全方位解讀首艘國產航母 - 今日頭條

全方位解讀首艘國產航母

來源:中國數字科技館 2018-06-13 19:12:56

我國第二艘航空母艦下水儀式4月26日上午在中國船舶重工集團公司大連造船廠舉行。中共中央政治局委員、中央軍委副主席範長龍出席儀式並致辭。該航母由我國自行研製,目前主船體完成建造,動力、電力等主要係統設備安裝到位。出塢下水是航空母艦建設的重大節點之一,標誌著我國自主設計建造航空母艦取得重大階段性成果。該航母下一步將進行係統設備調試和舾裝施工,並全麵開展係泊試驗。

2017年4月26日,我國第二艘航空母艦下水儀式在中國船舶重工集團公司大連造船廠舉行。圖為航空母艦在拖曳牽引下緩緩移出船塢,停靠碼頭(新華社 李剛/攝)

解讀:對比遼寧艦,首艘國產航母有哪些突破

那麽,這艘國產航母和“遼寧號”有啥不同?

軍事專家梁芳在接受央視采訪時表示,在外觀和噸位方麵,首艘國產航母與遼寧艦相近,但是內部結構、設備水平有了很大的變化,主要表現在:第一,設計理念有別。遼寧艦早期設計是巡洋艦式航母,艦首裝備有大量重型裝備,如反艦導彈,反潛裝備等,而首艘國產航母的設計理念是要發揮航空兵的作用;第二,艙室功能發生很大變化。首艘國產航母從設計之初就不存在巡洋艦的功能,是純航母功能,所有的艙室按照我軍實際需求來設計,節省了大量空間用來裝載艦載機;第三,動力不同,首艘國產航母的動力係統也是按照我軍需求研製而來。總體而言,首艘國產航母綜合作戰能力將大幅提升。

▲001A航母(上)與遼寧艦(下)結構級武器係統變化對比

▎艦島的變化最大

從照片來看,相對於遼寧艦,001A航母最大的變化在艦島。首先是艦島的長度變小了,目測其長度減少四分之一到三分之一。這一點也是電子、電氣係統進步的結果,由於電子係統小型化,特別是雷達、通信技術的進步,航母已經無需那麽大的艦島了。艦島減小,可以再為航母甲板節約出大約一個機位的位置。

▲遼寧艦的艦島

其次,由於艦島的長度減小,使其看上去位置有所後移。但實際上,001A艦島的後緣與遼寧艦的艦島後緣位置是持平的,否則的話後部的升降機位置將會改變,這樣會造成改動量偏大。艦島長度減小,實際上擴大了艦島前部的空間,但這個空間尚不足以增加一部升降機,所以001A仍然隻有2部升降機,而不是之前猜測的與尼米茲級相當的3台升降機。不過艦島前麵空出的甲板麵積可以安排一架機翼折疊後的艦載機,或者艦載機可以從這裏直接上短滑行道快速起飛。

▲001A航母的艦島

此外,艦島還進行了修形。艦島在外形上最大的變化是安裝相控陣雷達的位置。“遼寧艦”的346相控陣雷達的四個陣麵分別安裝在艦島正麵、背麵和兩側,略向上傾斜,從俯視圖上看,各麵陣是相互垂直的。而001A的相控陣雷達安裝形式類似於052C/D驅逐艦的相控陣雷達安裝位置。這種安裝方式的好處是減少迎風阻力,並使雷達平麵法線正對兩側45度方向,而這往往是艦艇的主要威脅方向。此外,雷達的整流罩改為了052D的平板形式,這被認為是346A型雷達的標配,可能意味著冷卻方式從風冷改為了液冷。

需要指出的是,對於搜索用途的相控陣雷達,最少隻需要3個陣麵。通常一部相控陣雷達的水平探測範圍是120度,所以中國的空警-2000預警機使用了三麵陣就解決了全向覆蓋的問題。為什麽“遼寧艦”和001A都使用了四麵陣呢。這四麵陣的價格不菲,應該說是整個艦島部分最昂貴的設備了,僅僅為了對空搜索不是一定要搞四麵。

我們已經服役的052C/D驅逐艦上之所以會使用4麵陣相控陣雷達,主要作用就是精確跟蹤和火力控製,因為隻有火控雷達才需要對目標進行更精確、數據率更高的探測,從而進行火力控製。如果隻安裝三麵陣,波束偏離中心過多的話一方麵達不到需要的精度,另一方麵波束能量也會降低,探測距離也不夠。001A不僅使用了四麵陣,而且也像遼寧艦那樣在桅杆頂部安裝一部對空/對海搜索雷達。

