板耿耿于怀。其实我们很早就说过076是不可能有斜角甲板的，因为076同时有坞舱和机库，干舷高度很高导致重心很高，如果设计斜角甲板，外飘部分在风浪中很容出现升沉幅度太大而无法工作。不过很多网友还是对此念念不忘，总想在076基础上发展一型常规动力航母，延续076的柴燃全电动力系统。另外考虑到我国缺乏海外基地，如果发展全核动力的航母舰队，在国外港口停靠时也会遇到一定的阻力。因为很多国家基于环保原因反对核动力船舶停靠。站在这个角度，我们或许真的需要建造一型大甲板的弹射型常规动力航母作为核动力航母舰的补充。这篇文章我们就完全架空，探讨一下这一设计的技术可行性。

我们设想的常规动力航母可以和下一代核动力航母共用大部分舰体设计

大家知道我国已经研制了大甲板的电磁弹射型航母福建舰，而下一代核动力的004型航母必然也早已开始研制。因此也没有必要再从头开始研制一型常规动力航母。我们只要在我国下一代核动力航母的设计基础上更换一套先进的常规动力系统就可以了。而且现有的福建舰飞行甲板设计也有一些设计修改遗留的问题没有解决。所以最理想的设计就是以我国下一代核动力航母的设计为基础，共用大部分舰体设计，改成先进的常规动力就可以了。这样通过共用舰体设计还可以大幅减低研发和建造成本。

核动力航母虽然航程几乎无限 但是环保方面仍有缺点

剩下的问题主要是常规动力系统该如何设计。我们知道对于我国的下一代核动力航母设计来说排水量肯定在十万吨级以上。只要研究过美弟航母的发展，就不难发现美弟航母发展到八万吨以上后，后续就改成了核动力设计了。主要原因不是因为排水量增加的问题，而是因为动力系统的功率密度遇到了瓶颈。我们知道小鹰级常规动力航母的满载排水量是8到8.3万吨，但是动力系统总功率只有221兆瓦，后期改进到224兆瓦。但是到了新世纪研制的福特级航母上动力系统总功率已经提高到400兆瓦左右了。可见动力系统总功率提高了80%左右，但是排水量只是从8万吨左右提高到10万吨左右，排水量提高不到30%。动力系统功率的提高速度远远超过排水量的提高速度。

常规动力航母发展到小鹰级航母以后就会面临动力系统功率密度发展瓶颈

这就必然导致一个功率密度瓶颈的出现。因为如果继续使用燃油锅炉作为动力，动力舱的体积要扩大80%。但排水量却只提高了30%，这就意味着中间差的这50%只能挤占其它舱室或者是机库的空间。因为动力舱的体积在船体结构所占比例相当大，不光包括我们常说的前后动力舱，还包括前后发电舱。如果这些舱室都要在提高 30%的基础上再扩大50%，显然是要严重影响全舰作战性能的。所以为了解决这一技术瓶颈，航母的动力系统必须要进一步提高功率密度，而不是简单提高功率才能解决问题。而燃油锅炉的热效率已经提高到85%左右，无论如何也没有解决问题的希望了。所以现代航母发展到八万五千吨以上时，主动力不可避免要淘汰燃油锅炉，必须选择更高功率密度的动力系统。

燃油锅炉的热效率已经提高到85%左右

特别是电磁弹射器的出现，导致舰上耗电量大幅增加，给动力系统制造了更大的功率需求。所以对我国的航母来说，如果排水量超过八万五千吨就必须放弃燃油锅炉作为主动力。当然对于电磁弹射器来说，用什么动力发电无所谓，只要功率够就可以。导致航母必须更换动力系统类型的真正原因是动力系统功率增速过快，而且远超排水量增速造成的必然结果，电磁弹射器不过是其中部分推手而已。

福特级航母的电磁弹射器总功率是56兆瓦

那么在常规动力中还有什么选择呢，功率密度比燃油锅炉更高的还有柴油机以及燃气轮机。但是柴油机完全不适合作为航母主动力，这个问题我们在前面福建舰设计修改之谜那个系列的文章中已经详细讨论过了，这里就不重复了。感兴趣的可以看前面的文章，链接放在本文末尾。这里只简单说一下原因，主要因为柴油机的单机功率不容易做大。如果使用柴油机作为航母的主动力，会导致柴油机的数量过多。而单机容易实现大功率，且功率密度更高的是燃气轮机。其功率密度是柴油机的三到五倍，非常适合用作航母的主动力。而且也非常适合代替柴油机作为航母的辅助动力。

伊丽莎白女王级航母是首个使用燃气轮机作为主动力的航母

我们知道英国的伊丽莎白女王级航母就是使用燃气轮机作为主动力的，不过因为目前燃气轮机的使用成本要比柴油机高不少，所以眼下比较理想的选择是采用柴燃混合动力。女王级航母之所以最大航速只有25-27节左右，其实主要原因就是燃气轮机的使用成本问题。但是如此低的航速对于我国的大甲板弹射型航母来说是不够用的。所以我们需要进一步改进燃气轮机实现降本增效。主要的技术手段就是采用间冷回热技术。在我国比较有潜力的燃气轮机当中，QD400和CGT40都采用了间冷技术。其热效率分别是42.2%和39.5%。不过这两型燃气轮机都没有采用回热技术。

