锅炉信息网 > 锅炉知识 > 锅炉学习

现代航母设计风格及运作常识简明梳理-前合集

发布时间:

现代航母设计风格及运作常识简明梳理-竣文版总序:航母是什么?是战争工具,一种战争工具设计方案不会因为大部分性能优势巨大而必然兴

现代航母设计风格及运作常识简明梳理-竣文版

总序:
航母是什么?是战争工具,一种战争工具设计方案不会因为大部分性能优势巨大而必然兴起,只会因为无法达成其不得不达成的性能指标而必然淘汰,长板影响投票权重,短板则拥有一票否决权。

前言:

此文已编辑至33.6W字、82章、11篇、3卷、199节。任何人皆可在不恶意断章或曲解原义前提下任意转载挑刺,此文不学某些军评号乱抄一堆自己都不清楚背后由来的参数,只依据公开信息疏理舰船设计常识,不依靠习惯做出判断,只遵循逻辑进行推理———热爱颜面偶像胜过热爱探究学问者免读、厌恶设计和机械者免阅、喜欢舒适区者免阅、将舰船知识杂志或者其它意见领袖收集转载的民科文奉为真理者免阅。

《现代汉语词典》对航空母舰的定义是:

具有供飞机起飞和降落的飞行甲板,并具有维修和存放飞机的机库的军舰。

《军事辞海》的定义:

以舰载机为主要武器,并作为海上流动基地的大型军舰。能在其他战斗舰艇护卫下,远离海岸实施机动作战,袭击敌海上编队和岸上目标,夺取作战海域的制空权和制海权。
由于蓝星多数国家都在二战之后产生,由联合国、安理会五常主导的现代国际秩序也是在WW2之后建立。因此当前大部分人类将WW2结束日视为近代和现代的分界。
考虑到冷战结束至今蓝星的国家总数持续保持增长,不久之后人类可能会用冷战结束日来重新划分近现代。此文中的现代航母,特指WW2之后开始设计的、同时符合现代汉语词典和军事辞海定义的真船和图纸计划/模型方案。

总目录:

上卷:鹰居逆浪.
Ⅰ一、风与地 二、海遏舟 三、律风波 四、舰中兵
中卷:寻常井径.
五、火水径 六、浪腾云 II 七、钢之息 八、异彩呈
下卷:戎舟挥翼.
九、血焰循 十、曲正斜 III/IV十一、临渊行:下/前
因10W字限制,全文拆分为上中下前四合集,上卷与中卷前半部分共同编入上合集,中卷后半部分与下卷前半部分编入中合集,临渊行篇由于篇幅过长故分编入下合集与前合集。总目录中I为上合集近10W,II为中合集近7.5W,III为下合集近8.5W,IV为前合集近7.6W正文链接如下
现代航母设计风格及运作常识简明梳理-上合集
现代航母设计风格及运作常识简明梳理-中合集
现代航母设计风格及运作常识简明梳理-下合集

十一、现代航母的诞生与存在-临渊行

篇目录:

下合集部分(链接):
篇目录索引图
0、凝视深渊
1、航母舰体设计对应的航行性能优化方向
2、航母能量管理与物流系统简介
3、现代航母动力选择与生存能力
前合集部分(黑斜体为前合集已更新部分):
前合集目录索引图
4、舰体结构-舱室划分与海上生存
5、航母装甲防护与主动防御发展趋势
6、港岸设施-基于建造与维护的现代航母研制工作
7、时、兵、地、人与航母设计

前合集正文:

4、舰体结构-舱室划分与海上生存

1.结构开口、舰体强度与海上补给

航母海上补给作业必然通过舰体结构开口进行,作业模式与航母生存能力息息相关:补给方式越高效快捷安全,补给过程对航母火力/防护/机动/感知/隐蔽等关键性能的削弱越小,航母战时生存能力越强。
升降通道是现代航母舰体结构的主要开口,可分为舷内、舷侧、舰艉三类。任何承力结构上的巨大开口都会削弱舰体总纵强度,对于同一艘航母,越远离舰体中性面的甲板/两舷侧板开口对总纵强度影响越大。

1-1.甲板开口:

对于采用结构开放式机库的早期航母,飞行甲板不承受纵向弯曲力,主承力甲板是最下层结构开放式机库的机库甲板,因为这一层甲板在所有承力甲板中离中性面最远;
对于采用结构封闭式机库的二战航母,主承力甲板是飞行甲板,舷内升降通道所沟通的两层甲板上必须设置巨大开口,因此任何机库甲板承力的航母,无论最上层飞行甲板承力与否,使用舷内升降通道必然会破坏机库甲板整体性进而削弱总纵强度。

前后尺寸短而上下左右长的结构更难被从前后两端连线的中点处折断,即:航母承力舰体的横截面积越大、越宽、高/厚/深,越难发生舯拱断和舯垂断。

在型长、型深、甲板层数与厚度相同前提下,最上层飞行甲板需要承受纵向弯曲力的航母,承力结构框架的长高比会小于由下层机库甲板作为最上层承力甲板的航母。
承力结构框架长高比降低对总纵强度有利,因此飞行甲板承力的航母可用更低的结构重量获得更大的飞行甲板舷内升降通道面积。

在飞行甲板承力的现代航母上,飞行甲板舷内升降通道开口对结构强度影响其实很小,但设置舷内升降通道会削弱飞行甲板防护能力:

如果舷内升降通道位于跑道内部,在收到攻击后可能导致跑道甲板难以恢复平整,若不平整部分位于拦阻索拦停点与着舰撞击区末端之间,舰载机着舰作业将无法进行,因此二战期间多型重视防护的装甲航母和二战之后设计并服役的拦阻降落航母都不在上述两点之间的跑道上设置升降通道。

采用带活动封盖的贝亚恩式舷内升降机有可能消除舷内升降机受损导致跑道难以修复的缺陷,但封盖的巨大重量对开合系统动作机构出力要求极高,同时难以兼顾封盖部分装甲重量与面积。

1-2.两舷开口:

舷侧升降通道要求在机库侧壁设置大面积侧门及其活动机构。机库两舷侧门正对的对穿式设计有助于通风散热,但侧门的防御力弱于用舷台保护的机库侧壁,不利于抵御核爆冲击波。
与上层建筑略小的的珊瑚海号不同:1143.6/001型为强化舰体防御力反而放弃了洞穿式结构,不仅没有对穿侧门,甚至不设置与右舷侧门斜对的升降通道

由于现代航母采用结构封闭内置腔式承力机库设计,故单个侧门尺寸过大,侧门总面积过大,都可能导致舰体结构强度不足。

且现代斜角跑道航母机库需要承受的飞行甲板和拦阻系统重量、舰载机重量和着舰撞击载荷远超二战贯通跑道航母,因此机库侧壁允许开出的通风窗口面积占比远弱于二战的结构开放上置厢式搭建机库。

避免出现对穿式侧门、降低飞行甲板及其承载的拦阻系统和舰载机总重、降低舰载机着舰撞击载荷,均有助于提高机库侧壁开口面积占比。如CVX-3C:

CVX-3C作为着舰撞击载荷更低的贯通跑道航母,大部分机库门为对穿设计
航母发展史上出现过滑动式与卷帘式两种侧开门,滑动式侧门防护良好且容易水密化,在现役航母中已取代了卷帘式,但各滑门间须保持较远间隔分散布置以收纳开启状态的门板;
卷帘式侧门防护不佳难以水密,在二战之后设计并且服役的航母上已经消失,但由于卷帘门便于密集布置方便机库内热机和冷机的优势,冷战后依然有CVX-3C这样追求全甲板攻击能力的航母方案采用:
横向干货补给在无需停船的海上干货补给方式中效率最高,但需要通过两舷开口进行。

拥有舷侧升降通道的航母无需单独设置横向干货补给通道,横向补给需求大的现代重航和超航都设有舷侧升降通道。

福舰右舷的3座防浪舷台除方便瞭望观景、舰员出入、舰体严重进水/右倾时提供储备浮力的作用之外,也可兼职横向补给站位:
苏/华式航母的横向补给舷台理论上无需让补给索穿过升降通道,可以避免补给作业阻碍机梯运行,机梯在补给过程中可由物资临时转运平台迅速回归作为物资升降平台的本职任务。

部分补给量小的两攻则单独设置横补通道。

左舷卷帘门即为横向补给通道

干货补给与舰员数量、载弹量两者关系更大,自动化程度极高、人员配置精简的女王级虽属重航,但左舷不设横向干货补给通道;

液货补给通道为黑色小型方块,左二右一。右舷升降通道处小型方框为干货补给通道。

而所有魅联超航的舰员数量和载弹量都远超女王级,故魅联超航两舷均可进行干货补给。

左舷干货补给效率低于右舷,但优势是不会从右后方遮挡斜角拦阻着舰下滑航线,基本不影响斜角甲板回收。干货补给中占据主要比重的食品,在近代战争史上发挥的作用其实远超垂直补给中占主要比重的弹药,也远超液货补给的燃油:
人类战争史上出现过公海舰队这种主要因为饮食恶化而整体崩溃的强大海军,但尚未出现过因油弹匮乏而大规模崩溃的海军,哪怕是二战中舰船基本全灭的红海军水兵,战果依然超过日德兰后的公海舰队水兵。
尼米兹级的加油口位于右舷


液货补给则更多取决于燃油消耗,魅联核超航舰用燃油消耗速度较慢,只需补给少量航空煤油,在干货补给时即可顺便完成液货补给,故左舷不设液货补给通道;

女王级初始设计和实际建造过程均充分预留了改为斜角跑道航母的配重和空间,其补给站分布有助于避免液货补给作业对斜角着舰的干扰

女王级采用舰用常规动力装置中最耗油的燃气轮机作为动力系统主机,亦未设置余热锅炉循环利用燃气轮机废热,其舰用油消耗速度远超魅联超级航母,需频繁进行纯液货补给,故女王燃油补给通道采用左2右1设计。

左舷两大开口即为液货补给站

对于主流的左行斜角跑道航母,舰载机着舰航线由右后方指向左前方,横向补给过程中航母与补给舰呈外八字,船吸效应越强越需要增大外八字夹角即舰体纵轴与航向的夹角:

右舷横向补给会增大跑道中线即着舰航线与母舰航向的夹角、左舷补给则会减小着舰航线与母舰航向夹角,故左舷横向补给对航空作业的干扰小于右舷横向补给。
即便如此,左舷横向补给过程中进行斜角拦阻着舰的安全性依然不如垂直着舰,女王最终放弃斜角跑道采用垂直起降方案,或许也虑及了频繁补给对斜角着舰的影响。

1-3.艏艉与舯部开口:

舰艉升降通道历史可追溯至大阴帝国赫尔墨斯号这艘人类第一条使用结构封闭承力机库的航母 :
赫尔墨斯/荷姆斯/竞技神号
由于船只艏艉部分通常是全舰水线以下体积最小,承受海水挤压力、纵向弯曲力最弱的部分,而舯部水下体积最大且位于水线中段,故承受的水压和纵向弯曲力最大,是舯拱断与舯垂断的发生部位——艏艉结构开口对舰体承力强度影响最小,需要劈波斩浪的艏部对结构强度的要求又高于艉部,故而艉升降通道开口面积可远大于舰体其它部分的开口面积。

开口越靠近舯部则越难兼顾开口面积、结构强度和结构重量三者---即增加开口面积需要付出的结构补强增重等代价越大。

升降通道尽可能靠近艏部或艉部远舯布置对提高舰体结构强度、控制结构增重、增加升降机面积都有很大帮助。

——如冷战后期1143.5型、之后的福特级、女王级、福舰、PANG方案都跟进遵循了这一原则,没有和与1143.5型同期设计的戴高乐号及更早的尼米兹级一样在吃水最深、水下舰体横截面最大的舯部侧上方设置右舷升降通道;
戴高乐号由于舰体较短,因此舯部结构开口其实算不上大问题

暴风雨方案右舷2号升降机虽然靠近/基本位于舯部,但也控制了机梯面积;
长度与平均横截面积比值过大的航母不宜设置大面积升降通道开口
前巴库号-现超日王号设有舯部机梯,但采用对结构强度影响最弱的封闭式舷内升降通道设计。
扁舰体更需要结构封闭式升降机保证总纵强度

1-4.开艏、敞艉、升降机与舰体形变:

