福建舰

前一篇文章我们分析了从003航母到福建舰在船体结构设计上可能进行了哪些修改。这篇文章我们就来谈谈如果福建舰采用了核动力会有哪些好处。随着航母上用电设备数量的增加和电力设备功率的攀升，航母用电量也呈现出爆炸式增长，这个可以参考美弟航母的发展。从小鹰级航母的15兆瓦，到尼米兹航母的72兆瓦，再到福特级航母的210兆瓦。福特级航母的用电量增加了到了小鹰级的14倍。

航母用电量呈爆炸式增长

上表中福特级航母的用电量是172兆瓦，这个只是计划阶段的数字。实际上福特级航母的耗电量是尼米兹级的三倍。如果参照尼米兹级蒸汽轮机发电机组的64兆瓦发电量，福特级的发电量应该是192兆瓦。如果参考尼米兹航母的总发电量应该是216兆。

福特级航母的发电量是尼米兹级的三倍

小鹰级航母的排水量在8-8.3万吨左右，而福特级的排水量增加却不多，福特级航母的满载排水量也不过是10万吨出头的样子。关于福特级航母的满载排水量有两个数字，一个是101600吨，一个是112000吨。这两个数字都是对的，只是单位不同，前面一个是公吨，后一个是短吨。从小鹰级航母到福特级航母，排水量只增加了25%左右，但用电量却达到了原来的14倍。航母用电量的爆炸式增长必然导致动力舱体积大幅增加，和排水量的缓慢增长之间产生了尖锐的矛盾。如果动力系统还是蒸汽动力，功率密度没有提高的话，那动力舱必然就要侵占其它舱室和机库的空间。

福特级航母的排水量比小鹰级只提高了25%左右

对于福建舰来说问题会更突出。特别是福建舰在决定使用电磁弹射器代替蒸汽弹射器之后，电力需求也出现了大幅度的增加。并且福建舰的出现要比福特级晚了十几年，福建舰的电力需求比福特级更高，可能在210-250兆瓦这个范围。虽然装备电磁弹射器只要供电量足够就可以，无论是核动力发的电还是常规动力发的电都无所谓。但是电力需求的爆炸式增长和排水量的有限增长之间的矛盾已经无法调和。为了解决这一问题，航母动力系统的功率密度必须有大的提高。否则就要大幅挤占其它舱室和机库的空间。这将严重影响航母的总体作战能力。前面经过分析，我们基本上已经排除了福建舰采用全柴动力、全燃动力、燃蒸联合循环等动力的可能性。实际上福建舰可能已经别无选择，只剩核动力这一条路可走了。

采用核动力可以大幅提高动力系统的功率密度

如果福建舰的动力采用核动力，那么福建舰的核动力系统应该是怎样的一种设计？关于这方面的详细情况显然不会有官方消息。但是我们仍然可以透过一些核工业军转民产品的相关信息了解一二。这方面我们可以参考玲龙一号反应堆，透过这个军转民的产品可以对福建舰可能采用的反应堆有个大致的了解。我们知道我国很早就开始研制航母和潜艇上使用的军用反应堆，这方面情况早在2015年的军工文化杂志就有报道。军用反应堆研制工作有了阶段性成果之后，就开始了军转民的成果转化，这就是玲龙一号的来历。

疑似国产核动力航母反应堆相关报道

说到这里，可能又有很多人要跳出来说，玲龙一号不符合军用产品的标准无法军用。我们需要先说清楚的是玲龙一号作为一个民用产品，采用的肯定是民用标准而不是军用标准，所以不符合军用标准是必然的。我们也没有打算让玲龙一号参军，再搞一个民转军。我们这里研究的是玲龙一号的军用原型堆的基本特点，因为这些基本设计特点会在玲龙一号身上继承下来。主要是两点，一是具备固有安全性的第三代反应堆设计，二是一体化设计。我们只要记住这两点就好了。那么这样的军用反应堆会具备哪些优势呢？

玲龙一号是军用反应堆的军转民科技成果

首先相对辽宁舰和山东舰的蒸汽动力设计，采用第三代一体化反应堆可以大幅度提高功率密度。比如辽宁舰其动力主机的功率是162.5兆瓦，发展到福建舰主机功率需求可能要320-350兆瓦。功率几乎翻倍，但是动力舱体积并没有翻倍，相反只是提高了45%左右。这只有靠核动力才有可能做到。如果不采用核动力而继续采用蒸汽动力，那么福建舰的动力舱体积必然也跟着翻倍。挤占其它舱室甚至机库的容积将不可避免。

福建舰的动力舱宽度

但是事实上福建舰的满载排水量相对于辽宁舰、山东舰并没有翻倍。如果按照8万余吨的官方数据来计算，排水量只提供高了33%左右。要知道动力舱在福建舰船体容积中的比例相当大。福建舰的动力舱体积可不小，福建舰共有两个动力舱，宽27米左右，长32米左右，高三层甲板。

