尼米兹级核动力航母

在网上讨论航母动力的时候，常提及常规动力和核动力的优劣，总有人把“都是烧开水的”这句话挂在嘴上。如果这句话当做梗来听当然没啥问题，但是如果真的有人以为常规动力和核动力都是同样的技术，那就不科学了。那么美弟的航母从小鹰级发展到尼米兹级的时候为什么要换成核动力呢？这里面有什么必然的底层逻辑吗？这篇文章我们就来聊一聊这个话题。关于航母应该选择核动力还是常规动力，有这么一个说法。说航母发展到八万吨以上后就不适合采用常规动力了。那么这句话说得有道理吗？

戴高乐号核动力航母

其实航母采用常规动力还是核动力和航母的吨位关系不大。你看法国四、五万吨级的戴高乐号航母采用的是核动力。美弟的尼米兹级和福特级的排水量都已经发展到近九万吨和十万吨以上了，它们用的也是核动力。那么导致航母必须更换核动力的根本原因是什么呢？我们在前面分析福建舰从003航母的原始设计修改到福建舰现有设计的过程中找到了根本的原因。这主要是因为航母对动力系统功率的需求是在飞快增长的，而航母的排水量的增长却是非常缓慢的。这两者之间有着不可调和的矛盾。

小鹰级航母

我们知道小鹰级航母的满载排水量在8万到8.3万吨左右，而尼米兹级大概是在9万吨左右，而福特级是在10.16万吨的样子。请注意我们这里用的单位都是公吨，和网上大量的排水量数据是对不上号的，因为他们用的单位是短吨。相应的小鹰级航母的推进功率是206兆瓦，这个推进功率相对于其排水量来说是有些偏高的，因为这里包括了蒸汽弹射器的动力需求。也就是说小鹰级航母的蒸汽弹射器的动力也来自动力主机。如果蒸汽弹射器需要提供蒸汽，小鹰级的最大航速就是受限制的。尼米兹级的推进功率是194兆瓦，而福特级的推进功率是209兆瓦。

世界各国航母的基本参数

大家会发现，航母的推进功率和满载排水量是成正比的，而且基本上是线性增长的。但是航母电力需求的增长却不是线性增长的，而是呈爆炸式增长的。小鹰级的发电量是15兆瓦，到了尼米兹级就变成了64兆瓦，而福特级就已经飙升到了210兆瓦左右。小鹰级的发电量中有12兆瓦是由动力主机提供的，也就是说燃油锅炉动力主机的总功率是218兆瓦。其余3兆瓦是辅助动力柴油机提供的。。

美国航母的辅助动力配置

而尼米兹级前几艘采用的A4W核反应堆提供了194兆瓦的推进功率，以及提供了64兆瓦的电力。而尼米兹的辅助动力功率8兆瓦其实是应急动力柴油机发的电。尼米兹级的后几艘换成了A1G反应堆。也就是说尼米兹级其实这里可能还漏掉了尼米兹级提供给蒸汽弹射器的动力，因为194兆瓦的功率应该是不含蒸汽弹射器功率的。也就是说尼米兹级的核反应堆提供了至少258兆瓦的功率，这里不包括弹射器功率。即使如此，相对于小鹰级，尼米兹级的主机功率也提高了至少18.35%左右，但是排水量却只提高了7.2%左右。

如果尼米兹级的动力不变，用的还是燃油锅炉。那么尼米兹级的动力舱需要扩大18.35%。而排水量却只提高了7.2%。这就意味着尼米兹级航母的动力舱必然要侵占其它舱室甚至是机库的空间，这肯定会严重影响航母的总体作战性能。所以如果尼米兹级不采用核动力，不提高动力系统的功率密度的话，必然会导致动力舱侵占其它舱室甚至是机库的事情发生。那么是否可以通过继续提高燃油锅炉的效率来进一步提高动力系统的功率密度呢？