由于舰艉开口对结构强度影响最小,没有艉部机梯的大部分现代航母艉部也依然设有大面积开口,供人员登舰/航空引擎测试/补给物资输送/舰员观海使用。

但舰尾开口的意义并非仅此而已,它还是自合众国号开始所有现代长水线超级航母舰体结构强度和飞行甲板平整性的保证:

现代航母的飞行甲板是最上层承力甲板,但却并非主承力甲板,这和船舶设计教科书讲述的大部分船只截然不同,也和列克星敦与王室方舟等二战大型航母不同。
现代超级航母的机库虽然是类似列克和方舟的内置承力机库,飞行甲板也负担一部分总纵弯曲力,强度最大的主承力甲板却依然和二战中采用外置搭建机库的约克城级同为机库甲板。
原因在于合众国号以来的现代超航通过开放/半开放式舰艉平台缩小了机库甲板与飞行甲板之间的局部承力结构框架长度与长高比,从而缩短了力臂,进而阻碍了机库甲板将自身承受的弯曲力向上转移,减少了机库甲板正上方部分的飞行甲板承受的弯曲力和形变量,有助于保证弹射安全。
——对于合众国号,机库甲板正上方部分位于拦停复飞区中心,拦停复飞区两侧是弹射器轨道,是整个飞行甲板上最需要控制形变量以保持平整度的部分,虽然合众国号因AF一等人的狂妄与卑鄙最终夭折,但其舰体结构设计理念却被此后人类所有超航所延续。
PANG方案舰尾平台侧面无遮挡的设计类似CV59和CV60,有助于平顺舰尾流场,但不利于增加舰体结构强度

舰艉开放平台长度和水线长度有关,水线越长,开口平台越需要向舰体内部延伸以缩短机库前后的舰体纵轴方向承力框架长度。

因此不少水线短、承力结构长高比较低的中轻型乃至重型航母舰艉不设开口或只设小开口。

除控制弹射器形变量外,魅联超航的尾开口还能保证“飞行甲板跑道撞击着舰区起始段”即“扇尾区”平整度——即避免“斜角跑道靠近舰尾斜坡的边缘部分”出现会影响舰尾流场平顺过渡的外侧大幅高于内侧现象。

舰尾开口面积和开口内部空气容积过大会强化飞行甲板舰尾下洗气流影响着舰

CV-61游骑兵号水线、飞行甲板和降落复飞跑道长度短于CV59和CV60,受弯折力弱,同时斜角跑道撞击区和复飞区更短导致下洗流对着舰威胁更大,故后期尝试改用小开口设计:
游骑兵号的试验可能不太成功,毕竟之后没有任何超航采用类似的小开口设计,哪怕是作为短水线短粗舰体超航代表作的大福舰,其舰尾开口依然大于游骑兵号

艉平台开口宽度则和舰艏段结构强度和受力状况在舰体宽度方向的分布均匀度有关:

受力越均匀则开口在舰体宽度方向上的分布越均匀,不均匀则会出现开口被大量承力框架分割成多段的情况、较均匀则开口只会被少量承力框架分割、最均匀则开口为一个整体,承力框架只分布在开口两侧。

宽度方向受力分布不均匀的维克兰特
艏段浮力分布与"平台-机库甲板水平剖面"的舰艏部分锋锐瘦削程度有关,提高舰艏段浮力在舰体宽度方向上分布的均匀度,有助于改善舰体纵向承力结构所受弯曲力在宽度方向上分布均匀度,反之则会导致舰体纵轴线附近承受的弯曲力过高;
平台-机库甲板水平剖面艏部越圆钝,则说明结构长度-弯折力矩在舰体宽度方向上的分布越均匀,反之则说明靠近舰体纵轴线部分的纵向承力结构需要承受更大的弯折力矩。
宽度方向受力分布高度均匀的福特
更短水线和对舰尾后方流场平稳性的更高要求,就是福舰舰尾开口宽度略窄于福特级同时高度远小于福特级的两大主因。
宽度方向受力分布较均匀的福舰
福舰舰体长细比小于游骑兵,故舰尾开放程度也小于游骑兵:

舰尾开口的形状则与舰尾流场有关,早期超航的开口形状是对称的:

使用对称式舰尾开口的旧进取号
但由于斜角甲板航母的飞行甲板高度不对称,因此无论从流体力学还是从结构力学角度考虑,最佳的舰尾开口大概率不会是高度对称的,故福特级开始采用复杂的不对称开口。
虽然整体设计水平平庸,但福特级的不对称舰尾开口设计展现了魅联深厚的流体力学方面底蕴,是现代魅式超航结构设计的少数亮点之一


福舰通过简单填充舰尾左侧改善着舰流场


飞行甲板高度对称的航母其舰尾开口也应该是对称的

因为机库甲板才是现代超航的主承力甲板,故现代超航机库甲板以下的主舰体型深越大,越有利于获得较高的总纵强度:

ECBL需要加强主舰体厚度弥补舰体厚度削弱和水线加长增加的总纵承力负担,为此在机库高度上做出了妥协。 联盟1143系列载机巡洋舰控制机库高度也与舰体厚度有关

由于航母干舷不可能无限制增高,故未来航母体量增长必然导致舰体长深比和宽深比逐步提高,要控制主舰体长深比和宽深比增长幅度就必须压低机库高度,同时还要让飞行甲板承担更多的纵向弯折形变力矩——这需要研发外形更低矮扁平的舰载机、以及对轨道形变适应性更强的电磁弹射器。

假设ECBL的电磁弹射器研发工作彻底失败,要改用传统的蒸弹或先进性介于蒸电之间的燃弹会远比福特级困难,因为ECBL的飞行甲板日常形变范围和幅度大概率会超越福特级。这或许也是ECBL方案被否决的次要原因

下图是总纵强度的反面教材,啸鹰评戎架空位面中的大和级超级航母设计方案:

薄窄舰体看着就很容易一折三断的样子

航母舰尾开口的存在削弱了飞行甲板承受的弯曲力矩,但同时也会导致飞行甲板两侧外飘结构所受弯曲力强于中部,让飞行甲板两舷外飘中段成为整个飞行甲板上形变范围最大的区域,而大部分现代重航和超航的弹射器和舰岛雷达等精密设备都位于飞行甲板两舷外飘结构中段。

舰岛属于甲板室结构,舰体主承力框架中部0.5L区域——即内部各点与主承力框架中点的纵轴向距离不超过框架全长1/4的区域、同时长度超过主承力框架全长0.15倍、且甲板室自身承力框架长高比超过6的中甲板室都会参与支撑总纵强度。故中置舰岛需采用福建和乌里杨式的低长高比设计以杜绝总纵弹性形变力干扰

为了减弱飞行甲板形变对弹射器的损伤和对舰岛雷达基座稳定性的影响,绝大部分现代航母都选择刻意控制左舷飞行甲板外飘部分长度,并以飞机升降通道分割两舷飞行甲板外飘部分,从而阻碍弯曲力向左舷弹射器和右舷舰岛传递,大部分弹性形变由飞机升降机所承担——从福莱斯特到福特级、再到图纸上的ECBL和PANG,绝大多数现代航母“未被升降通道所分割-且中段设有弹射器/舰岛雷达”的两舷飞行甲板连续部分全长通常不超过200米。

CV59福莱斯特号和CV60萨拉托加号由于左舷弹射器后方没有升降通道开口,飞行甲板形变力很容易传导到弹射轨道上,故其舰尾平台不设侧壁,开放程度是魅联超航中最大的。
CV61游骑兵号和CV62独立号缩短了舰体长度,因此舰尾平台开始被侧壁遮蔽,封闭程度提升。
最右为游骑兵号,最左为独立号
CV63之后的超航水线更长,但由于型深增大故开放度介于独立号与福莱斯特号之间,福特级由于结构材料技术进步,舰体抗变形能力增强,故舰尾开口面积相对尼米兹级一步收缩。

1-5.飞行甲板形变影响因素:

CVX-3C重型方案的锥形舰艏也有助于强化飞行甲板抗变形能力,故能使用350米以上的超长水线。
PANG的锥形剖面舰艉同样可以强化抗形变能力

大进深的左舷升降通道对于左舷外飘结构中段装设有蒸汽弹射器的航母或许是一种刚需,因为非如此难以控制蒸弹形变范围,而蒸弹适应飞行甲板形变的能力远不如成熟的电弹。

与电磁弹射器的电动机模块不同:蒸汽弹射器的汽缸可以分段安装,但只能整体受力,局部收到攻击后会将力量传递到整条弹射轨道上,很难避免汽缸整体变形报废的情况
蒸汽弹射器是一种精密设备,必须安装在不会发生大范围形变的飞行甲板上。
飞行甲板分为4块的中途岛号
CV41中途岛号由于现代化改造不完整,保留了二战风格的非承力搭建式机库,其飞行甲板中段并非一个刚性连接整体,而是分为可以独立形变抖动的多个部分,蒸弹无法跨越多块甲板安装,因此只在舰艏段设置两条弹射轨道。
而CV43珊瑚海号因为现代化改造非常彻底,采用承力机库,左舷中段飞行甲板属于一个整体,形变幅度较小,故左舷设有蒸汽弹射器。
整体飞行甲板及其支撑结构重量会超过分段飞行甲板,因此中途岛号若彻底进行现代化改造则无法保证飞行甲板面积

人类下水过的水线长度达到300米的现代超航中,唯一一个没有左舷机梯但却配备左舷弹射器、同时左舷飞行甲板外飘结构连续部分全长还远超200米的案例是大福舰:

黑色虚线间距为水线长度

18舰电磁弹射轨道适应舰体形变的能力优于福特级采用的落后半成品、跑道装甲钢更厚,飞行甲板结构强度-抗变形能力也强于福特级,故允许取消用处不大的左舷舰载机升降梯,其左舷飞行甲板甲板外飘结构连续部分长度逼近250米。

左舷无舰载机升降机的设计,反而能够彰显新超航的技术优势

18舰取消左舷机梯,是一种工业上的示威,展现了西岸古国强悍的工业和科技实力——假设18舰依然按照早期设想方案装备蒸汽弹射器,那么ta很可能依然会和1143.7型一样设置左舷舰载机升降通道。

18舰左舷不设升降通道开口的设计还额外带来了一个巨大好处——便于在舰体舯部右舷外飘结构上方设置宽烟道大型舰岛:
大部分现代航母舰岛甲板室不承受海水挤压力更不分担总纵强度,所有现代航母舰岛上层结构日常都不需要承受水压,支撑舰岛舰电设备运行的桅杆/固定架等装置则属于附加于舰岛的非承力搭建结构,同样不承担海水压力或维持总纵强度,但在恶劣海况中其振动状态仍会受到上甲板总纵形变力影响
靠近舰体舯段的飞行甲板日常发生大幅度形变的频率远比艏艉段严重,对中置舰岛精密电子设备的工作精度严重不利,且舰岛基座越长,受飞行甲板形变影响越严重,过宽的舰岛烟道开口则会降低总纵强度。
但在福建舰上,总纵强度和弹性形变量更多由安装3号弹射器的左舷外飘结构承担,减少了中置巨型舰岛长基座承受的弹性形变力,故无需采用前置舰岛或后置舰岛的妥协设计,也无需像旧进取号一般采用极致减小舰岛长高比的超短高耸舰岛。
福舰舰岛基座长度和ECBL接近,但却能够中置
舰体结构对抗纵向形变的能力更强,是003型在舰体长细比不小于1143.7型的同时、舰岛基座长度和烟道宽度却可以略超过1143.7型的重要原因。
旧进取号由于艏段舰体太过瘦削,1号升降通道机库大门出口不得不朝向右前方
反观高长细比超航由于超长水线不利于长基座舰岛中置,故通常选择取消大型舰岛烟道、将舰岛前后布置,或限制单个舰岛基座长度等妥协设计,如旧进取号、ECBL方案和暴风雨方案:
魅联超航中长细比最大的旧进取号采用极端后置超短基座超小长高比舰岛布局。
ECBL水线和水下舰体长度远超尼米兹级,但舰体厚度反而下降,主舰体厚度则增幅不大,承力结构长高比过大导致ECBL飞行甲板中段所受形变量极大,故ECBL在飞行甲板尺寸足以支持最有利于甲板调度的中岛的情况下,依然只考虑极端前置舰岛或极端后置舰岛布局。
暴风雨12万吨满排方案水线接近福特级,但干舷更矮同时吃水更浅,承力结构长高比大于福特级,更扁平的舰体导致其舯段飞行甲板日常形变量更大,故暴风雨方案采用超短基座中置无烟道舰岛缓解纵向形变影响,同时增设后舰岛容纳烟道和部分雷达设备。
CVN76里根号的舰岛主体基座长度相对之前的尼米兹级有所延长,与其采用了更先进的舰体承力结构从而降低了飞行甲板形变量关系匪浅。
里根号之前的航母舰体结构无法更改,只能继续沿用短基座舰岛+大型附属雷达桅杆的布局。
后置单舰岛必须使用摇摆线速度过大的超高航海舰桥,不利于平稳操舰驾驶、前置单舰岛则不利于飞行甲板整流,因此双岛布局必然成为未来超大长细比舰体航母的明智选择。
飞行甲板抗变形能力弱的超长水线超航,必然只能放弃乌里杨和福建式的长基座中置单巨岛,改用后置单舰岛或前置单舰岛、以及中置短基座舰岛搭配前置/后置小型舰岛布局。
此图底部的长舰体航母方案相对福舰增设了左舷机梯,舰岛长度并未明显缩短,但略向舰艉移动,实际上就是直接修改自福建舰下水照,更长舰体(推测飞行甲板全长超过350米)和左舷缺口导致其舰岛只能放弃福舰的中偏后布局改为后偏中布局

