从一部小小的美国航母兴衰史, 可以影射出美国造船业的兴衰史, 甚至由此瞥见了整个美国工业的兴衰史;
从上世纪尼米茨级的一骑绝尘, 到如今福特级的拉胯与不堪用, 美国海军已经走到了一个历史极点, 军事霸权的基石摇摇欲坠, 待后续尼米茨的退役潮来临, 福特级将何去何从?
二战后的美国航母
弦号前缀释义:
- CV (航空母舰):
Carrier Vessel - CVA (攻击型航空母舰):
Carrier Vessel Attack(已弃用) - CVS (反潜型航空母舰):
Carrier Vessel Anti-Submarine(已弃用) - CVN (核动力航空母舰):
Carrier Vessel Nuclear(CVA / CVS 并轨, 后续统一为 CVN)
| 型号 | 标准/满载排水量 | 代表航母 | 弦号 | 服役时间 | 退役时间 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 福莱斯特级 | 6 万吨 | 福莱斯特号 萨拉托加号 游骑兵号 独立号 |
CVA-59 CVA-60 CVA-61 CVA-62 |
1955 年 1956 年 1957 年 1959 年 |
1993 年 1994 年 1993 年 1998 年 |
二战结束后建造的第一代航母 第一代专门为供喷气式飞机使用而设计的航母 |
| 小鹰级 | 6 万吨 / 8.2 万吨 | 小鹰号 星座号 美国号 肯尼迪号 |
CV-63 CV-64 CV-66 CV-67 |
1961 年 1961 年 1965 年 1968 年 |
2009 年 2003 年 1996 年 2007 年 |
最后一代常规动力航母 |
| 企业级 | 7.5 万吨 / 9.4 万吨 | 企业号 | CVN-65 | 1961 年 | 2013 年 | 第一代核动力航母，使用 8 个核潜艇的反应堆作为动力源 |
| 尼米茨级 | 由于建造时间相隔较 长，不断有技术升级， 其满载排水量介于 9.1 ~ 10.4 万吨之间 |
尼米茨号 艾森豪威尔号 卡尔·文森号 罗斯福号 林肯号 华盛顿号 斯坦尼斯号 杜鲁门号 里根号 布什号 |
CVN-68 CVN-69 CVN-70 CVN-71 CVN-72 CVN-73 CVN-74 CVN-75 CVN-76 CVN-77 |
1975 年 1977 年 1982 年 1986 年 1989 年 1992 年 1995 年 1998 年 2003 年 2009 年 |
暂无 | 第二代核动力航母, 美国当下的海军主力, 现役 10 艘 |
| 福特级 | 满载 11.2 万吨 | 福特号 肯尼迪号 企业号 |
CVN-78 CVN-79 CVN-80 |
2017 年 (仅下水, 未服役) 已开工 未开工 |
暂无 | 美国研发的下一代航母, 使用电磁弹射，综合电力系统， 计划在未来建造 10 艘 |
下一代航母: 福特级
福特级航母的第一艘 (CVN-78) 于 2009 年开工建造, 2017 年下水;
CVN-78 的基本参数:
- 长度为 333 米, 最大宽度为 78 米;
- 使用了 23 种全新的技术, 但步子迈得太大, 新技术不稳定导致故障不断, 无法形成有效战斗力;
电磁弹射问题
福特级的电磁弹射使用高压交流系统, 优点是能量密度大, 功率高, 缺点是稳定性不够, 故障率高;
福特级的电磁弹射的设计平均故障周期指标是 4100 次弹射, 实际故障周期为:
- 2017 ~ 2020 年: 181 次弹射;
- 2021 年: 380 次弹射;
- 2022 年之后: 400+ 次弹射;
虽然每年都在优化与提升, 但还是远远达不到军方标准;
储能/转换系统
福特级航母的每套弹射器都共用 3 套总容量 720 兆焦的飞轮储能系统, 整个供电与储能系统用的是中压交流供电系统; 飞轮储能可以发出交流电, 但结构太复杂, 机械能转换能量损耗大;
福特级电磁弹射系统的部分问题也来自于这个中压交流系统, 问题集中在储能和转换系统上, 而四套弹射器共用整个储能和转换系统, 导致无法实现单台电磁弹射器的电气隔离, 这就是福特级电磁弹射器出故障时必须四套同时停工才能维修的原因;
美军打算在后续的电弹系统中将储能子系统换成超级电容; 虽然超级电容储能比较简单, 但是电容储存的是直流电, 放电时需要转换交流电, 这样整个体系中就需要一道 AC-DC-AC (充电时交流转直流, 放电时直流转交流) 的转换, 依旧麻烦无比; 因为基础技术选型的失误, 现在福特级已经处于一种进退失据的境地, 尤其在我国的福建号进展迅速的前提下, 重新回炉设计时间完全来不及, 在现有基础上硬着头皮改也没法从根本上解决问题;
与之对应的是, 我国福建号的技术路线是马伟明院士提出的中压直流系统, 全链路的直流体系完美避免了交流系统的复杂性;
弹射器的数量
福特级沿用了前型尼米茨级的 4 条弹射器;
尼米茨级使用四条弹射器的原因是蒸汽弹射器不能持续弹射, 每次弹射存在 2 吨的蒸汽损耗, 以美军航母通用的 C13B2 型蒸汽弹射器为例, 其最多能在 30 分钟内进行 18 次快速弹射, 此后弹射器的效率会降低, 每隔 5 分钟才能弹射一架飞机, 期间需要补充蒸汽; 所以一般两个一组, 一条弹射另一条储压, 交替弹射;
福特级的电磁弹射系统在 4 条弹射器之间共用三个储能飞轮, 各套弹射器之间没有实现电气隔离, 并不适用于蒸汽弹射交替弹射的场景, 达不到一条弹射另一条储能的效果; 而左舷多出来的第四条弹射器过多侵入了着舰区, 也无法实现舰载机着舰时同时使用第四条弹射器;
体积超标
因为散热控制以及电磁屏蔽, 因为弹射过程中多个结构都需要快速散热, 比如电机工作时的高温以及导轨加速产生的巨大热量, 还有电机工作时极端电磁场, 相当于一枚小型 EMP 爆炸, 需要将其屏蔽在甲板下, 避免其影响战斗机航电系统;
福特号航母在增加了这些散热结构和电磁屏蔽系统以及储能与转换与控制系统后, 电磁弹射系统的体积居然达到了 1061.4 立方米, 和蒸汽弹射的 1100 立方米相差无几, 而重量则超过了 630 吨, 已经高于蒸汽弹射;
阻拦索问题
福特级使用了先进的电磁阻拦索 (AAG), 以液压涡轮来提供阻拦力, 通过软件实时分析拉力传感器反馈的力度数据, 智能控制电动机带动拦阻索, 实现阻拦过程的负载均衡, 从而解决以往通过巨型液压缸、活塞和加压空气等机械结构阻拦 “力度过猛” 导致对舰载机结构和拦截钢缆产生显著损耗的问题;
福特级电磁阻拦索的设计评估故障周期指标是 16500 次阻拦, 实际故障周期为 41 次;
升降机问题
福特级的 11 个弹药升降机使用了先进的电磁升降机, 而是依靠光滑的接触面和电磁力, 让活动台面吸附到提升上下轨道的边框上, 进行弹药的运输, 不再需要电缆和钢索等过多的笨重设备;
福特级电磁升降机的设计平均故障周期指标是 932 小时, 实际故障周期为 218 小时, 且 11 个升降机只有 8 个验收通过;
