福建舰

前一篇文章我们分析了003、福建舰的动力需求情况。参照福特级航母的电力配置情况，003的动力系统主机的功率需求在283兆瓦左右，其中推进及蒸汽弹射器总功率206兆瓦。这个是参考小鹰级航母的，因为003的满载排水量可能也是八万吨左右。而且003的蒸汽弹射器的动力应该也和小鹰级航母一样来自动力主机。然后主机发电77兆瓦，辅助动力发电77兆瓦，总发电功率154兆瓦。这个是参考福特级的总发电量，然后扣掉电磁弹射器的56兆瓦推测而来的。因为003肯定是用蒸汽弹射器的，蒸汽弹射器不用耗电。

福特级航母的电磁弹射器总配电功率是56兆瓦

003出现的时间要比福特级要晚得多，而且舰上用电设备数量和用电功率也比福特级更多。还要为未来可能的六代机和能量武器上舰留下余地。从003修改设计到福建舰之后，排水量有所提高。并且随着蒸汽弹射器换为电磁弹射器，对电力需求大增。这就需要福建舰的主机功率提高到350兆瓦左右，辅助动力需求大致是120兆瓦左右。作为参考福特级航母的主机功率是313兆瓦，辅助动力是106兆瓦。可见随着电磁弹射器的使用，航母对电力的需求也大幅上升了。参考辽宁舰上使用的燃油锅炉，单台锅炉的最终输出功率大概是20兆瓦左右。那么003至少需要14台燃油锅炉，福建舰至少需要17台燃油锅炉。

山东舰的动力舱尺寸

但是这么多锅炉必然导致动力舱体积几乎翻一翻，原来辽宁舰的锅炉只有8台。因为锅炉数量几乎翻倍，配套的管道、阀门、汽轮机体积也会翻倍。这必然导致整个动力系统体积几乎翻一倍。但是很显然003和福建舰的动力舱体积并没有翻一倍。从卫星照片上测量，山东舰的动力舱大概是24X25米那么大，而福建舰的动力舱大概是27X32米，而且前后动力舱大小基本一样大。两者高度也相当，都是三层甲板高度。也就是说从山东舰到福建舰，动力舱容积仅仅扩大了45%左右。而003的动力舱大小应该介于山东舰和福建舰的动力舱大小之间。所以从山东舰到003的动力舱容积提高肯定不到45%。

福建舰的动力舱宽度

003的动力舱具体有多大我们不得而知，但是肯定不会超过修改设计之后福建舰的动力舱大小。那么该怎么设计003的动力系统呢？如果003要继续使用蒸汽动力，那么摆在003面前的路只有三条。第一条路，在不扩大动力系统体积的情况下，大幅提高动力系统的热效率，通过热效率的提高来满足功率提高的需求。第二条路是继续沿用山东舰上使用的燃油锅炉，增加燃油锅炉的数量，以此满足功率提高的需求。第三条路是不增加燃油锅炉的数量，而是扩大燃油锅炉的体积来满足功率提高的需求。

俄系航母燃油锅炉

如果走第一条路，那么主要的技术手段就是提高燃油锅炉的工作温度和压力。我们知道俄系航母燃油锅炉的工作温度是480度，工作压力是6.4兆帕。美系航母燃油锅炉的工作温度是510度，工作压力是8.17兆帕。这样的工作参数其实已经算超临界锅炉了，但是燃油锅炉已经发展得非常成熟了，锅炉的热效率已经达到85%左右，想再有大幅度提高已经非常困难了。这个我们可以参考民用火电厂的锅炉效率，目前火电厂使用的超临界机组的工作温度普遍为540~560度，工作压力为24兆帕左右。小鹰号航母锅炉的工作温度大致和民用超临界锅炉的工作温度相当，但是压力要低很多。

从超临界到超超临界热效率只提高了4%左右

而超超临界机组的工作温度普遍为580~610度，工作压力25-30兆帕。然而从超临界到超超临界热效率的提高也只有4%左右。而航母锅炉的工作参数是很难提这么高的，工作压力增加四五倍会让压力容器、管道、阀门等设备重量大幅上升。而且航母上的空间有限，导致设备的工作效率没法和火电厂相比。所以仅靠改进航母锅炉的性能提高热效率潜力非常有限。即使把航母锅炉改造为超超临界锅炉，也无法通过提高热效率来满足提高功率的需求。

疑似003航母模型参数

而第二条路和第三条路必然要大幅增加动力舱容积。很明显提高热效率的路走不通，要想扩大功率，要么增加锅炉数量，要么增加单台锅炉的体积。这都会导致动力舱体积的扩大，而且功率基本上和体积是成比例的。所以只要知道003的动力舱容积提高了多少，那么我们就知道003动力主机的功率大概是多大了。要想弄明白这个问题，我们需要知道003大致的排水量，就可以用来推测动力舱的体积了。我们找来一篇论文作为参考，这篇论文中有一个理论模型，其船体长度为313米，水线长292米。这和现在的福建舰比较接近，有可能就是原计划的003航母的设计。