中置舰岛才是大甲板超航的理想布局,即使福舰之后的未来长舰体超航选择后移舰岛,也只会采用CVN-65旧进取号风格的正常后置偏中布局,而非福特级风格的极端后置布局:

福特级的舰岛相对旧进取号后移了接近25米,旧进取号作为核动力试验航母,其舰岛未进一步后置的目的是在核动力不堪使用时快速改回锅炉动力——它也是舰岛最重的魅联核航,水蒸汽核堆改为水蒸汽锅炉后很容易解决舰岛增加烟道放大体积后的配重问题

1-6.艏门与坞舱:

艏部对结构强度的要求更高,因此艏部承力结构允许的最大开口面积要小于艉部。

约克城艏门特写
最早的现代航母CVA-58合众国号依然沿袭了约克城级-埃塞克斯级-中途岛级进气口下沿高于机库甲板的艏门进气设计,打开艏门后,高速甲板风从机库系留的舰载机群中扫过,12架螺旋桨核轰炸机在机库内部即可吸收从舰艏涌入的新鲜空气为引擎热车,热车过程产生的高温废气则从舰艏升降通道开口排出,甚至女妖舰载机这种早期涡喷战斗机也可以在升降通道附近进行机库内热机。
合众国号之前的埃塞克斯级改进方案,可见依然保留贯穿机库连通舰尾的艏门设计
合众国号作为战略核打击航母,采用大舰体小载机量小载弹量设计,舰员数量必然少于体量接近的小鹰级,机库甲板下的巨大空间足以收纳居住区。
但朝战之后的魅联攻击型航母转而倾向使用大量常规炸弹持续进行战术轰炸,因此不得不增加舰员数量和弹药库容量,在机库前方舰艏段设置居住区。艏门进气设计就此没落,甚至采用结构开放式机库的埃塞克斯级和中途岛级为强化海况适应性、弥补外置机库结构强度不足的缺陷也取消了艏门。
合众国号没有核反应堆,全舰最危险的舱室是航空燃料舱,故采用以弹药库装甲掩护航空油库的舱室布局

不过当代航母中依然存在艏部开口的设计:如维克兰特号,其使用国港口水道形势远比大髪复杂,保留领航门有助于避免类似戴高乐号航母撞击渔船的事故。

尚不清楚该引水门后方是否存在连通机库的气流甬道,若存在则领航引水门在低海况环境中也可以作为机库气冷通风门/舰尾吹风助降装置进气口使用。

福舰艏部同样设有用于领航的观察窗:

开启状态


关闭状态

随着航母自动化、舰载机无乘员化和航空引擎喷流降温技术、航母通风供氧散热系统的进步,未来舰载机或许会再次允许机库内热车,艏门进气也可能在21世纪中叶复活。

10年代后无人艇和无人潜航器在海战中的重要性日益凸显,进入30年代后服役的大部分大型水面作战舰艇都有必要配备坞舱来加强无人艇/潜航器/跨介质飞行器等舷外机动作战平台的投放与回收能力,航母也不例外。

在舰艉开设坞舱同样会影响总纵强度,让坞舱井围甲板承受更多纵向弯曲力,削弱位于坞舱下方舰体的总纵强度,为降低坞舱对总纵强度的削弱,需要降低坞舱顶部甲板高度使其尽可能靠近中性面,并控制坞舱门宽度与坞舱长度,即:

采用低矮的小面积坞舱,坞舱仅仅用于收放大部分小艇和潜航器,但却不用于停放储存大部分舷外机动作战平台,坞舱长度缩短高度降低后可以降低坞舱上下两部分舰体承力结构框架的长深比,相比两栖登陆航空攻击舰可收纳两条主战坦克气垫登陆艇的长坞舱更有利于改善总纵强度。
大韩民国现代重工航母方案设有小坞舱
装备长度不超过一条坦克气垫登陆艇的的小型坞舱的航母/航空攻击舰,其水线长度可超过当代两攻的250米级达280~290米级,接近大部分现代超航的310米级。

传统两攻的宽大坞舱并不会降低最高航速,但却能在提高倒车减速性的同时削弱倒车加速性

交流电机旋转螺旋桨推进吊舱推力孱弱,但浅水微操性能强悍,故可以作为轻型两栖登陆航空攻击舰的主要推进装置。图为大髪民国西北风级两攻
——两栖登陆讲究浅水微操,对舰体慢速近距离机动精度的要求很高,因此两栖登陆为主航空攻击为辅的现代两攻通常偏好采用高阻线型,这才是登陆型两攻通常航速不快的主因。

未来两栖攻击型航母用于投放舷外作战平台的坞舱无需容纳宽大的坦克气垫登陆艇,理论上可以采用类似福特级的舰艉收口设计以降低母舰倒车阻力,但舰艉收束既不利于高速冲刺,收束艉后方流场也不利于提高小艇入舱精度,魅式超航的收束艉设计无论在传统航母还是两攻型航母上大概率都会趋于没落。

21世纪初期航速最快且具备航空作业能力的单舰体战舰,是装备了小型坞舱的自由级,理论上自由级的第一身份是高机动武装扫雷舰,对倒车速度应该有较高要求,但自由级为保证冲刺速度和舷外机动作战平台入舱精度依然采用未收束的方艉设计。

1-7.坞舱、船吸效应与补给模式

航母装备坞舱不仅仅可用于作战,还能收放小型补给艇大幅提升干货补给效率与安全性,小艇对坞舱的补给模式又称水平补给模式,在所有海上补给模式中出现最晚,小艇载重量大于直升机,补给过程无需占用飞行甲板,运输效率可远超垂直航空补给模式;

水平补给还能规避船间效应的不利影响,安全性超过横向补给模式。

发生横向补给船吸事故时航母很容易把补给舰/受补舰的上层建筑削平,效果类似此图中的肯尼迪号碰撞事故。
船间效应:船推:舰船航行时,艏艉水位上升压力增高,排斥邻近船只;船吸:舯部水位下降压力降低,吸引邻近船只。当两船并行时船间海水流速加快,压力降低,外舷流速慢水压相对较高,左右舷形成压力差推动舰船互相靠拢。
船间效应与横距、航速、并行时间、两船线型相似性呈正相关。若两船长度相似且并行横距较小时,则易产生船吸现象而碰撞。
当小船追越大船时,因大船首尾部高压而中部为低压区,小船易撞向大船中部。

补给效率最高的横向补给过程船吸效应也最强,补给过程中航母和补给舰须保持外八字航行,时刻避免两舰航向出现相交。


在海况等级较高时,不得不让小型补给舰位于大型航母侧后/侧前方航行以便借助大型航母的船推效应,或者反过来,让小型航母位于大型补给舰侧后/侧前方,通过降低效率换取安全性。

图中伯克级接受林肯号补给时的位置恰好能利用舰艉船推效应


6.5万满排的中途岛在风平浪静中对5万满排的艾阿瓦进行横补


小型补给舰借助大型航母舰艏船推效应


图中补给舰舰体和驱逐舰舰体的相似程度高于与航母舰体的相似度,故补给舰离驱逐舰更远。

更古老的纵向补给不受船间效应影响,海况适应性最强,但只能补给液货且效率极低,只适合航母为护航舰艇加油,不适合补给舰对航母补给。

图中后方驱逐舰已经位于PANG航母斜角跑道延长线上

无论是纵补还是二战中出现的横补,都会干扰航空作业,航母对其它舰艇进行纵向补给时后方受补舰艇会直接影响舰载机下滑着舰航线;

图中补给舰同时对航母和大型驱逐舰进行横补、对中型驱逐舰进行纵补

航母处于低海况环境,即海面风速和浪速较低时进行横向补给过程中可以选择逆风航行,逆风航行有助于保证横向干货补给与航空作业同时安全进行。

但逆风航行通常等于逆浪航行,逆浪航行会导致舰体相对水体的航速增加,进而强化船吸效应。

高海况横向干货补给时,为避免相对风速和浪速过快影响补给缆上的干货稳定性,航母与补给舰会尽可能避免逆自然风向和浪向航行,尽可能选择侧对海面自然风向或顺海面自然风向航行。

而逆风最有利于舰载机起降,侧风会降低着舰精度,顺风则会降低起降空速,对起降安全性最为不利。

对于二战螺旋桨舰载机贯通跑道航母而言,飞行甲板相对风速为顺风时可以通过反向起降进行航空作业:

准备进行由艏至艉反向放飞作业的列克星敦号

但人类现役斜角跑道航母的飞行甲板布局和尺寸并不支持反向拦阻着舰。

目前只有F-35B这样的STOVL战机才能进行反向着舰作业
以福舰的飞行甲板构型为例,可能需要将飞行甲板等比例放大到360米以上全长才能让撞击拦阻区总长接近辽宁舰复飞区总长,从而获得斜角跑道反向着舰能力。
大和级航母方案全长360米,跑道长300米,理论上图中绿框内部超过一半的空间都可用于安装反向拦阻索,拦阻滑行距离不低于110米。图中白色箭头示意反向着舰被拦停的舰载机,紫色直线示意反向拦阻索
或者将其改为贯通跑道布局:
淡蓝色直线为当前福舰实船正向拦阻索位置示意。蓝紫色直线为简单改为贯通跑道布局后拦阻索示意,改为贯通跑道后整个绿框内部均可设置反向拦阻索,如此一来反向降落时足以保证不小于120米乃至200米以上的滑行距离

故顺风航行过程中的现代航母需尽可能以接近海面自然风速乃至超过自然风速的速度航行,从而减慢母舰飞行甲板顺风风速乃至获得逆风风速。

——横向干货补给和起降复飞两种作业模式对“相对风向”和“母舰航向”的要求完全相反,故横向干货补给对航空作业干扰最严重。

库舰顺风航行
冷战后,人类各海军强国一面要求航母尽可能避免在横向补给过程中进行航空作业,一面积极探索改进舰载机侧风和顺风起降技术。
女王级同时开展垂直补给、横向补给、战斗机放飞作业

二战之后出现的坞舱水平补给模式是唯一一种能从船吸效应中获益同时也不会干扰航空作业的舰对舰补给模式。但需要补给舰与航母都配备能释放和收纳补给艇的坞舱或井围甲板。

水平补给模式中:

小艇追赶航母/补给舰时可以借助大舰尾流改善操纵性,进入舰艉坞舱/井围甲板前需要突破航母/补给舰艉部高压区船推效应,在抵达坞舱入口正后方时又能凭借入口低压区迅速入舱,安全性极高。

为避免补给导致航空作业长时间中断,战时需控制单次横向补给量,以多次少量补给替代单次大量补给——故主要用于对航母进行横向补给的补给舰不必无限追求载货量,出于减弱船间效应考虑反而要避免补给舰线型、尺寸、吨位过于接近受补舰,但水平补给和更早出现的垂直补给、纵向补给则无此限制。

图中两舰采用相似的舰体线型,极易发生船吸现象,这样的补给模式非常有助于锤炼提升执舰人的抗船吸驾驶技术

1-8.航母编队与未来补给舰:

