核动力系统的大概结构如下图所示,它的工作过程则大概是这样的:核反应堆产生热量先把锅炉烧开产生足够的蒸汽,也就是图中的蒸汽发生器那个部分,然后这些蒸汽又通过带动推进蒸汽轮机和汽轮发电机,分别给舰艇带来动力和电力,其中,推进汽轮机又会通过传动装置(比如齿轮、传动轴等)带动螺旋桨的转动,从而给核动力航母、核动力潜艇或者其他的核动力舰艇带来行进的动力!
▲核动力系统简图
所以,跟同样是使用蒸汽轮机的常规动力航母相比,两者的动力系统结构基本上没有多大的差别,动力的来源都是“水蒸汽”,通过水蒸气来带动蒸汽轮机的运转,从而给舰艇供电以及带来动力,唯一的不同点就在于:核动力是使用核反应堆来烧开水,从而产生蒸汽;而常规动力则是使用燃料来把锅炉烧开产生蒸汽,除此之外,这两种动力系统的整体结构上并没有多大的区别,蒸汽轮机以及各种传动装置的工作原理都是一样的!下图为蒸汽动力系统简图:
▲蒸汽动力系统简图
因此,核动力航母的难点其实就在于怎么造出一个体积小、输出功率又足够大的核反应堆,毕竟这个反应堆是要装到航母甚至潜艇上面去的,体积和重量有着非常严格的限制,像核电站里的那些大型核反应堆,肯定是不适用于舰用的,那么除此之外,核动力和常规动力有分别有什么优缺点呢?
▲科幻电影中的电磁炮
先来说核动力,很明显,使用核动力的航母不用考虑油耗,拥有着无限的高速航程(常规动力航母高速行驶时油耗会特别大),也就意味着在战时拥有更大的时效性优势,能更快的达到目标战区,然后,因为核动力航母自身是不需要燃油的,所以拥有更大的空间可以携带更多的武器弹药和航空燃油,最重要的一点,电力无限,这才是核动力航母的最大优势,等到以后电磁弹射、电磁炮等“耗电大户”武器普及了以后,常规动力航母真的可以洗洗睡了,不要说什么储能装置才是重点,根据“能量守恒定律”就可以知道,电能的最终来源就是燃料的化学能,需要消耗多少电力,最终就需要同等能量值的燃料来弥补!至于核动力航母的缺点,贵以及维护、保养更加困难!
而常规动力航母的一大优势就是全寿命成本低,也就是更加便宜,以及常规动力更容易保养和维护,这也就意味着其拥有更长的全寿命部署时间,达到了74%,维修和保养的时间仅占26%,而核动力的全寿命部署时间为69%,维修保养时间占到了31%,除此之外,核动力航母在战时对后勤的要求比起核动力来说也是更高的!
想要了解核动力驱动航母的推进原理,了解核动力航母的发展过程是必要的。
航母发展史
1910年11月14日,美国飞行员在世界上首次成功在巡洋舰上起飞,次年完成在舰上滑行降落,可视为早期航母雏形。
1961年11月,美国首先将核动力装置搬上航母,建成了世界上第一艘核动力航母——企业号,以解决当时常规动力航母上动力资源紧张的问题。
现代海战中航母的职责定位是大型移动基地,即航母为航母战斗集群中的预警机、轰炸机、歼击机等提供后勤保障,外加蒸汽弹射器、发动机、阻拦索到处都是需要蒸气动力的地方,建设一个能源动力充足的核动力航母就变得很有必要。
企业号装载了8座A2W压水堆,每台反应堆功率约3.5万马力,这种堆型是由美国西屋公司研发生产供美国海军使用的,目前中核集团下属三门核电站AP1000堆型就是从西屋公司引进的技术。
图释:反应堆压力容器顶盖,上面伸出来的就是为控制棒和测量装置预留的通道
核动力航母的驱动原理
压水堆的原理如下图,整体上分为三个回路,一回路为热源,二回路为工作回路,三回路为专门的冷却回路,一回路的Pressure Vessel(反应堆压力容器)中装载有浓缩度达90%的核燃料(在商用压水堆仅为4%左右),核燃料在Pressure Vessel中通过核裂变释放出能量,再通过热传递将裂变热传递给一回路中的水,一二回路中的水在Steam Generator(蒸汽发生器)中完成热量交换,将二回路中的水加热到6MPa,270摄氏度左右,这些高压蒸汽就可以推动汽轮机旋转,汽轮机通过轴系传递给了尾部的螺旋桨,为航母提供航行动力,还有一小部分蒸汽推动汽轮机带动发电机为航母上电子设备提供能源。
图释:核动力航母驱动原理动图
下图为航母驱动原理简图,可以看到汽轮机主轴通过减速器带动螺旋桨和发电机,通过减速器一方面降低了螺旋桨的转速,减小了磨损,另一方面提高了螺旋桨的扭矩,增强了动力。
图释:核动力航母驱动原理简图
全电推进航母驱动原理
美国福特号航母曾经打算采用全电推进系统,即蒸汽轮机不在通过轴系带动螺旋桨旋转获得动力,而是先由汽轮机带动发电机发电,再由电能驱动电机带动螺旋桨获得动力,但最后由于此项技术还不成熟,没有应用到航母上。英国伊丽莎白女王号航母采用了全电推进动力,全电推进动力有着突出的优点,此前在文章中讲过,有兴趣的读者可以关注本号查看。
图释:A4W压水堆,装备尼米兹级
版权声明:本文来自用户投稿,不代表【爱生活网】立场,本平台所发表的文章、图片属于原权利人所有,因客观原因,或会存在不当使用的情况,非恶意侵犯原权利人相关权益,敬请相关权利人谅解并与我们联系(邮箱:youzivr@vip.qq.com)我们将及时处理,共同维护良好的网络创作环境。