之所以這樣安排,一方麵可直接利用052C/D的四麵陣使用的軟件係統,而無需研發新的軟件以降低成本。第二增加係統的對空探測冗餘程度,最大限度減少沒有固定翼預警機帶來的缺陷。第三,四麵陣的多目標探測能力、數據更新率、搜索速度都大於三麵陣,性能更高。第四,為艦上的紅旗-10和1130近防炮提供精確的目標指示和火控計算。第五,不排除001A安裝更大型的防空導彈的可能性,這四麵陣的火控性能得以發揮。

▎艦載機有微調

001A顯然要配備遼寧艦已經驗證過的艦載機體係,包括殲-15殲擊機、直-18預警直升機、直-9搜救直升機等等。殲-15會否有改進型,例如將殲-16、殲-11D的技術成果,包括有源相控陣雷達、顯示控製係統、紅外搜索瞄準裝置、新型電子幹擾裝備、新型機載武器等等技術運用於殲-15?實際上,殲-15本身也不是蘇-33的完全克隆,而是運用了大量殲-11B的航電成果。

在新一代隱身機艦載機研製之前,這種配置的殲-15上艦的可能是高度存在的。但是001A首批搭載的很可能仍然是原版的殲-15,畢竟殲-15原版恐怕目前也隻是剛剛定型。但是新一代機載武器,例如霹靂-10肯定將隨殲-15上艦。不過,由於航母原始設計上就沒有“瓦良格”那種大型垂直發射的遠程反艦導彈,其機庫麵積將得以增大,001A搭載的殲-15數量很有可能增加到大約30架。

▲國產航母001A首批搭載的很可能仍然是原版的殲-15

前段時間國產固定翼預警機模型頻頻露麵,也引發很多關於固定翼預警機上001A的猜測。可以肯定的是,001A首先配備的將是直-18預警直升機,這就是專門為001A研製的。原有的直-8的問題不是“大”,而是“大而虛”。裝備了三台性能優秀的發動機,起飛重量卻隻有13噸多。發動機是好發動機,但是主減速器不給力,發揮不出發動機的功率,沒有達到與之匹配的起飛重量,這一點希望直-18得到克服。

▲直18預警機(上)與直18反潛機(下)

固定翼預警機是否上艦取決於兩個因素,一是能不能的問題。這從理論上說是可行的。當年美國的U-2、C-130都是在未經重大改裝的情況下上過航母,而且他們都不是彈射升空的。特別是U-2,它不是簡單的測試,而是跟著航母去執行任務。所以,理論上說,讓經過優化的固定翼預警機滑躍起飛是可能的。但它很可能會麵臨滑躍起飛的固定翼戰鬥機所麵臨的相同問題——不能滿載起飛,油量有限,進而限製了航程和續航時間。但是,再差也要比預警直升機強。

特別是在機載武器探測距離、飛行高度、飛行速度上都遠遠強於直升機。如果必要,還可以通過火箭助推、空中加油等方式來提高載油量。從目前透露的照片來看,固定翼預警機很可能會采用類似E-2D的“八木天線”有源相控陣雷達、機械掃描加電掃相結合的方式。第二是能不能趕得上的問題。從目前來看,固定翼預警機項目恐怕啟動不久,很顯然在001A服役的前若幹年是不可能的。

▎艦載武器或有突破

目前的001A尚未進行武器係統的舾裝。但是可以預料,“遼寧艦”裝備的1130超高速多管近防炮、海紅旗-10防空導彈是不可或缺的。

▲遼寧艦發射海紅旗-10防空導彈

▲威武霸氣的1130超高速多管近防炮,射速高達每分鍾10000發

另外,不排除安裝更大型的雷達製導型防空導彈上艦的可能,美國的尼米茲級航母安裝有“海麻雀”,俄羅斯庫茲捏佐夫則裝有“海道兒”(SA-N-9)。中國航母安裝大型的防空導彈,例如海紅旗-16甚至海紅-9,才不會罔廢那4麵相控陣雷達。

▲海紅旗-9中遠程防空導彈發射瞬間

當然,艦載武器的安裝屬於下水後的進一步舾裝的內容了。最後說說為什麽下水後要進一步舾裝。

通常來說,艦艇的不少設備在建造過程中就已經完成舾裝,特別是進行一些分段建造的艦體,已經進行了預先的分段舾裝。在船台上也會舾裝一些設備。但更多部分還是要等下水後進行舾裝。下水後進一步舾裝是因為大型船台、船塢,特別是建造航母的大型幹船塢以及為其配套的大型龍門吊和各類附屬設施是寶貴的建設資源,後續建造計劃還需要這樣的船塢,所以下水後再進行舾裝也是為後續建造項目騰地方。另外一個重要原因在於船舶下水後受力變化,可能會導致部分結構變形,如果之前進行過多的設備舾裝,很可能會導致設備損壞。而且增加的重量還會加大航母下水的難度,增加不確定性。