在官方公布的照片上 福建舰的船艏设计水线吃水是13米

但是这个模型肯定不是现在的福建舰。因为这个设计的吃水深度和水线宽度都和福建舰相差比较远。福建舰的吃水深度在下水时是有官方照片公开的，设计水线深度是13米，而且福建舰的水线宽度根据已公开的照片分析应该在41.2~41.5米左右。所以可以确定这个理论模型不是现在的福建舰。不过这个模型的水线长度、船体长度和福建舰比较接近。所以我们认为这个模型有可能是原来003的设计模型。这个模型的排水量是71875吨，这应该是标准排水量。根据已经给出的参数是可以算出这个模型的满载排水量的。只是不确定这个模型的方形系数。不过我们可以参考福特级航母的方形系数。

福特级的方形系数大概是0.64

福特级的方形系数大概是0.64。这个模型的水线长宽比要比福特级的小，292÷39.4=7.41。福特级的水线长宽比是317÷40.84=7.76。所以我们要把方形系数略微调高一些设定为6.6。这样这个模型的满载排水量大概就是292X39.4X10X0.66X1.025≈77830吨。这也是某位网友坚持福建舰的排水量顶多七万八千吨，不能再多的来历。只能说这位网友已经不理智了，完全不看福建舰吃水深度和水线宽度这些客观事实了。这个排水量可能只是003原计划要实现的排水量，而不是现在福建舰的排水量。我们知道辽宁舰的满载排水量大概是6.5万吨，77830÷65000=1.2，也就是说003的满载排水量相比辽宁舰可能提高了20%左右。

CV-64和CV-67是小鹰级航母 满载排水量在8万吨左右

那么假设从辽宁舰修改设计到003的过程中，动力舱在船体结构中的体积占比没有发生变化的话。那么003的动力主机功率大概提高了20%，也就是162.5MW x 120%=195MW。也就是说003的主功率可能在195兆瓦左右。上图中CV-64和CV-67都是小鹰级航母。小鹰级航母的主机功率是218兆瓦。小鹰级航母的排水量要比这个疑似的003航母模型的排水量要略大，而195兆瓦和218兆瓦的主机功率相比也是合理的。所以003航母的主机功率大概就是195MW左右，误差不会太大。即使能够优化一下动力舱设计，003的主机最多也只能提高到210兆瓦左右的功率，和小鹰号差不多。主机提供的功率不能再多，否则动力舱的体积就会超出原来山东舰动力舱在全舰体积中的占比，这必然会挤压其它舱室和机库的体积。

但是这也意味着003的主机可能拿不出来多少功率用来发电了，顶多像小鹰号一样从主机中提取10兆瓦左右的电力。小鹰号主机提供的电力就是12兆瓦。这和我们前面参照福特级航母的发电功率推测出的主机功率相差甚远。福特级航母的电力总功率是210兆瓦。因为原来003是计划使用蒸汽弹射器的，所以弹射器的动力肯定来自燃油锅炉主机的蒸汽。我们需要从福特级航母电力总功率中扣掉电磁弹射器占用的56兆瓦功率，也就是210-56=154兆瓦。就是比较理想的003航母的配电总功率。

福特级航母使用的辅助动力柴油机

现代航母的电力配额中大概有一半来自主动力，而另一半来自辅助动力，这是现代航母的普遍规律。至于为什么是这样，前面一篇文章已经有详细分析，这里就不重复了。也就是说003的主机应该提供77兆瓦左右的电力。这是比较理想的003航母的电力配置，但实际上003的主机可能和小鹰机差不多只提供了10兆瓦左右的电力。至于003的辅助动力情况，目前还缺乏判断依据，很难确定实际配置。但是从003主机的发电功率来看，离理想的情况相去甚远，明显有点跟不上形势。这将迫使辅助动力提供更多电力，来满足对舰上用电设备对电力的需求。这就给辅助动力系统提出了更高的要求。

经过以上的分析，003的基本轮廓就有了。003航母的排水量大概在78000吨左右。船体长度313米，水线宽39.4米，满载吃水10米。采用蒸汽弹射器，弹射器数量可能是三条或者4条。而003航母的实际动力配置情况很可能是这样的，仍采用8台燃油锅炉。继续沿用八台的数量是因为我国的航母都是四轴推进，每轴配两台锅炉。如果不是锅炉数量翻倍的话，锅炉数量不好平均分配。

锅炉在原来山东舰使用的燃油锅炉基础上加大体积30%，功率提升30%左右，输出功率可以达到26.4兆瓦。动力舱的容积提高20%，保持动力舱在船体结构中的体积占比不变。差出来的10%依靠动力舱结构优化解决。这样8台锅炉总输出功率210兆瓦。推进功率在200兆瓦左右，这里面包含弹射器所需蒸汽的功率。主机发电功率10兆瓦左右。这就是003航母基本的情况，那么福建舰决定要上马电磁弹射器之后该如何修改设计呢？篇幅所限我们下一篇文章接着聊。