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航空母舰关键技术概述

已有 1921 次阅读 2022-5-8 01:55 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦

1 需要具备多领域的关键技术

航母是现代科技的结晶。与一般民用造船工业的技术要求不同,军用舰船的建造涉及部门众多,技术要求复杂,科研和组织难度很大,很多技术不是一般国家可以在短期内全部攻关下来的。

航母是一个复杂的“巨系统”,需要的关键技术非常多,比如舰船设计技术、舰机适配技术、舰载机技术、弹射技术、拦阻技术、武器技术、动力技术、钢板制造与焊接技术以及其他配套的各种设施保障技术,等等。在众多技术当中,舰载机技术和舰机适配性技术是非常关键的。美国的大型航母上通常配备有七八十架各种飞机,战时最多可达百架,这些飞机如何在航母甲板和机库内搭载和布局,如何顺利起飞和降落,如何在其他部门及属舰的配合下有效地执行各项任务,就需要一系列完整的技术。对于舰载机本身来说,既要具有良好的作战技术性能,又要适应母舰搭载和起降,适合与本国其他航母衔接、过渡。总之,航母对舰载机、武器装备及配套设施要求非常高,需要大量的技术手段来解决。

 

2 需要拥有齐全的配套设施

航空母舰战斗群要形成极其强大的海上作战和执行各种任务的能力,绝不是仅仅依靠一艘大型战舰与其他各型属舰,以及航母上的舰载机就能达成的。实际上,航母还需要大量的沿海岸基大型港口设施、海外基地与保障点为它配套保障与服务。以美国、英国、法国、俄罗斯等主要航母拥有国为例,航母需要一个战略母港,也就是航母的战略综合保障基地。在基地内,必须有航母靠泊补给休整的码头,还要有巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、综合补给舰、快速战斗支援舰等系列属舰靠泊的码头。此外在附近还需要有机场,至少要有固定翼飞机机场和直升机机场各一个。由于航母上动力装置的用油和舰载机上用油是完全不一样的,而且属舰的油料也是不一样的,加之舰机的弹药种类也十分繁杂,比如美国航空母舰战斗群属舰上就安装有“战斧”巡航导弹、各种反舰导弹、舰空导弹、速射炮等武器,它们所使用的弹药完全不同,因此,在基地内还必须有油料仓库、弹药仓库、物资保障仓库等,建立一个完整的、综合的、体系化的各类物资保障中心。当然,还要有陆上的试验试飞基地,还要在中远海海域有适当数量的海外补给基地和补给点,等等。

 

3 高技术需要储备大量的技术人才

航母上包括大大小小的一级系统、二级系统以及三级系统,就是说,它上面有几个大的系统,也有许多中小系统。比如船体、船舶装置,动力装置,舰载机,通信指挥设施,电力系统是一级系统,在这六、七个一级系统中又有很多子系统。设计好一艘航母之后,首先要经过船体放样、船体机件加工、船体装配、设备安装等多道工序,这其中就需要大量的、精通各个专业领域的工程技术人员。船体分段造好后需要焊接起来,在焊接过程中,需要大批的有成熟经验的电焊工。在设备安装过程中,需要对各种设备了解的技术人员和熟练工人。

要想把船体重要部位特别是甲板表面弄平整,焊接技术非常重要,尤其是大面积的甲板和船体。因为航母的焊接结构件中,焊接接头往往是最薄弱的部位,焊接质量将直接关系到船体结构的安全可靠性。乌克兰黑海造船厂曾经造过七、八艘航母,从莫斯科级到基辅级航空母舰,再到“库兹涅佐夫元帅”号航母,以及“乌里扬诺夫斯克”号航母,苏联在焊接技术方面积累了比较丰富的经验。这方面优秀的技术人员和焊接工人,如今随着航母建造数量锐减和停建而明显减少。