一个补给编队内部的补给舰数量越多,编队的目标越庞大,所需护航舰越多,越容易被卫星或飞行器发现,编队内部舰艇数量越多,推进系统噪声越强,越难发现敌方潜艇,也越容易被敌方潜艇定位和命中——相同的补给任务,用数量更少,但单舰运输量更大的补给舰执行能够增加成功率,降低补给舰被击伤乃至击沉的概率。

体量更大的补给舰可配备更多自卫武器,大型补给舰被命中后的冗余度和损管能力同样强于小型补给舰。在执行任务所需物资总量低于单艘大型补给舰设计载货量的情况下,大型补给舰拥有更多储备浮力,即使被多枚鱼雷命中也很难沉没。
依据二战大西洋运输线对抗U艇狼群的经验,物资集中在一支大型运输船队内部集中护航有助于降低物资损失,物资分散在多支小船队内部会增加物资损失——大量小型补给舰无论是集中还是分散编队,运输安全性都不如少量大型补给舰集中编队。

随着舰艇低噪声航行性能的提升,未来补给编队允许在不降低反潜能力前提下编入更多补给舰与护航舰艇,但舰艇低噪声航行性能提升同样会导致航母战斗群可以编入更多低噪声作战舰艇,航母战斗群的物资消耗量会增加,因此未来补给舰依然需要增大体量。

21世纪20年代是海战模式告别冷战的时代,未来海战中无论攻击还是防御,火力密度只会远超过去的海战,因此未来海战中各航母编队中平均单位时间弹药消耗总量只会远超冷战时的海战,甚至赶超火力密度更高的二战,制导武器小型化和炮舰凭借电磁发射技术重新复兴,则会导致未来护航舰艇恢复二战护航炮舰的海上快速补给弹药能力——即使是二战战列舰主炮装备的最重型炮弹,其质量与体积也小于现代导弹舰装备的绝大多数型号导弹,允许进行海上补给,这将对单次补给量与补给效率提出更高要求。

将传统的横向补给舰简单放大只能提升单次补给量,却无法明显提升补给速度,甚至由于船间效应的影响,对航母进行补给时效率与安全性还可能有所下降。因此未来的航母和配套补给舰设计可能需要引入新思路以减少对横向补给依赖性:

1>补给舰航空化:增加补给舰的飞行甲板面积,甚至直接设计一种外形接近航母的航空补给舰,搭载大量直升机进行远距离垂直补给,通过距离保证航行安全,通过直升机数量保证补给效率,尽可能压缩干货补给总耗时。在外飘飞行甲板边缘设置可折叠收纳式补给门架,有助于加大两船间距,在横向补给时防止船吸。
2>补给舰坞舱化:航母与补给舰都设置补给坞舱,依靠补给小艇在两舰间转运物资,通过距离保证航母航空作业安全,通过小艇远超直升机的单次载货量保证补给效率,尽可能压缩单次补给耗时。
未来船坞补给舰外观有可能类似船坞登陆舰,现有船坞登陆舰未来也有可能临时执行船坞补给任务
3>补给舰核动力化:没有大面积飞行甲板和机库的核动力传统补给舰和核动力船坞补给舰属于低人员密度舰船,反应堆不被人员密集区遮挡,无需重装甲保护,相比航母反应堆占用空间和配重更少,能搭载更多燃油对规模更大的航母编队进行补给,适应舰艇低噪声化后编队舰船数量上升趋势。

航空补给舰与坞舱补给舰都能够避免船间效应,可以采用线型、尺寸、吨位与其所服务的航母接近乃至相同的舰体,补给过程无需减速,也无需顺风和侧风航行,航母在接受这两种补给舰补给干货时无需降低航空作业强度乃至暂停航空作业。

满排6.9万吨的魅联LHA(R)两攻方案,其飞行甲板布局就很适合执行航空补给舰任务——只有中置舰岛布局才能做到直升机起降点数量最大化

垂直航空补给的优势是海况适应性,劣势是气象适应性,坞舱水平补给更能适应恶劣气象,但海况适应性较弱,两种补给模式优劣互补,因此这两种补给舰完全可以合而为一,以作战舰艇标准建造,同时充当战舰与两栖补给舰。

登陆型两攻的大坞舱对海战中操作小型潜航器以及补给艇而言显得相当浪费空间
水平垂直二合一的两栖补给战舰最终呈现的面貌会是一种坞舱缩小的高速化两攻,或者带小坞舱的直升机航母,还可配备简单的拦阻着舰系统用于运作轻型无人舰载机执行侦察预警反潜任务,甚至在加装电磁弹射器并强化飞机拦阻系统后还有可能起降最重型的主力舰载机,执行航空攻击任务。
军迷想象中的坞舱航母

这样的终极两栖补给舰既可互相补给干货,也可以安装无门架液货补给装置兼职横向液货补给,由于干货补给对横向作业的依赖性较低,横向液货补给时允许拉开更远航距以削弱船间效应,可以提高补给过程中的航速与机动性,减弱乃至避免对航母航空作业的影响,在液货补给过程中无需使用大量垂直起降舰载机执行警戒任务。

尼米兹级和福特级这类难以适应高超声速时代的核航母未来也可能被下放为核航空补给舰。

核动力横向补给舰与作为补给舰使用的核航母由于人员密度远低于战斗型航母,反应堆被击穿后损失至少比核航母少一个数量级。

核补给舰的反应堆可以设在舰体中部,远离前后居住区

核动力横向补给舰反应堆上方无需和航母一样设置大量难以拆装的上层建筑,堆芯换料作业也相对简单,可实现远超核航母的在航率,顺应航母动力系统主机褪核化趋势,能借助民用大型船只核动力化的趋势降低成本。

核动力横向补给舰适合与坞舱水平补给舰合并、坞舱水平补给舰适合与航空垂直补给舰合并。

当前的075通过舰岛干货补给门架其实已经可以兼职少量横向干货补给任务。
不过075高速续航力较弱的缺陷不利于保证补给效率,未来或许依然需要发展专业航空补给舰。

核动力横向补给舰则不适合与航空补给舰合并,只能搭载少量直升机。因此,未来航母编队所需大型补给舰至少可分两类:

以坞舱水平-横向补给为主,垂直为辅的核动力补给舰、
以航空垂直-坞舱水平为主-横向为辅的常规动力补给舰。
考虑到人员和舰载设备战损成本,核巨补需要的舰员数量小于300人,人均训练成本也远低于航母舰员,即使载油相对常规动力补给舰并无增长,高烈度战争中效费比至少能达到舰员数量不少于5000人的核超航30倍
核动力补给舰搭配常规动力/联合动力航母的实战效费比,远超核动力航母搭配常规动力补给舰的组合,核补远比核超航更有发展价值,我国的核动力补给舰研制进度并不比核超航更慢:
核动力XX舰的锅炉早已开始试验
下图被认为是大连造船厂即将开建核超航的证据:
实际上此前我国建造过的核动力战斗舰艇涉核部分从未有过公开招标的先例,因此该招标文件几乎不可能与战斗舰艇有关。
大连造船厂旧有厂区位于城市核心,不符合建造核动力舰艇的安全要求,该招标书发布时远离居民区的新船坞建设尚未完成,能否赶上所谓“核动力19舰”的进度存疑,从时间节点判断却与之前的核动力补给舰锅炉点火试验时间相当契合。

从实际需求看来:核补给舰的急需性高于核超航,其进度不可能大幅落后于核航母,只可能领先。

我国首型综合补给舰由大连造船厂建成,首型核补依然很可能在大连建造。因此即使能够确认未来“核动力19舰”由大连承建,此次公开招标文件也大概率属于核动力补给舰,属于核动力19舰的可能性微乎其微。核动力补给舰大概率会早于“核动力19舰”下水和竣工。

纵向补给型核潜艇/核动力潜航补给舰构想:

具备大容量储电装置的电力推进科考船可由核能充电船补给电能,在自身不携带任何燃料的情况下执行任务
配备综合全电力推进系统的航母和其它战斗舰艇可通过电缆与搭载大功率核电站的核潜艇纵向连接,由核潜艇提供推进所需电能,在舰队中编入少量核电潜航补给舰让各舰轮流接受输电,有助于大幅节省远洋航渡过程中的舰载燃料消耗。潜航补给舰也可以安装大量共形阵声呐,在输电过程中关闭自身推进装置由受补舰拖行,此时潜航补给舰可起到类似巨型拖拽声呐的作用。
为电推航母供电的核潜艇体量必然远大于只能为电推常规动力潜艇供电的核潜艇
核动力潜航充电舰没有水面核动力充电船的高大上层建筑,充电过程不受风浪影响且对航空作业的干扰也很小,相比航母舰载反应堆,核电潜艇即使被击中导致核燃料泄漏也几乎威胁不到航母比核动力航母更适合应对高速声速武器灌顶,但由于核电潜舰体量远大于拖拽声呐,会影响以其处于连接状态下的航母紧急变速和机动,只适合长途航渡供能,不适合战场机动过程中的供能,因此难以完全替代航母舰载核动力装置。纵向潜航补给舰仅可能具备有限液货纵向补给能力,无法具备干货补给能力,因此无法替代水面补给舰,其职能有可能被并入负责发射战场侦察卫星的核动力潜航武库舰。

这类纵向补给舰采用潜航设计的主要目的是规避卫星侦察、反舰导弹高速灌顶和恶劣海况,因此不需要采用超大潜深或超高声学隐蔽性设计,耐压壳体材料要求、加工难度和加工耗时可以低于正统核潜艇,有助于快速大量建造。

2.底舱划分、动力布局与损伤管制

损管强弱决定生存能力,底舱划分决定损管强弱,动力布局影响底舱划分。不同底舱布局决定了不同航母遭到相似火力命中后的结局——沉入深渊还是返回母港、被动速沉还是主动自沉、整体沉没还是分段散沉、沉没过程是像王室方舟一样耻辱侧倾还是和列克星敦一样高傲昂首。
——列克星敦沉没的时候没有倒下,她是昂着头沉没的,她挺到了最后。
航母底舱主要由动力舱、弹药库、油舱、防雷层、底壳夹层液舱、声呐舱、 辅机舱/机电舱等舱室构成。
辅机舱又称机电舱,属于核心舱室,大型舰船通常设有不止一个辅机舱。
辅机包括不限于船用泵/气体压送机/辅助锅炉/制冷机/海水淡化器/热交换器/油分离机/防污染设备/主变流机组/蓄电池组/冷凝系统/废气系统/滑油系统,这些机械名目繁多,但所占空间通常很小,综电系统配电控制模块也可能位于机电舱段。
辅机舱/机电舱、弹药库和油舱允许灵活布置,动力舱所占空间通常最庞大,且难以灵活布置,因此航母底舱布局主要服务于动力装置属性。

2-1.不同舱室布局对应的动力装置属性:

燃气轮机重量轻需要靠近侧舷便于排烟偏置度最高。
裂变反应堆防护系统重量巨大,是居中度最高、偏置度最低的原动机类型。
重型燃油锅炉的居中/偏置度介于燃气轮机和反应堆之间。
燃气涡轮发动机、汽轮发动机、柴油发动机、螺旋桨驱动电机4者位置和安装角度须适应传动轴走向,位于传动轴延长线端点,为外侧传动轴服务的机械需要靠近侧舷防雷层布置。
无需兼职汽轮发动机的汽轮发电机体积和重量通常小于汽轮发动机,无需迁就传动轴,可远离也可靠近防雷层布置,汽轮发电机允许小型化带来的布置灵活性远超汽轮发动机,可布置在底舱,也允许布置在上层舱室——仅尼米兹级的汽轮发电机数量就有4、6、8三种说法,但为控制蒸汽管路复杂性并保证舰体空间,汽轮发电机舱依然不宜过度远离锅炉/反应堆。
若空间和配重允许,将部分汽轮发电机高置有助于强化战损冗余,辽舰的9台汽轮发电机中至少有一台无法置于底层舱室,但受限于舰体空间,多数汽轮发电机只能布置在最底层。
由于超临界二氧化碳需要用高压容器装载输送,同时还要考虑控制容器和管路战损后二氧化碳泄漏影响范围,规避过量CO2致使人员窒息的风险,此外还要考虑兼职二氧化碳灭火装置的可能性,故SCO2涡轮机仍需靠近反应堆和锅炉布置。
SCO2轮机体型远小于传统汽轮机,即使存在也不易从舱室外观上辨认,可以看作锅炉/反应堆的附属物。又因为SCO2涡轮的高效率与汽涡轮的稳定精确互补,故两者还可能实现共轴推进,如此则更难判断其安装情况。
从卫星图上几乎不可能找到003是否安装SCO2发电机的答案