揭秘:從鋼板“變”成航母,一共分六步

了解了國產航母的諸多“進步”,你也許會好奇:動輒好幾萬噸的一艘航母,它的建造過程是如何完成的?下麵,就來簡要介紹一下。

▎從鋼材的除鏽開始

航母的建造是一項複雜的係統工程。在航母上船台之前,研製機構和船塢要做的工作包括:設計籌辦、打算籌辦、手藝籌辦、工藝籌辦、人員材料和設備籌辦、工場場地和舉措措施籌辦等。

整個航母建造過程的起點就在鋼材下料車間。專用鋼板到廠後,先要進行校平,成為平整的鋼板才能利用。在經過烘幹、除鏽等預處理之後,鋼材就可以起頭用來製造航母構件了。航母船體構件的加工可分為船體構件的邊緣加工和成型加工兩個部門。邊緣加工共分為兩個大步調,第一是按照在鋼材上劃出的船體零件現實外形,操縱剪床或氧乙炔氣割、等離子切割進行剪割。第二是切割完的部門零件的邊緣還需要用氣割機或刨邊機進行焊縫坡口的加工。

接下來就是對艦體的彎曲構件在邊緣加工之後進行彎曲成型。由於航母艦首的外飄較大,尤其是滑躍起飛體例的航母,艦首的高度、外飄度都十分可觀。所以,鋼質外板需要精準的曲麵成形加工。

在完成以上這些步調之後,我們的工人才算有了“根基零件”,可以開始進行航母的部件拚裝了。航母的船體部件拚裝,指的是兩個或者兩個以上的零件拚裝成組件(小組立),兩個或者兩個以上的組件拚裝成部件(中組立)的出產過程。常見的部件拚裝包羅船麵和艙壁板組件的拚接、T型材裝配、肋骨框架的拚裝等等。

▲2016年8月,國產航母001A全甲板合攏

▎用“搭積木”的方法造船體

完成了這些“基本工作”之後,接下就要進入到航母的裝配過程中了。

航母的船體裝配分為船體布局預裝焊和船台裝焊,其中船體布局預裝焊又分為部件裝焊、分段裝焊和總組裝裝焊三道工序。船體布局預裝焊所利用的首要設備有起重、電焊、氣割和壓縮空氣設備,以及管道、平台和胎架。其中胎架是製造船體曲麵分段和曲形立體分段的外形胎模和工作台,胎架分專用胎架和通用胎架,分段建造的航母普遍利用專用胎架和通用胎架的套管支柱式胎架。

分段建造就是在車間內建成若幹個大型船段,然後像搭積木似地在船塢內組裝,重達幾百噸的島型建築都是在陸地完成建造,整體吊裝的。例如,美國的紐波特紐斯船廠實力較為雄厚,從敷設龍骨到船體結構建造基本都在廠內完成。英國則采取了多家船廠聯合建造的方式,為建造新航母專門成立了由幾家船廠組成的航母聯盟,分別承建船段,然後再運輸到一起進行合攏組裝。

經過這一過程後,船體零件一步一步組合成部件、分段、總段,最終航母的船體顯露出整體形狀,內部的機庫、各類艙室等等格局也完全成形。

▲2017年4月初,國產航母在連夜進行建造

▎安裝動力係統、輔機係統

有了船體之後,動力及推進係統是首先要被安裝的。

綜合各類指標考量,蒸汽動力就成為了最佳的選擇。並且蒸汽動力航母還可以較便利地利用蒸汽彈射器,全燃動力則和蒸汽彈射器不兼容,隻能利用更先進的電磁彈射器。蒸汽動力固然具有係統複雜、占用的艙容大、施工周期長、維護工作量多以及經濟性較差等缺陷,可是其單機功率大、手藝成熟、壽命長、平安靠得住、對燃料要求低的長處,十分合適航母這種大噸位水麵艦艇。

需要說明的是,核動力其實也是蒸汽輪機(全電推進的航母例外),隻不外是用反映堆燒開水,而常規動力是用重油等燒開水,道理上都是蒸汽輪機。因為蒸汽輪機具有功率大、維護費用低廉的長處,可靠性高、效率高,造價也不高,所以航空母艦的動力裝配依然熱衷於利用蒸汽輪機。