航母上使用的燃油锅炉效率已经达到85%左右

我们前面的文章也分析过，航母上使用的燃油锅炉效率已经达到85%左右，想提高一个百分点都非常困难。即使从超临界锅炉提高到超超临界锅炉，热效率也不过只提高了4%左右。而且还要付出重量和体积增加的代价，这么做已经不划算了。所以燃油锅炉的热效率很难再提高了，也就是说靠提高热效率来大幅提高功率密度这条路对于蒸汽动力来说已经走不通了。航母对动力系统功率快速增长的需求和排水量增长缓慢这对矛盾发展到一定阶段，必然要求更换动力系统类型来大幅提高动力系统的功率密度。否则航母总体作战能力必然会明显下降。这显然是不能允许的。

从超临界锅炉提高到超超临界锅炉 热效率也不过只提高了4%左右

当然尼米兹级的数据对比可能还不够明显，而且尼米兹级航母几个批次的反应堆和排水量都还不一样，有人可能有不同意见。我们以福特级和小鹰级来做对比会更明显一些，因为福特级的数据比较清楚。我们知道福特级的推进功率是209兆瓦，反应堆发电功率从尼米兹级的64兆瓦提高了到了福特级的104兆瓦。也就是福特级的主机功率是313兆瓦。相对于小鹰级218兆瓦的主机功率，提高了43.58%。但是排水量只提高了22.41%，这是按小鹰级8.3万吨来计算的，如果是按8万吨来算的话是27%。和43.58%相比仍然相差悬殊。

如果不是以主机功率来计算而是以全舰动力总功率来计算，对比将更加明显。福特级的动力系统总功率包括反应堆和辅助动力柴油机都算在内是419兆瓦。相应小鹰级是221兆瓦，福特级比小鹰级几乎翻倍。如果福特级航母不采用核动力，那么动力舱体积必然翻倍，但是排水量才只是从8万吨提高到10万吨左右。这必然导致动力舱严重挤占其它舱室或者机库的体积。所以动力系统必须要从小鹰级的常规动力更换为尼米兹级和福特级的核动力才能解决问题。那么可能会有人会说，比蒸汽动力功率密度更高的还有柴油机、燃气轮机，为什么不选择这两种动力呢？

英国伊丽莎白女王级航母使用的MT30燃气轮机

我们前面的文章有详细分析，这里就不展开了，只说一下结论。主要是柴油机和燃气轮机都不适合当主动力，这两种动力系统都有自己的问题。适合航母使用的中高速柴油机单机功率很难做大，容易导致柴油机数量过多，占用空间过大，而且在并车到四根推进轴时会遇到技术难题很难解决。要解决这个问题需要采用全电推进系统，但在十万吨级航母上实现全电推进即使是福特级航母也没有做到。而且燃气轮机的使用成本比较高。比如英国伊丽莎白女王级航母就采用了燃气轮机做为主动力，但是航速只有26-27节的样子，比通常航母30节以上的航速相差甚远，如果要把航速提上去代价很大。因为功率提高一倍，航速才能提高四分之一。

英国伊丽莎白女王级航母

所以想让航母的主机功率密度有大的提高，最理想的选择是核动力。因为核动力的单机功率很容易做大，而且功率密度要比常规动力高得多。而柴油机和燃气轮机各有所长。燃气轮机功率密度是柴油机的三到五倍，适合作为调峰电站的动力。而柴油机适合作为日常用电的发电动力，因为其使用成本比燃气轮机更低。这两种动力给核动力航母作为辅助动力是最佳的动力组合。

通过以上分析，大家不难得出结论，航母动力系统功率的迅速提高和排水量的缓慢增长之间的矛盾是推动航母更换更高功率密度动力系统的推手。也就是说追求更高功率密度是航母动力系统发展的最底层逻辑。而更换为核动力和航母排水量之间关系不是很大。也就是说航母发展到八万吨以上时更换为核动力，排水量的增长并不是决定性因素。促使航母从常规动力系统更换为核动力系统的真正原因是航母对动力系统功率密度的追求。只不过这件事情刚好发生在航母排水量提高到八万吨以上时而已。