核心度排名:反应堆-SCO2轮机1-弹药库2-锅炉3-汽轮机4,除此4者外,燃气轮机和柴油机、电动机三者均无需位于舰体中段核心区底舱,油库则必须置于核心区外。

尼米兹级常规动力方案的核心区所占空间与核动力方案相同,因此燃油装载量未发生变化

夹层液舱位于底舱下方的舰体底壳内部,遍布整个舰底,为了避免底壳夹层液舱遭到雷击后将冲击力和破坏传递到一个以上水密底舱,一个底壳夹层液舱最多只会对应一个水密空间。

图中深色圆圈处即为福特级反应堆堆底屏蔽层

反应堆舱需要布置在无焊缝的整块成型钢板上方,下方舰底在建造阶段即为一个整体,且用于放置反应堆的底壳夹层不用于储存可消耗的液体,以保证质量及防辐射特性维持稳定。

一些人认为上图中的两个黑色圆盘为反应堆堆底基座屏蔽层,以此作为18舰搭载核反应堆的论据。

图为福特级CVN-79新肯尼迪号的堆底基座屏蔽层
但且不说麦克纳马拉防长-尼米兹级-福特级风格的前后分置双堆舱实属冷战活化石布局,根本不可能出现在新超航上。
就凭这两个所谓的“堆舱”只加厚了两侧防雷层,并没有重型水平装甲,也没有迹象表明其预留了重型水平装甲的安装空间的现实,即可得出其几乎不可能是反应堆舱的结论。
所以福舰的双舱内部只能是另一种对防雷性能要求较高的设备。这两个被超厚防雷层包裹的设备分别位于前后锅炉舱之前,而辽山二舰的锅炉舱之前是汽轮发电机舱。
假设黑色圆盘不是拍摄成像误差形成的表象,那么防雷层加厚舱室中物体有较大的概率为对转飞轮减摇储能装置,有较小概率为超临界CO2汽轮发电机基座。飞轮减摇储能装置和SCO2汽轮发电机都具备快速放电能力,在综电系统加持下可以成为绝佳的损管水泵电源,值得用更厚重的防雷层保护。
扁平的SCO2涡轮和漫长的水蒸汽涡轮。超临界二氧化碳涡轮发电机涡轮级数更少,完全有可能呈现扁盘状并选择立置布局以节省发电机舱高度,无需像水蒸汽涡轮发电机一般纵向布置

重型燃油锅炉和汽轮发动机重量仅次于反应堆,下方底壳夹层液舱设计为一个整体,保持质量变化均衡,并维持承力特性稳定

里根号维护软件图,可见反应堆处一片空白,没有液舱编号

为了提高战损冗余度,现代航母常将锅炉/反应堆与汽轮机分置在不同水密空间内部,甚至不惜将同类型动力舱交错侧置,避免一次雷击炸穿两大动力舱,同时尽可能使设备均衡损失,避免出现某一类型设备的损失远比配套的其它类型设备严重的情况——例如大部分锅炉已经瘫痪,但依然有大量汽轮机可以运行,但却没有足够数量锅炉为汽轮机供应足量蒸汽,实际效果相当于大部分锅炉和汽轮机已经瘫痪。

过长的传动轴系和烟道会占用大量舰体空间,易故障/战损且加工困难,魅苏航母缩短轴系和烟道的不同方式分别是后移动力舱与前移螺旋桨-艉舵,小鹰级为缩短轴系和烟道长度选择将动力舱后移,体现在外观上就是小鹰的舰岛远比福莱斯特级靠后。

小鹰级的轴系不仅仅短于福莱斯特级,甚至还是魅联历史上轴系最短的超级航母,此后魅联超航直到福特级依然未能实现短于小鹰级的传动轴系。
小鹰级的高出勤率与其短轴系带来的低故障率不无关联。
肯尼迪级原计划采用核动力,故轴系长度不得不有所回升,核改常后建成的CVA-67服役实船,轴系反而长于福莱斯特级。
图中3航母轴系长度由近到远递增
之后的尼米兹级由于转向麦克纳马拉式前后分置动力舱,两座反应堆和四台汽轮发动机被舯部弹药库分隔,不得不改用比福莱斯特级更长的轴系设计,对炸弹装载量的追求,最终导致小鹰级缩短轴系的努力在尼米兹级上付诸东流。
尼米兹级的传动轴总长甚至反超了福莱斯特级
苏联航母则坚持动力舱中段位于舰体中部的设计,不愿采用后置烟道和后置舰岛,故选择增大锅炉舱宽度以缩短动力舱段长度,在此基础上利用缩短动力舱所得空间将螺旋桨和艉舵前移,形成两柱间长远短于水线以下舰体总长的设计,更前置、更靠近重心的艉舵不仅仅能降低碰撞概率,还能起到一定的增强横稳性作用。

将锅炉在长度方向上集中布置便于合并烟道,节省烟道占用的舰体内部空间,缩短传动轴系长度,但这会增大动力舱宽度,不利于两舷防雷层厚度最大化。

尽可能压缩动力舱宽度,将动力装置集中到纵轴附近布置,有助于在有限的舰体空间内尽可能强化防雷层(如福莱斯特级和小鹰级采用防雷隔舱与锅炉舱横向并列布置,纵向交错布置的布局,防雷空间接近舰体宽度的一半),但这又会导致动力舱段延长,不利于烟道和传动轴系长度最小化。

航母需要依据战场需要和工厂建造维护能力,选择最合适的动力分布模式。

2-2.动力舱与承力结构:

沉重的设备尽可能靠近重心和浮心低置以增强舰体稳性。从舰体稳定性考虑,重装甲反应堆舱最佳位置应当位于舰体舯部纵摇轴线与横摇轴线交点上。

图中箭头所指中央船体部分即为舯部
对于ASBM时代的航母,舯部反应堆舱作为核心区的核心部分,顶部应当以极端厚重的水平装甲覆盖,过于沉重的装甲不宜完全采用保护箱式结构,一部分金属装甲层应当参与支撑舰体,以超重装甲承受纵向弯曲力,改善舰体抗弯折能力
——舯部结构在舰体发生纵向弯曲时形变最严重,承受弯曲力最大,为预防舯拱断和舯垂断,舯部纵向承力结构强度需要远强于舰体其它部分。

无论增加承力装甲板厚度和层数、还是增加纵壁高度、增设舯部纵向防水承力舱壁,都能缩减舯部承力结构框架的长高比进而强化抗弯折性。

短而高厚的小长深比舰体有助于保证总纵强度

因此即使舯部不设置堆舱,也应当尽可能增加此处承力甲板的厚度与层数,例如尼米兹级和福特级舯部用作弹药库,弹药库内部又被多层承力甲板和承力舱壁分割以缓解前后装甲堆舱产生的舯拱倾向。

图中22为弹药库,18和24为跨越2层承力甲板高度的汽轮发动机舱,21和25为跨越3层承力甲板高度的反应堆舱
仅从舰体结构强度考虑,需要避免出现跨越多层承力甲板的动力装置,符合这一要求的动力装置只有燃气轮机、小型蒸汽涡轮发电机、小型柴油发电机、小型锅炉、SCO2涡轮机、小型金属冷却剂反应堆、未来的超扁平壳体熔盐堆,
而大型压水反应堆、大型燃油锅炉、大型柴油机、蒸汽涡轮发动机、均不符合这一要求。

过于高大的保护箱会破坏多层承力甲板的连续性,因此最理想的反应堆保护箱占用高度不应当超过一层舱室,其余装甲则与舰体承力结构整合,这需要采用2米以下的超低矮堆形,将保护箱高度压缩到3米以下。

尼米兹级的A4W远离舰体舯部设置的原因之一,是其外壳高于CVN-67肯尼迪初始方案计划采用的A3W外壳,不得不采用更高的保护箱,改为保护箱远离舯部的设计更有助于避免保护箱破坏舯部承力甲板连续性。
但主弹药舱位于舯部舱室的隐患是易导致舯部重量变化剧烈频繁,易出现舯部浮力强于重力的情况,可能需要以弹舱注水等极端手段压制舯拱倾向。
沉重的堆舱置于舯部并用大量承力装甲覆盖虽然可能引发舯垂倾向,但堆舱质量相对稳定,不会和舯弹药库一样出现上千吨的重量变化,且舯垂导致的飞行甲板两端上翘对航空作业的威胁小于舯拱导致的飞行甲板中部拱起,舯部被堆舱占据后弹药库只能置于堆舱四周,弹舱包夹堆舱的设计有助于让弹药库装甲与反应堆堆舱装甲互相掩护。
对于反应堆换料作业无需破坏飞行甲板但依然需要经由机库进行的压水堆航,反应堆换料需要通过堆舱顶部水平装甲上的换料通道进行,换料通道上的水平装甲无论厚度如何必须采用可灵活拆装设计或滑门设计,全部或部分采用滑门设计能够改善装甲板面结构强度。
同时滑门设计还能与横摇/纵摇补偿系统、抗倾覆平衡系统相结合,通过主动控制水平装甲块滑移改变舰体重量分布从而配平舰体,这样的装甲盒结构近似一个大号鲁班锁,在装甲出现局部战损时甚至可以通过装甲块滑动堵塞战损部分。
鲁班锁

2-3.吃水线以下防御:

航母的设计极限排水量是基于极限载荷和环境条件下的总体性能和结构强度准则确定的排水量(对于设计满排8万吨以上的超级航母,设计限排通常略大于设计满排5千~9千吨),以确保在该排水量范围内,航母的稳性、结构强度等可以得到保障,以及确保航母在受到攻击时,仍能提供足够的稳性和剩余结构强度以保持一定的生存能力和作战能力。具体的考虑因素有:
航母总纵强度所能承受的最大许用应力;最大有效功率能实现的航速;舷侧防护结构浸深;储备浮力和抗沉性等。
18舰在舰体厚度接近福特级的同时设计吃水却浅得多,导致防雷层水面以上高度/侧舷防护结构浸深远超任何USN超航
航母的实际排水量超过极限排水量时,会给航母带来以下危害:一是,当航母实际排水量超过极限排水量,由波浪引起的总纵弯矩可能会超过航母总纵强度所能承受的最大许用应力,航母有横向断裂的风险;二是,排水量过大会增加航行阻力,造成达不到设计航速;三是,吃水过大,造成舷侧防护结构顶部浸深超过特定值,降低防护性能;四是,减小储备浮力,降低航母的抗沉性。
重型战舰在远海高烈度战役中遭到重复雷击严重进水后,可能出现实际排水量超过极限排水量近万吨,但依然未沉没且有可能回港修复的极端情况,此时战舰不宜长途自行返航,需要以浮船坞或半潜船运载战舰返港维修。
满载排水量≥8.5万吨的航母,至少需要为其配备载重10万吨上下的远洋浮船坞或半潜船用于战损运输(新光华号级别载重),满排10万吨以上的超级航母则需要载重12万吨上下的半潜船运输(博卡先锋号级别载重)。

航母的舷侧防雷层顶部通常高于设计满载吃水线和设计极限吃水线,航母吃水线颜色交界处通常也是接近防雷层最高处,防雷层最高处顶板则位于排水孔以下,实战中遭到雷击进水导致吃水深度轻微超过极限排水量时,水下舰体依然受防雷层保护,颜色交界线处的水尺刻度标识的是防雷层浸深接近最大状态的舰体最下方部件吃水深度,并非满载状态的航母舰底外壳吃水深度。

18舰防雷层横剖面

部分建造时间较早的尼米兹级航母经过多次加装装甲后,满载吃水量已经超过了设计极限排水量,远洋航行状态黑灰交界线低于实际水线。

鱼雷和水雷爆炸深度越深,产生的冲击波越强,因此从侧舷防护均衡角度考虑,防雷层厚度应该由上而下逐渐增加,离水面越远越厚,但在舰体宽度受限时,增加防雷层厚度必须压缩水线以下舱室宽度。

宽厚防雷层与狭窄动力舱的二战蝗锅航母

尼米兹级为了保证底舱宽度,底舱两侧舭列板后的防雷层厚度反而小于更靠近满载水线的高层舱室两侧防雷层厚度,侧舷大多数舱段防雷层呈现中间段远比上下段厚的形状,苏联1143.7型航母的防雷层同样如此,不过由于防雷层底部靠近舭列板处结构密度更高,因此防雷性能与中部相差不大。