  同时,像一些动力系统、调试等方面的技术人员和熟练工人也是非常重要的,因为动力系统是船体的心脏。再有,舰载机上舰面安装的技术人员,包括起飞蒸汽弹射器、滑跃式甲板、尾流板等,都牵扯到大量的技术。绝不是说,把这些东西装起来,或钩住拦阻了飞机就万事大吉!在航母前期的建造和测试试验过程中,也需要大量的方方面面的技术人才,包括工厂、设计部门、军方的技术人员等。总之,建造航空母舰需要方方面面的专家和专业技术人才。

 

4 长周期需要不断吸收新技术、使用新材料、运用新工艺

航母系统非常复杂,设计和建造又必须具有高新技术、新材料、新工艺,这使得其建造周期难免要比一般舰船长。航母从开工建造到建成下水,一般是58年的时间。因为航母系统比较庞杂,建造工艺十分先进,和普通的水面舰艇大不相同,各级系统很多,单是航母上的电缆拉直了就有好几千公里,其设计和铺设,就需要很长的时间和业务精通的业务人员。俄罗斯曾就“戈尔什科夫海军元帅”号航空母舰改装幂HEFJ度发生严重争执,不断地延长改装时间,提高改装经费,其中一个很重要的原因就是电缆长度算短了,最初提出来的只有700多公里长,而实际改装时却要铺设2000多公里,这2000多公里的电缆需要很多钱,而且电缆仅规格就有几百种,因为不同的系统往往要用不同规格、不同型号的电缆。

 

5 面临六大技术难关

航空母舰是当今世界上最为庞大、最为复杂,且攻防兼备的大型海上作战平台,因而它的研制与建造是一个极其复杂的“巨系统”,牵涉到大量的关键技术及许多高新技术,牵涉到方方面面的疑难问题。

第一,航母的设计与制造技术。航空母舰虽然是一个海上“庞然大物”,但现在各国越来越重视它的隐身设计与优化设计。例如尽可能将它的上层建筑设计得矮小,且向右舷后移,从而使航母舰桥的雷达反射截面积大为减少;飞行甲板也进行重新设计与布局,减少舰上升降机的数量和安装配置;增加隐身涂料和材料的涂覆和配置;全舰的干舷显著降低,舰面设施非常简化,可最大限度地减小其雷达反射截面积。航母在整个制造过程中,要经过很多道工序。按照美国海军工程规范,通常制造航母时要经过船体放样、船体机件加工、船体装配、设备安装等12道“高精尖”工序;其中航母的船体放样最为关键,这道工序堪称航母“胚胎期”,它需要标准化的大型试验水池、风洞及超高速计算机作为依托,目前世界上只有少数公司有能力完成这些工作。第二,舰载机技术。舰载机是航空母舰的“称雄之本”,也是舰上的主要进攻和防御武器,因此其先进性将决定航母作战能力的高低,也常常成为制约航空母舰战斗力发展的瓶颈。近些年来,高新技术的运用已使未来航空母舰上的舰载机型号更简化、性能更突出、作战半径也更大。给力设计和装备适应本国航母特点和作战需要的舰载机,已成为各国海军发展航母,提高其作战能力的关键。美国已经为其未来福特级航母重新量身订制了第五代攻击战斗机。这种第五代战斗机具有超音速巡航、机动性好、载弹量大、多用途等特点,可以减少搭载飞机的种类,充分实现“一机多型”的要求。    

舰载无人机由于具有体积小、重量轻、成本低、效费比高、用途广泛,且可避免人员伤亡等优点,正逐渐成为未来航母的主力机种。

第三,舰机适配技术(包括起飞降落技术)拦阻降落技术为例,看似简单,但它却直

接关系到航母回收飞机及保障降落安全,因为航母上60%~70%的事故都是在降落时发生的。所以,对于拦阻降落技术,各国海军也都投入许多人力物力。例如,英国对于未来新航母的舰载机着舰技术,依然在进行新的探索,即对于攻击战斗机采用短距起飞和垂直降落方式,同时还要求该机利用矢量推力,来减缓飞机进场的速度,并保留机翼升力不变。