當前安裝蒸汽輪機組的航母,一般為4台渦輪主機,都是雙殼體布局,由高壓渦輪和低壓渦輪構成,倒車渦輪分布在低壓渦輪個別中。在航行時,高壓缸的蒸汽經由過程容器室到低壓缸,最後達到冷凝器。渦輪主機有一個可以把功率分成兩部門的雙級減速齒輪,齒輪可以把來自渦輪的扭力矩傳遞給軸係,而軸係可以帶動螺旋槳推進器旋轉,推動航母前進。

動力係統安裝完畢,接下來就是輔機設備。輔機是航母上除主機以外的動力機械。按用途輔機分為五類:1.船舶推進裝置服務:燃油輸送泵、滑油泵、海水泵、淡水泵、空氣壓縮機、分油機等。2.航母航行與安全服務:舵機、係泊設備、吊艇機、消防泵、艙底水泵、壓載泵等。3.裝載補給服務:起貨機、通風機、製冷裝置、貨油泵、洗艙泵等。4.士兵生活條件服務:製冷及空調裝置、海水淡化裝置、飲水泵、衛生水泵、熱水循環水泵、通風機、減搖裝置、船用鍋爐等。5.防汙染服務:油水分離器、生活汙水處理裝置、焚燒爐、汙油泵、汙水泵等。

▲2017年4月26日,國產航母下水舾裝

▎下水進行舾裝

當完成總工程量的70%—80%,也就是分段建造、合攏、塗漆、安裝基本部件等幾個步驟完成之後,會迎來一個關鍵節點——下水。除了作為建造進展的一個標誌,航母下水還有一個重要的意義就是把船台騰出來,以進行其他大型艦船的建造或進塢整修。

眾所周知,一艘航母建造完成後,並不意味著馬上就能投入使用,下水僅僅是一個開始。航母下水之後,還需要繼續在碼頭進行舾裝等工作。

其實,航母下水隻是建造好了“毛坯房”,而舾裝就是進行“精裝修”。舾裝,就是進一步填充具備各種作戰用途的裝備,如彈射器、必要的電子設備、武器係統、作戰指揮控製係統,以及各種生活必需設施等,在“精裝修”的基礎上基本達到“入住”標準。而到形成作戰能力還需假以時日。

▎開始試驗與試航

舾裝工作大致完成後,接著就是海試,以測試動力係統、武器係統等。試驗形式多樣,最後還要進行戰鬥力評估等。這個時候,部隊人員相繼介入其中,熟悉航母的結構、技術細節、操作等等,為今後航母正式交付部隊使用做前期的準備工作。

▲2012年5月,改裝完畢的遼寧艦在進行海上測試

按照西方海軍的指令性文件規定,一艘新艦從下水到交付海軍使用,通常要經過舾裝、驗收和試驗試航三個階段。一般情況下,航母的試驗與試航是同步進行的。按照美國海軍的標準,新航母從下水到交付海軍,通常需要幾次試驗和試航,主要有合同試驗、性能試驗與特殊性試驗。其中,各種參數滿足一項就驗收一項。

船舶試航的目標是按照合同設計要求,對建造好的船舶機能實施全麵查核。船舶航行試驗的試驗項目、內容、方式應與有關方麵預先商定,並由船塢、船東和船檢機構三方代表構成帶領小組,負責實施。在試航前,對首要機械設備再做一次檢測,並帶足燃料、滑油、淡水、給養和救生器具。

試驗時,風速要求盡可能小,海麵盡可能安靜,水下船體和螺旋槳盡可能潔淨,測速前應交驗計程儀。船塢對試航全過程作具體記錄。試航一般在指定航區內進行。

海上試航是整個航母建造和交付過程中,最令人興奮並緊張的時刻。海試時,會有幾艘拖船將這艘龐然大物拖離碼頭。離開碼頭後,拖船陸續駛離,新航母第一次靠自身動力駛向大海。這時,檢測人員分成幾組對不同的係統進行檢驗,從動力係統、各種升降機、武器係統、指控係統到士兵居住的艙室,不放過任何角落。

實際上,航母的試驗和海試工作之多、任務之繁重是很難想象的,以至於航母交付海軍後,一般還有大約5%的工作量需要陸續完成。

在相應的工作完成之後,最後一步就是航母建造落成的最終階段——交船。交船是一項法律程序,即通過一些移交手續,船塢把航母交給軍方。

交船文件必須包含以下幾個內容:缺陷項目、備件清單、交船日期、包管期等。當然,交船並不料味著新航母馬上進入海軍序列,但它意味著,這艘航空母艦的所有權從船塢轉到了軍方手中。

本文作者:李乃麟

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