窄防雷层与宽敞动力舱的尼米兹级,水线舰体侧壁采用外凸表面有助于分散冲击波

魅式航母防雷层内部隔舱壁为简单的平面结构,但苏式航母由于倾斜内凹侧壁对水下爆炸冲击波的汇聚效果,部分舱段需要采用精心设计的复杂曲面侧壁引导冲击波,原理类似同样采用曲面设计的苏联级战列舰普列塞系统,设计理念与魅式防雷层相反。

冲击波越汇聚,创口面积越小,损管堵漏越简单

防雷层内壁未必会平滑过渡,在诸如反应堆和弹药库等极端核心舱段附近,防雷层水平剖面可能被设计为大幅向舰体内部凸入的形状,让核心舱段防雷层厚度和层数远超其它舱段,甚至有可能出现防雷层厚度超过舱室宽度的极端情况:

003俯拍图中,白色箭头所指部分防雷层宽度已经超过其所保护舱室宽度

战舰在服役期内改造时也可以通过换装宽度更窄的动力装置来加宽动力舱两侧防雷层厚度,或向外扩展附加防雷层,并换装轴功率更强的动力装置抵消附加防雷层新增阻力。

被某军迷强行认定为003的苏/华式航母防雷层设计方案
附加防雷层除带来更高阻力外,也能改善航母舰体稳定性,摇滚航母中途岛号服役末期曾采用附加防雷层减摇,但由于未同步升级动力系统,附加防雷层需要迁就减阻导致最终减摇效果不佳,不得不回坞返工:

由于早期鱼雷不具备垂直仰冲攻击和掠底近炸能力,故21世纪之前人类建造过的航母舰底都远远薄于侧舷防雷层,最厚不到侧舷防雷层的一半。

冷战后具备短途机动能力的智能水雷与反舰鱼雷垂直攻底和掠底近炸技术逐步发展扩散,舰底防护重要性上升,无论是核动力还是常规动力航母都需要逐步加厚舰底。

女王级不再将柴油机等大型动力装置安装在最底舱,最底层舱室不设任何跨越多层甲板的大容量动力舱,均为低矮的水密舱。由于舰底不再是核心区,女王级甚至取消了传统的侧舷防雷层,改为多层小型水密隔舱设计。
但底舱不设大型动力装置的当代航母只能和女王级一样以轻便的燃气轮机为动力系统唯一主机,以大型锅炉和大型反应堆、蒸汽轮机等重型动力装置为动力系统主机的航母,为了压低重心保证舰体稳定很难将动力舱上移。
舰底附加防雷层可以保证稳定性,但会导致吃水深度增加,难以适应浅水海域/航道/泊位/港口/码头,同时附加防雷层产生的高阻力需要以高推力克服,对于只装备轴功率上限不高的机械推进系统和上限一般的交流电力推进系统的航母都不是明智选择。
未来航母采用扁平反应堆和SCO2涡轮机作为动力系统主机后,理论上也无需将底舱作为动力舱,整个底舱近3米厚度均可作为防雷层。

未来航母的最底层舱室很可能以声呐舱为主:

声呐系统需要远离制造和传播噪声的舱室,因此冷战航母仅在远离机械传动长轴的球鼻艏内设置声呐舱,但对于具备电力推进模式的航母,无论其是否采用综合全电力推进系统,动力系统主机是锅炉汽轮机、反应堆汽轮机还是燃气轮机,电推模式下推进电动机与舰艏之间的底舱都足够安静,可用于布置声呐系统。因此未来可能会出现舰底遍布共形阵声呐或伸缩式声呐的设计。


2-4.水密空间形状、数量、尺寸与抗沉、抗倾覆性:

单个水密空间高度越低越有助于提升抗倾覆性、
不跨越纵轴的水密空间宽度越小越抗倾覆,被纵轴平分的水密舱越宽越抗倾覆、
同体积水密舱越短宽,则进水后对侧压载水舱配平压力越轻,抗倾覆性越强。
水密空间数量越多越抗沉,单个水密空间体积越小越抗沉。

底舱水密的保护箱理念与分舱理念:

分舱水密:是将舰体划分为多个水密隔舱,将需要水密的设备置于水密舱内,水密舱壁与舰底紧密刚性连接,是舰体的重要支撑结构。

保护箱水密:冷战期间出现的新设计,将需要水密的设备置于水密结构内,将水密结构焊接固定在舰底,水密保护箱除底面外大部分表面均不与舰体承力结构刚性连接,尼米兹级和福特级的反应堆、福特级的汽轮发动机采用这一理念。

保护箱较少参与支撑舰体,日常承受水压弯矩力较弱故更能抵抗爆炸冲击;分舱参与支撑舰体更能强化总纵强度。

分舱水密结构分为——对称分舱水密与不对称分舱水密:

对称分舱兼顾总纵强度与抗沉性、

不对称分舱有助于兼顾单侧舱室面积与抗倾覆,便于通过交错布置动力舱实现防雷隔舱厚度最大化。

上下图中福莱斯特级和小鹰级即采用典型的不对称分舱设计,左舷发动机舱大于右舷储藏室。


对称分舱分为——单数对称舱与双数对称舱:

单数对称分舱存在被纵轴平分的中央舱室,中央舱室容量大于靠近两舷的舱室,有助于抗倾覆,也有助于交错布置动力避免一次雷击淹没一个以上动力舱、

列克星敦号动力舱为单数对称分舱

双数对称舱必然在舰体纵轴上方设中央纵向水密舱壁,中央纵向水密舱壁对强化总纵强度有利。

大和级战列舰动力舱段采用双数对称分舱

单数分舱与双数分舱之间的优劣类似三舰体与双舰体之间的优劣,单数分舱有助于强化抗倾覆,但对舰体宽度有更高要求。

科罗拉多号战列舰的单数对称分舱

中央纵向防水舱壁与中央防水舱、连通管、爆破连通水门:

中央纵向防水舱壁有助于强化纵向承力结构 ,但侧舷遭到雷击大面积快速进水时有可能因为进水速度过快,大量海水聚集一侧无法及时配平而倾覆,因此采用该结构的战舰需要压缩中央纵向水密舱壁两侧舱室的容积,同时尽可能强化损管系统抽水能力,尽可能强化紧急发电效率支持损管系统。
图中可见17舰的中央纵向防水舱壁相当厚实。
防水舱壁越厚越难被一次攻底雷击炸穿两个水密隔舱,但在舰体宽度和两侧水密舱宽度固定前提下,削减纵向防水舱壁厚度有利于增厚两舷防雷层抵御侧舷雷击。
中央防水舱可视为厚度超大且中空的中央纵向防水舱壁,在舰体宽度受限前提下,增加中央防水舱可能会削弱左右水密舱宽度或两舷防雷层厚度,但能避免纵向防水舱壁被一次攻底雷击炸穿两个水密空间的风险,还有助于强化抗倾覆性。
有中央防水舱未必属于单数对称分舱,但单数对称分舱必然包含中央防水舱。图中列克星敦号动力舱属于单数对称分舱,列克星敦号的沉没过程已经足以证明中央防水舱的抗倾覆性。
诸如普列塞系统这类连通管结构可以避免单侧大量进水引发倾覆,但同时会传导爆炸冲击波导致损伤蔓延,出现大量难以预测且难以抵近维修的微小损伤,对检修损管作业造成麻烦。
虽然现代战舰可以用水闸控制爆炸冲击波传递范围,在爆炸后开闸连通,中央纵向防水舱壁同样可以设置连通水门,但谁也不能保证爆炸不会导致连通闸门因抗变形强度不足变形导致无法开合,或者因为抗变形能力过强被直接顶出让防水舱壁失效。此外当进水速度过快时,少量细小连通管道也无法保证连通配平效果。
因此魅联超航一直尽可能避免使用中央纵向防水舱壁,坚决不将主动力舱的纵向防水舱壁设在中央。舯弹药库上层舱室为了总纵强度也会设置中央纵向防水舱壁,但弹药库最底层依然坚持沿用中央防水舱布局。
图中对汽轮机功率、位置和数量分布的说明并非USN公开信息,未必与实船相同
早期尼米兹的任意一个反应堆都可以供应任意一台汽轮机,蒸汽管道从防雷层上方通过,仅堆舱两侧进水不会影响堆舱和汽轮机舱,但汽轮机舱进水会同时损失两台汽轮机。
cvn76里根号开始为CVN21探路,舰体结构大改,左右汽轮发动机不再置于一个水密空间内,增加了中央防水舱。里根号舰体结构全新,动力系统和上层建筑也有升级,实际可以称为里根级。
福特级的舰体更庞大,相对尼米兹级提升了方型系数,底舱两侧舰体加宽,防雷层外移后下部舭列板处防雷层加宽,防雷层上下薄中间厚的现象有所缓解,底舱内宽增加,故新增汽轮发电机可置于左右汽轮发动机水密保护箱之间的中央水密舱内,位于舰体纵轴上,也可能将新增小型汽轮发电机置于上层水密舱室,这应是福特级底舱布局相对早期尼米兹最大的变化。——理论上除仰冲攻底/掠底近炸雷击以外,任何雷击方式均不会导致福特级的汽轮发动机保护箱进水,当然尼米兹级和福特级的反应堆保护箱也同样不会因为非攻底雷击而停止运行,侧舷雷击只会导致部分汽轮发电机被淹没。

所谓尼米兹级畏惧侧舷雷击,单侧中雷至少损失一半电力,仅仅是研制过程中的一种担忧,而非服役装备的实际缺陷,事实上即使没有水密保护箱和中央防水舱设计,单侧中雷通常也只会淹没一层舱室内的两台汽轮发电机,至多损失2/8非轴带汽轮发电机。

仅从防雷击角度看,水密保护箱理念远强于水密隔舱理念,除核动力装置外,常规动力同样需要水密保护箱,但由于保护箱更占空间,故常规动力保护箱的优先度不如反应堆保护箱。

传统的水密隔舱设计比保护箱更有助于保证舰体结构强度,尼米兹由于改用大型堆设计,反应堆保护箱占用舰体高度更大,影响纵向承力甲板密度,故相比旧进取号为抵御舯拱断增加了舰体厚度(型深)。


冷战后中央纵向防水舱壁的抗倾覆性劣势已经能够通过技术手段弥补:

在中央纵向水密舱壁上贴放定向爆破装置即可,爆破装置可用水压感应破甲炸药作为战斗部,在感应到设定水压后立即起爆,以高温金属射流切割打通水密舱壁,将海水迅速排入对侧舱室恢复平衡,该装置同时具备遥控起爆模式,可以在感应到设定水压之前人为主动起爆,也可以将其与连通水门结合,让通水门因雷击后失效后仍能打通水密舱壁--中央纵向水密舱壁安装遥控/水压感应爆炸成型式连通水门能让总纵强度和舷侧防雷层厚度最大化,是现代航母设计的不二之选,前提是炸药技术允许。

2-5.防雷凸出部:

两舷防雷凸出部被多型旧式战列舰以及基于战列舰舰体改建的航母采用,其可以看作一种特殊的防雷隔舱,兼有强化舰体横稳性的作用。

相比两舷凸出部,仰冲攻底和掠底近炸雷击逐渐泛滥的时代的航母更需要舰底防雷凸出部。

制约现代航母采用舰底凸出部设计的主因是凸出部会破坏舰体平整性,不利于航母建造大修过程中的舰体支撑,在平底船坞内建造时对支撑设施要求较高。

下凸部位并不是舭龙骨,女王级实船的舭龙骨吃水深度其实还要略浅于主舰体
WW2中大英帝国皇室海军送出了最强舰队航母被一枚鱼雷击沉的惊人战绩,导致战后的王室海军高度重视水下防护,王室海军战后首型全新设计并服役的女王级重型航母采用贴合舰底形状的凹槽式干船坞建造,在舰底舯部设置了防雷凸出部,女王级凸出部位于舯部的设计能强化总纵强度冗余,降低雷击导致舰体折断的概率。


5、航母装甲防护与主动防御发展趋势

1.战争机器的火力、机动、防护三大性能平衡逻辑

战争机器的火力可能会过剩、机动性也可能会够用,但防护永远是不够用的,从来不会有能挡下一切攻击的防护,因此战争机器三大性能的设计平衡逻辑,是在火力和机动满足需求前提下尽可能追求防护,广义上的战舰防护囊括了浮力、装甲、损管、主动防御、乃至预警隐蔽诸多领域,所有这些领域都服务于战舰的抗沉没抗倾覆抗解体性,其中浮力与装甲是此消彼长的关系。