第四,动力技术。动力系统是航母的“心脏”,关乎其在中远海海域上航行的速度、加速性和续航时间,对海上作战能力将产生直接、重要的影响。世界各国由于科学技术水平不同,财力多寡不等,作战需求差异,因此对航母的动力系统要求也不尽相同。不过,多年来各国海军始终没有放松对先进动力技术的研制与发展,竭力加快本国航母动力系统更新换代的步伐。

自第二次世界大战以来,美国航母上的动力系统轮换更替的速度明显加快。从福莱斯特级和小鹰级航母上的蒸汽轮机,到“企业”号航母上的A2W型压水堆,再到尼米兹级航母舰上的A4WAIG型压水堆,美国现役航母已全部实现了核动力化,其续航能力变得越来越长,性能也越来越好。不过,美国海军并不满足,又为新一代福特级航母设计建造了更新型的A5W压水堆。这种核动力装置使用了13800V的配电系统,所产生的电力是现役航母配电系统的3倍。在“福特”号航母50年的全寿命期内,压水堆不必更换堆芯。这种新型核动力技术的应用,不仅大大延长了动力系统的寿命,而且单位价格也变得相对低廉。此外,美国未来的核动力航母还将逐渐实现全电力化,除了长寿命核反应堆外,还有高功率电力变换和调节系统、电力驱动、电力弹射、电子动力装甲、电磁炮、激光炮等。

第五,航母的材料使用和焊接技术。航母用钢远比一般钢材要复杂得多,因为航母船体必须能承受住9级以上风浪。多年实践表明,航母使用钢材不仅标准高,而且有其突出的特点。一是高强度性。二是高韧性。航母在海上航行时,时常要承载波浪载荷、船体振动、飞机冲击、武器装备的反冲作用等,可见高韧性对于确保航母安全具有十分重要的意义。如今,高韧性已成为各国为航母开发用钢所提出的基本技术指标,特别是对钢材的低温韧性要求。三是耐腐蚀性。航母是常年服役在海上的大型浮动平台,各海域的海水温差较大,盐度含量很高,且海中生物众多。长期在这样的环境中航行服役,对航母钢材腐蚀很大,自然要求其具有良好的耐腐蚀性。

航母的主体结构是庞大的焊接构件,舰上不仅舱室多,而且全部需要焊接,工作量大,要求标准高。因此,焊接技术高低,直接关系到航母的建造周期、建造质量和建造成本。统计表明:航母的焊接工时要远超民船的焊接工时,最高甚至达到了总工时的50%。在航母的焊接结构件中,焊接接头往往是最薄弱的部位,焊接质量将直接关系到船体结构的安全可靠性。所以,航母钢材结构必须有良好的焊接性。

第六,舰载飞机的机翼折叠技术也是一项重要的技术。由于航空母舰上要携载尽可能多的舰载机,而航母上相对狭窄的空间和舰载机庞大的机体是两个不可调和的矛盾,因此,需要尽量减少每架飞机所占用的空问——这就应用到了飞机机翼折叠技术。飞机机翼折叠技术就是指在飞机不执行任务时,将修长的飞机机翼从机翼中段向机身方向折叠起来,显著减少飞机自身所占用的平面空间,以便更好地在航母机库和飞行甲板上摆放。飞机要起飞执行作战飞行任务时,机翼再展开经液压锁定后,就能恢复原来的状态。这其中的关键就是折叠前后的铰接、管路连接、电路连接等技术,是需要较高技术来实现的。在很多情况下,飞机的尾翼,甚至垂直尾翼和机头也要采取折叠。

 

参考文献

[1] 李杰.未来航空母舰的发展[J].新一代,2009(06):12-13.

[2] 伏虎.中国为什么要造航母[J].知识就是力量,2011(09):22-24.




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