山东舰的动力舱尺寸

而且前后还有两个发电舱，用于安置多台柴油发电机组，这两个发电舱体积也不小。而原来山东舰的动力舱尺寸是宽25米左右，长24米左右，高度也是三层甲板。也就是说福建舰的动力舱体积只是提高了45%左右。如果福建舰的动力舱在山东舰的基础上的体积翻倍了，那么必然大幅挤占其它舱室乃至机库的空间。

燃油锅炉的热效率提升空间非常有限

但实际上这样的事情并没有发生。而且我们知道俄系燃油锅炉的热效率已经达到80%以上，热效率要想继续大幅提高是不现实的。因为从超临界到超超临界锅炉提高的热效率也不过只有4%，何况还要付出重量和体积的代价。所以想通过提高热效率来解决问题这条路已经走不通了。如果要真要靠蒸汽动力来满足福建舰的需求，那真的只能靠天顶星锅炉了。

整个服役周期内CV(常规动力）可用率为74% CVN（核动力）是 69%（尼米兹级）

采用第三代一体化压水堆，可以让福建舰的出勤率和全寿命周期成本超越常规动力航母。上个世纪六七十年代，美弟常规动力航母的出勤率超过核动力航母5%。但是到福特级航母的时候出勤率就超过常规动力航母了。我们来看一下下面这个图表。这是航母在50年的整个全寿命周期内尼米兹级航母和福特级航母的维修计划安排。RCOH是换料大修历时39个月。DPIA是入坞计划增量可用性维修耗时10.5个月44.4万工作日。PIA是计划增量可用性维修耗时6个月。PSA维修属于试航后维修耗时六个月。

尼米兹和福特级航母的全寿命周期维修计划安排

从图表上可以看到核动力航母从尼米兹级发展到福特级，其技术进步也是非常明显的。首先是DPIA的次数少了两次，节省了21个月。PIA维修少了三次，节省了18个月。也就是说在航母50年的寿命周期内共节省了至少39个月的维修时间，占50年时间的6.5%。上个世纪六七十年代常规动力航母的出勤率比尼米兹级核动力航母的出勤率高5%。到福特级航母这里出勤率已经完全可以追上常规动力航母了。实际情况还没有验证，但最起码从理论上讲核动力航母出勤率低的问题到福特级航母这里已经不存在了。

相对于分体式反应堆 采用一体化反应堆之后反应堆结构可以大幅精简

对我们来说福建舰采用的可能是第三代一体化反应堆，压力容器从三、四个精简为一个，省掉了大量的管道和阀门。从而大量节省了采购成本和运行维护成本，运行维护耗时也可以大幅节省。所以在出勤率上福建舰肯定是可以大幅超越常规动力航母的。最起码启航准备工作要快捷很多，因为在码头上核动力航母的反应堆是不会关闭的，随时可以出发。而常规动力航母生火烧锅炉的准备时间都要一两天。

上个世纪常规动力航母的全寿命期费用相比核动力有58%的优势

上个世纪常规动力航母的全寿命期费用相比核动力有58%的优势。但是福特级航母推出后全寿命周期费用又下降了20%。此时常规动力的优势已经只剩下38%左右了。而福特级为取得20%全寿命费用降低所做的技术改进是相当有限的，因为福特级采用的是紧凑型的分体反应堆，还不是一体堆。只是在原来二代反应堆水平上对管线和阀门做了一些有限的优化，就节省了20%的全寿命费用成本。而我们采用的是一体化三代反应堆，压力容器从三、四个精简为一个，省掉了大量的管道和阀门。结构大幅简化，采购运行维护成本都可以大幅下降。足以超越常规动力航母的全寿命周期费用。

福特级的全寿命周期费用下降了20%左右

而且采用一体化反应堆之后，结构大精简，需要使用的屏蔽材料可以大为节省。因此整个核动力系统的重量也可以大幅下降。常规动力系统重量轻的优势可能已经不存在了。而且采用核动力以后，可以获得近乎无限的续航能力。同时也不再需要频繁补给动力用燃油，可以大大降低对后勤补给船只的依赖。这对于缺乏海外补给基地的中国海军来说极为重要。并且也减少了对护航兵力的需要。这些都可以进一步降低使用航母战斗群的成本。很多人在谈及常规动力航母的补给问题时，只敢说补给多花不了多少时间。但是却从来不谈多出的那些补给船只和护航舰艇的采购和运维成本。所以总的来说，除了核动力系统的操作和维护要复杂一些，技术要求更高一些之外。对于我国海军来说，航母采用核动力相比常规动力会在更多方面占据优势。