装甲的用途是阻挡撞击动能或爆炸冲击波声能对舰体结构及内部设备造成损害。避免撞击和冲击导致舰体过量进水沉没倾覆或殉爆解体。
相比地面和空中作战装备,海上作战装备对重量最不敏感,因此:
尽管现代战舰更加依赖主动防御手段,但依靠堆砌装甲重量提高生存能力依然远比加强主动防御火力、攻击火力和机动性更为简单、便捷且低成本。

由于工业发展水平与建造国财力、水文地理与战场定位的限制,战舰的重量和排水体积不能无限制拔升,过度堆砌的装甲会占用过于巨大的重量,反而有可能削弱战舰的储备浮力从而导致战舰更容易沉没、也有可能拔高重心导致战舰因为稳定性不佳而倾覆、还有可能因为重要部位承力结构难以支撑过重的装甲导致战舰因为海浪、撞击或爆炸等原因解体。

由于装甲重量不同,水线以上结构体积不小于于大和的基洛夫排水体积仅为后者的1/3
稳定性和承力结构强度可以依靠高超的设计水平解决,但:
战舰实际储备浮力=与战舰水密部分体积相同的水所受重力 - 战舰实际所受重力

战舰水密部分体积确定时,增加战舰实际所受重力必然导致实际储备浮力下降。

要在增加装甲重量同时不增加战舰实际所受重力,还要保证不削弱结构重量,就只能在人员设备物资搭载量上做减法,因此冷战前期的魅联超级航母倾向于削减装甲重量占比以保证储备浮力和装载量,同时强化主动防御能力,尽可能将敌方火力拦截和摧毁在命中之前。


2.航母被动防御发展趋势简述-必须回归的重装甲航母思路-二战后航母装甲的削弱和冷战后航母装甲防护水平的回升

结构重量占排水量比例逐步下降的过程,可侧面反应出魅航装甲的削弱过程
二战之后到冷战中前期,航母的装甲防护整体呈现不断裁剪的趋势,因为在这段时期,“可以凭借主动防御系统高效拦截-装甲难以抵御的-少量重型反舰导弹”取代了“二战航母凭借装甲可以抵御-主动防御系统难以保证拦截效率的-大量炸弹”,成为了主要的反舰武器。
在导弹时代早期,反舰导弹庞大沉重,威力惊人但数量稀疏,反导系统要面对的反舰火力密度较低,拦截相对容易,即使拦截失败,战列舰级别的装甲防护也难以抵挡冥河这类设计上考虑击穿战列舰需求的重型反舰导弹,至于反舰炸弹,冷战前期的战机很难在保证自身战损率可以接受的前提下携带炸弹近距离命中由导弹防空舰保护且自身同样携带防空导弹的航母。因此冷战前期的战舰不需要重装甲防御空袭,但需要不断强化主动防御能力。
水下战场不完全取决于兵力技术,更需要地利和运气,因此不能因为己方反潜兵力和技术增强而削弱战舰水下装甲防护,只能因为敌方水下攻击力量增强而强化战舰水下防护。

由于冷战前期的鱼雷命中率和破坏力相对二战变化不大,因此冷战前期设计的航母依然保留大纵深的防雷层——防雷层单层钢板越薄,雷击后崩落的钢破片越小,二次毁伤效应越弱,因此冷战早期的航母防雷层采用多达6层薄钢板的大纵深设计。

之后出现了仰冲攻底水雷与掠底近炸鱼雷,能够绕开两舷防雷层直接攻击舰底龙骨,舷侧防雷层的防雷作用下降。

但这一时期也出现了能够入水攻击的反舰导弹—分为高爆战斗部与穿甲战斗部两类,高爆战斗部反舰导弹爆心靠近水线,毁伤效果类似传统非掠底鱼雷,穿甲战斗部反舰导弹入水攻击毁伤效果则类似战列舰的水中弹。仰冲攻底水雷和掠底近炸鱼雷时代的防雷层更多需要考虑防御掠海反舰导弹的水中弹,水线以上高度和水线附近的厚度、纵深都需要增加,防雷层需要以单层厚甲取代多层薄甲抵御入水穿甲战斗部。加之70年代后防崩落性能较强的舰用凯夫拉装甲技术已成熟,因此尼米兹级的防雷层改用单层钢板更厚,但层数和纵深减少的设计,以凯夫拉内衬抵御厚钢板破片崩落


福特级延续了尼米兹级的少层厚板浅纵深防雷层设计理念
在冷战中后期,技术进步允许反舰导弹逐渐小型化,反舰火力密度开始回升,突防率暴增的同时单发威力却随之下降。
冷战中后期研发的主流反舰导弹对主动防御系统突破概率提升的同时,对装甲这种被动防御系统的穿透能力却呈现下降趋势,因此尼米兹级又开始提升装甲重量在结构重量中的占比,以及结构重量在标准排水量中的占比,冷战后ECBL方案和福特级则延续了装甲重量占比回升的趋势。

而在21世纪10年代设计并于20年代建成的003型,装甲重量占比必然进一步上升,由于高爆反舰导弹入水攻击爆炸深度较浅,3号舰侧壁转折内凹处需要隐藏在水下更深处以远离水中弹爆炸冲击波杀伤范围。

冷战后,具备强悍超声速机动投弹能力的五代隐身战斗机已经能够在保证自身战损率可以接受的前提下,在仰角跃升过程中投放大量射程上百km的精确制导滑翔反舰炸弹近距离突破导弹防空系统的保护击中航母。
滑翔炸弹攻击军舰图,图为用于彻底摧毁战舰的大直径滑翔炸弹,而非用于摧毁盾舰/神盾航母防空系统的小直径炸弹。
超声速投放的SDB精确制导滑翔反舰炸弹射程不弱于早期反舰导弹,成本和数量则远胜反舰导弹,未来航母将再次面对二战式的高密度俯冲轰炸,和二战的唯一区别是智能炸弹的自主规划航路芯片制导俯冲灌顶代替了螺旋桨俯冲轰炸机的人工规划航路瞄准投弹。
最早取得战果的反舰制导武器是德制滑翔反舰炸弹,只能说时代又变回来了
第二次冷战/第三次热战之前,又出现了无人机蜂群攻击的精确制导反舰理念,反舰武器继续以降低穿甲威力为代价换取火力密度。

反舰制导武器规模的膨胀,迫使大型水面战舰不得不回归仅需堆砌排水量和动力即可大幅改善战舰生存率的重装甲设计思路,大型水面战舰凭借对吨位不敏感的优势也很容易重新装甲化。

即使在火力密度较低的冷战时期,因为魅联亚声速反舰导弹的灵活性和火力密度占优,真实突防效率优于命中后毁伤效果更强但却更容易被拦截的苏联超声速反舰导弹,苏联航母也比魅联航母更重视水线以上装甲防护,因为任何战争机器在对抗命中率更高但毁伤效果更差的武器时,都必须更加倚重装甲硬抗这种被动防御手段。

虽然重装甲不利于战后修复,但装甲防护越强越有利于战场战损抢修,损管难度越低。

装甲从来不是为了抵御一切攻击而存在的,战争机器强化装甲防护的意义在于仅需较低成本即可大幅拔高攻击方的攻击成本,降低自身所承受的反装甲火力密度从而减轻主动防御系统负担--主战坦克主动防御系统不需要拦截PKM机枪弹,但能被PKM击穿的脆皮坦克即使配备主动防御系统也不配冠以“主战”头衔。

现代航母是现代海军中唯一的装甲舰,但无论单方面强化装甲防护还是仅强化主动拦截,航母舰体内部大部分舱室也难以避免被ASBM的高超声速穿甲弹头洞穿——高超声速穿甲弹头由于质量和速度极高,即使被拦截武器命中后残骸依然有可能凭借巨大的剩余动能贯穿普通装甲,必须同时强化主动防御与被动防护才能有效抵挡。
然而不论高超声速反舰弹穿透力如何,只要反应堆没有被击穿,高超声速反舰导弹至多不过是将航母从飞行甲板穿到舰底而已,航母依然有修复的可能,因此现代航母除反应堆舱需要超重装甲防护以外,其余舱室均无抵御高超声速穿甲战斗部这种珍稀武器的必要,这些舱室的装甲只需适当考虑应对数量最多的蜂群无人机、次多的精确制导滑翔反舰炸弹、以及数量有限的超声速和亚声速反舰导弹、反舰鱼雷即可。

对于人员密集舱室,覆盖过于厚重的装甲反而不利于人员逃生。未来航母的飞行甲板不需要过重装甲,但依然需要比二战航母更重的飞行甲板装甲,舰体顶部飞行甲板和底舱同时设置重装甲的上下重中段轻结构,还有助于强化横摇惯性,延长横摇周期,改善人员设备海况适应性。

舱室空间对装甲防护和舰体密度的影响

正常情况下装甲越厚重的舰体密度越大,但大空腔过多带来的结构补强增重会导致高密度舰体的装甲防护反而不如低密度舰体——尼米兹和福特级即为反面教材。
从1143系列到003型的苏/华式航母则采用缩减机库和单个动力舱容积、集中布置小型反应堆从而缩小反应堆保护箱体积的设计思路,有助于控制航母舰体结构增重,节约装甲配重,增大装甲重量与结构重量比例。

可以认为:若某型航母能够平衡低舰体密度强浮力与强装甲防护的矛盾,即意味着高超的设计水平

21世纪中后期可能出现的电磁炮射制导反舰弹,大概率也是一种比同代高超声速反舰导弹数量更多、命中率更高、更难拦截但对装甲目标毁伤能力更弱的武器,有可能被安装在新型潜舰(非潜艇)上,凭借近千公里射程其威胁将远超鱼雷对现代航母的威胁,也远超二战高速炮舰对二战大型航母的威胁。
以身管炮为主武器的大英帝国M级舰队潜舰
当代电磁炮射击过程产生的强电磁信号特征会严重破坏战舰电磁隐身性,只适合部署在开火后可以快速下潜隐蔽撤离的战舰、或对电磁隐身性能依赖性较低的战舰上,例如舰队防空航母和防空巡洋舰。
假设DDG1000使用类似此图的前后主炮正常布局,其处境或许不会那么尴尬
这也是DDG1000的电磁炮项目最终被放弃的重要原因——其仅仅是浅水重炮舰而非潜水重炮舰,同时其主炮对空射界恶劣,战场生存严重依赖于电磁隐身性。
大髪的苏尔科夫级潜水战巡。潜水重炮舰是早期潜舰最热门的发展方向,但最终被证明其并不适合火炮时代,在电磁炮时代却很有可能成为大型潜水战舰的主流设计。——USN的电磁炮项目未必就已经彻底下马,很可能只是将目标由实战价值较小的水面电磁炮改为了潜水型电磁炮继续秘密开发
因此21世纪中后期的航母至少需要将装甲强化到不会被一轮炮击瘫痪全部动力指挥控制系统的水平,在遭到炮击后依然能保留基本的自主航行撤退能力,装甲重量占结构重量的比例或将接近二战战列舰,乃至和二战战列舰一样出现装甲重量超越基础承力结构重量的设计。
人口计划未考虑大规模战争减员的大国应当尽可能使用凭借重装甲重火力优势、不进行容易露出破绽的复杂快速机动、同时注意限制敌方机动性,步步为营保持稳定阵型碾杀强敌的战争模式、尽可能避免使用大开大合、富有冒险精神,但却有可能造成大量兵员损失的机动战术。
大量使用重防护单位能提高战争过程的计划性,减少战争中的不确定性/非计划性因素——这对兵源数量受到人口计划严重影响的大国尤为重要。

现代高超声速反舰弹道导弹已经可以精确命中驱逐舰这样的小型高机动目标:

现代和近未来航母难以仅仅依靠舰体机动性或缩小被弹面积规避高超声速灌定攻击,只能依靠火力进行主动防御或凭借装甲与结构被动硬抗高超。

战舰主被动防御能力均与体量正相关,同样威力的高超声速弹头一击之下,轻航可能当场解体,重航和超航则仅仅是出现贯穿伤而已,此外重航舰员分散程度也高于轻航,故大型水面舰艇体量越大越有利于降低高超声速攻击命中概率、越有利于降低被击中后的人员损失。

即使本世纪中出现能潜入百米深度水下,以水体作为装甲的跨介质舰载机航母,也难以替代传统水面航母的作用,未来航母舰体体积重量及装甲防护重量占比增长趋势依然不受影响。


3.航母主动防御发展趋势简述

3-1.