CGT40燃气轮机的功率可以达到42兆瓦

所谓回热技术就是回收利用燃气轮机排出的热废气，因为其排气温度有500度左右，仍然携带有大量能量没有利用。传统的燃气轮机回热技术是把尾气热量重新导入燃气轮机的热力循环。但是这样回导致燃气轮机的结构变得非常复杂，因此我们建议采用超临界二氧化碳涡轮发电机组来回收能量。这样燃气轮机结构就不用太复杂，比较适合军用的环境，而且也能实现非常高的能量回收效率。超临界二氧化碳涡轮发电机组的热效率能达到45%。而且超临界二氧化碳涡轮发电机组的体积只有传统蒸汽轮机的三十分之一，功率密度非常高，非常适合军用。而且热效率比蒸汽轮机还高5%。我国已经有50兆瓦级的超临界二氧化碳涡轮发电机组在研，预计十四五末期研制成功，也就是明年前后的事。

超临界二氧化碳涡轮发电机组的体积只有传统蒸汽轮机的三十分之一

我们要做的就是把这些技术整合在一起，一套大功率燃气轮机动力系统就有了。燃气轮机的本体可以选择QD400或者CGT40燃气轮机，不过这两型燃气轮机的功率仍然偏小。可以考虑在我国新一代的30兆瓦级燃气轮机基础上改进，我国现有一型简单循环燃气轮机可能已经进过考核，该型号功率在35兆瓦左右，热效率40%左右。在此基础上采用间冷技术可以把功率提高到56兆瓦左右，预计热效率可以提高到45%-46%。然后用超临界二氧化碳涡轮发电机组进行余热回收，预计整个机组的功率可以达到87兆瓦左右，热效率能提高到70%左右。

国产30兆瓦级燃气轮机

这么高的热效率已经可以追上当前最先进的工业燃气轮机了，当前工业燃气轮机采用联合循环的话可以达到60%。也就是说这套技术已经有技术优势了，可以考虑军转民充分利用，这样就可以进一步大幅降低成本。而且这套动力系统也可以用在我国的驱逐舰、巡洋舰和超能舰上。一套这样的机组再加几台柴油机辅助动力就可以驱动055驱逐舰。只需要两套这样的动力系统就可以把巡洋舰做到3万吨级，而且有足够功率储备装备能量武器，比如激光武器或者电磁炮。如果用三套这样的动力系统，研制一型六万到八万吨级的超能舰也没有任何问题。

沪东重机的MV390系列柴油机最大功率可达17兆瓦

那么我们设想的常规动力航母可以考虑装四台这样的燃气轮机动力机组，总功率348兆瓦。还可以考虑上马全电推进和无轴泵喷技术。再配几台沪东重机的MV390柴油机或者16PC2-6B柴油机作为辅助动力就可以了。这套动力系统足以推动11万吨级的航母达到31节以上的航速。如果也像福建舰一样配五台柴油机。那么总功率可以达到408-433兆瓦，和采用核动力也没有什么区别了，只是后勤负担比核动力高而已。然后舰体设计可以参考中电科海报上的19号舰的设计。把升降机增加到三台，保持三条弹射器的设计。

中电科海报上的19号舰的设计

不过燃气轮机还有个缺点，那就是进排气管道体积比较大。不过这个可以考虑采用双舰岛设计来解决。也就是把四台燃气轮机机组布置到常规动力航母的外飘结构中，两台燃气轮机为一组。一组燃机对应一个舰岛。一组中的两台燃气轮机对头布置，这样可以把两个排气管道合并成一套烟道通往舰岛。可以实现烟道长度最短化。然后柴油机辅助动力可以放在动力舱内，柴油机的烟道可以像现在的福建舰一样开在舷侧就可以了。一台柴油机配备一个水线下的排气口，一个水线上的排气口。平时用水线上的排气口，排气阻力小，战时用水线下的排水口，红外特征小。

这样的动力舱布置其实相当于保留了现在的福建舰的前后发电舱，而把整个动力舱大幅精简放到了外飘中，因为燃气轮机和超临界二氧化碳涡轮机体积非常小，至少能把主动力舱的体积减少一半，相当于把主动力舱从二个减少到一个。腾出来的空间可以用于大幅增加弹药舱、航空燃料舱和机库的体积。而且把燃气轮机动力系统放在外飘中还有利于提高全舰生存能力，因为现在的反舰导弹大部分是瞄准水线附近的，外飘位置比较高不容易被击中。而且两组燃机是分散布置的不会被一枚反舰导弹同时击中。即使水线附近被击穿进水，也不容易影响到燃气轮机机组的工作。综上所述，研制这样一型常规动力航母，可以作为我国核动力航母舰队的有益补充。