使用无制导炮弹的近距离高平两用速射防空机炮:

近防机炮系统可凭借火控雷达-红外-光电集成设备综合火控采用弹幕攻击,优势是对空拦截效率极高,同时对海对地攻击成本低。缺陷是对空拦截距离不够远,对亚音速飞行目标最大拦截距离约4km,但对超音速掠海来袭目标有效拦截距离则仅为2km,导弹被成功命中后残骸依然可能携带剩余动能击中战舰,但依然好于未被近防系统拦截的反舰导弹直接洞穿战舰。

从射击稳定性角度考虑,近防火炮平台应当尽可能低置,但低置又不利于平台抗浪性和态势感知能力,假设舰体稳性足够强悍,近防火炮平台反而应当适当高置,18舰与尼米兹/福特近防火炮平台海拔差异事实上已间接反应了舰体稳性差异

3-2.

近程多用途防空导弹:

近防导弹对空拦截距离5~15公里,命中来袭导弹后足以令其坠海或者偏离方向,对战舰伤害较小,但近防导弹受海平面影响拦截效率不高,对海面和地面目标打击成本较高,这是近防导弹未彻底取代近防机炮的重要原因。

1143.5型是人类建成过的防空导弹垂发竖井数量最多的战舰

近防导弹拦截效率不高的主因是:

近防导弹使用小型红外引导头,而一枚来袭反舰导弹有两大红外指示源,其一为导弹自身的尾喷流,其二是尾喷流红外在海平面的反射,海平面反射的红外信号与尾喷流的红外信号相差不大,甚至更强,因为导弹弹体对尾喷流红外信号有一定遮挡效果,从而让近防系统导弹产生误判命中水面。

3-3.

垂发竖井与旋转发射器:

近防导弹分为垂直发射竖井模式和旋转发射器发射两种模式:

垂直发射竖井射界宽阔,优势是能用最短时间射出最多的导弹,火力爆发性强,系统所需安装活动空间较小。

蓝圈中即为垂发竖井


超日王号的垂发位于舰岛后部。

但劣势是导弹射出后转向耗时更长,且重复装填更麻烦,火力持续性不佳,因此大型航母更偏好旋转发射器模式。

旋转发射器射界较窄,发射方式更接近直瞄,优势是导弹拦截射界内目标时射出后无需大幅转向即可直接飞向目标,且便于重复装填,火力持续性优于垂直发射竖井模式,且旋转发射的导弹无需消耗燃料进行大幅转向,有助于缩小导弹体积,提升载弹量。

旋转发射器的劣势则是爆发输出弱于垂发竖井,发射器旋转需要较大空间、弹药储存装填系统也会占用额外空间。

垂发竖井的劣势仅仅是相对航母搭载的导弹旋转发射器而论,相对驱护舰垂发竖井,航母垂发竖井具备有实战价值的海上装填优势——当然,库舰的“7吨级近防反舰导弹垂发除外”。

事实上由于航母具备重复装填重型对面打击导弹的能力,魅联海军也曾经将庞大的天狮座巡航导弹及其移动式发射架安装在埃塞克斯级上,率先在航母上安装大量重型对面攻击导弹的是魅联海军而非红海军,航母直接作为攻击型导弹发射平台并非所谓“毛熊点歪的科技树”。而是能有效填补小体量航母远程打击火力空缺的不二之选。

魅式舰载巡航导弹发射准备作业相当繁琐。
甚至中途岛号和福莱斯特号这样的大型航母也可以发射狮子座巡航导弹。

假设联盟及其继承者军费充足,库舰本来也有可能发展出吊运重量8吨级的舰载重型直升机用于装填花岗岩或者重量体积与之相当的新型号重型反舰导弹。

库舰的舰艏没有常备停机区,花岗岩发射准备作业远比天狮星简捷,几乎不会影响航空作业——敌舰进入射程后库舰的战斗机应该早就放出去/早就战损了大部分

导弹舰的垂发竖井吊臂并不具备有实战价值的高海况装填能力,因为使用吊臂前需要将导弹从补给舰上移动至导弹舰甲板上,大多数情况下高海况装填效率甚至低于回港装填。



未来航母可能采用垂直发射蜂群近防无人机,让防空战斗部或防空诱饵环绕母舰飞行,作为能量武器效果不佳或出现供能不及时/战损等情况下的备用防御手段。

3-4.

炮射防空导弹/炮射制导防空炮弹:

与垂发导弹和旋转发射器导弹相比,炮射防空导弹的优势在于尺寸和重量,在于后勤运输与海上补给的便捷性,而不在于精度、单发威力或军费开支。魅联曾经计划的155mm垂直发射舰炮,可将伯克级舰艏64管垂直发射井改为容量750~1500发的制导炮弹弹仓,相比极端笨重的竖井垂发导弹和较为笨重的旋转发射导弹,轻小灵活的制导防空炮弹和炮射防空导弹在末端拦截敌方反舰导弹和无人机等目标之余可以很方便的进行海上弹药补给,大幅提高远洋防空火力持续性。

垂直发射炮射导弹和旋转炮塔发射炮射导弹相比,系统占用甲板和舰体空间更小,有助于改善舰体稳性,但劣势是垂发制导炮弹/炮射导弹的“单发威力成本比”会低于旋转炮塔发射制导炮弹/炮射导弹。

旋转炮塔发射炮射导弹/炮射制导炮弹的优势在于可以直接发射非制导普通炮弹,如果设计仰角足够也可以使用垂直发射模式,劣势是使用非垂直发射制导防空炮弹模式时对舰体稳定性和射界范围要求更高。

福莱斯特级服役初期装有8座单管127mm高平两用炮

DDG1000驱逐舰的AGS-155被取消或许也和全内倾舰体不利于火炮射击稳定性以及双主炮均位于舰艏导致射界不佳,难以使用炮弹持续高效执行近距离防空的任务等因素脱不了干系。

炮射制导防空武器是现代海军研制难度最高的新概念制导武器,技术难度甚至不亚于激光近防和微波近防等能量武器,以冷战时期的人类技术水平很难(基本不可能)研制出能装填入大口径火炮身管内部,但同时又能保持足够反导拦截效率的炮射防空导弹,即使是21世纪10年代以后,各国炮射制导防空武器的公开研制进度依然相当迟缓。

不过,155mm垂发炮射制导防空弹的甲板开口可见部分面积不过头盔大小,完全有可能长期隐蔽部署在重型航母甲板下,很难从外观得知其准确安装位置。
2022年6月17日的3号下水仪式上总装人员曾作诗称3号舰配备垂发系统,但全舰上下均未显现传统垂发导弹竖井开口存在的迹象,极有可能采用了垂发身管炮,或许是魅联未能完成的火炮垂直炮射导弹系统,也可能是更进一步的电磁垂发炮导弹系统。

3-5.

反鱼雷制导武器:

航母不仅仅需要防空制导武器,还需要反鱼雷制导武器,反鱼雷制导武器可分为平射近防鱼雷和抛射火箭助飞深水炸弹两类:

近防鱼雷是21世纪兴起的新概念武器,优势是能够凭借自身水下机动性灵活快速拦截来袭鱼雷,凭借小爆炸当量和高精度控制拦截过程产生的水下噪声和冲击波,减免拦截过程对己方声呐系统的干扰和损坏,缺陷是精度要求导致其研发难度高于冷战期间诞生的火箭深弹。


火箭深弹是大面积拦截武器,以深水炸弹冲击波引爆敌方鱼雷战斗部,或抛射气幕弹进行软干扰,优势是适合应对大量鱼雷饱和攻击,拦截成功率高于近防鱼雷,研发难度较低。

但其缺陷是深水炸弹水下机动性不佳,对于少量乃至单枚鱼雷也必须发射多枚深弹才能保证拦截成功率,耗弹量较大,且大量深弹爆炸产生的巨量噪声有助于掩护水下的敌鱼雷发射单位趁乱逃离,甚至有可能损坏己方声呐设备,不利于舰队猎潜。

USN超航为保护声呐设备,宁可数十年暂时放弃主动拦截能力也不愿安装火箭深弹,防雷全靠饵。

无论是古老的火箭深弹还是新颖的近防鱼雷,都很方便与导弹旋转发射器整合,旋转式近防导弹发射器可以同时发射导弹、鱼雷、火箭深弹3类近防弹药,且具备重复装填能力,火力爆发性和火力持续性介于垂发竖井和垂发身管炮之间,在21世纪前40年设计的航母上都很难被垂发竖井或垂发身管炮取代。


3-6.

定向能量武器:

目前技术成熟度已经接近允许服役的舰用定向能量近防武器分为激光近防、微波近防、声波近防三类。

USN微波武器概念图


激光近防和微波近防主要用于拦截摧毁空中和水面来袭目标,和近防炮一样对射界要求较高,同时没有近防炮的供弹系统、殉爆风险和强后坐力,航母舰岛上层建筑是全舰最适合布置激光/微波近防的位置。

狭长的舰岛上层建筑更有助于定向能量武器平台形成交叉火力,压缩火力盲区,因此能量武器的应用必然要求航母舰岛上层建筑采用横截面面积从中央向前后缩减-水平剖面面积逐渐向上缩减的前后窄长-中央高耸-下层面积大于上层的的大长宽比-小高长比外形。

能量武器时代单舰岛航母舰岛最终形态可能和风帆战舰时代海军将领常佩戴的拿破仑双角军帽相似:

图为一战前夕旧照,拿破仑双角海军帽能够从风帆时代一直用到蒸汽时代,足以证明其整流设计的成功性
在凸出的“双角帽尖”上布置激光近防塔,获取最大的水平射界和垂直射界。
采用两侧增设翼桥的拿破仑双角海军帽形舰桥的CVN-LX假想

微波近防有可能以相控阵模式贴合融入舰岛外壳,乃至与舰岛相控阵雷达一体化整合,因此尽可能增加舰岛上层建筑表面积有利于布置更大面积的微波近防阵面,双角海军帽的外形也接近这一要求。

福舰的32面舰岛相控阵雷达,8种,每种四面,图中每种颜色代表一种雷达,每个圆圈代表一面雷达,可见其舰岛依然存在继续加装相控阵微波武器的空闲面积。

声波近防是定向能量武器中最神秘的一类,大髪民国作为人类首个发生声波武器重大试验事故的大国,曾于21世纪初宣称成功研制能摧毁来袭鱼雷的水下超声波武器,但人类其余海军强国对此未予置评,其余各国的水下声波近防武器一直处于高度保密状态。

理论上声波近防发展到极致后可融入共形相控阵声呐,完全贴合水下舰体外壳,但21世纪10年代前大部分固定声呐需要换能器外壳有一定凸起才能有效接收分析回波信号,因此最早在水下舰体内安装固定声呐的航母选择将换能器置于球鼻艏内,保证回波接收效率同时远离舰体中后段舱室机械推进系统噪声干扰,21世纪10年代后的电力推进航母推进噪声更低,允许将声呐换能器移后布置,因此未来航母的水下舰体可能会出现多个细长卵石状凸起——类似SW中的蒙.卡拉马利星际巡洋舰:

卡拉马利星巡
也有可能类似座头鲸鲸腹细长沟槽缩短加宽后的外形:
座头鲸
不过未来航母水下声波发射阵列最重要的功能可能不是拦截鱼雷或水雷,也不是搜索大型潜艇,而是驱离海洋生物。
蝠鲼式仿生潜航器概念图
驱离的目的不仅仅是为了海洋环境保护,更重要的目的是识别各种小型仿生潜航器乃至被敌方脑控的海洋生物,以及避免达摩鲨这类擅长啃咬坚硬物体的海中食铁兽对己方水下设备的破坏。


航母的主动防御系统布局会因作战用途不同而有所差别:福特级舰岛前部相控阵雷达阵面低于后部,舰艏近防炮平台后向射界广于舰尾近防炮平台前向射界,福舰则与之相反——前盾高于后盾,艉近防炮艏向射界大于艏近防炮艉向射界。
福特的艉向感知力和火力强于艏向的布局对撤退更有利,这是典型的攻击型航母特征。福舰的艏向火力和感知力强于艉向的特征则更适合背靠己方陆基支援进行近海防御。

在可见未来内,航母依然属于一种更加依赖主动防御的战舰,未来航母的主动防御系统仍将遵循体量越大防御越强的规律,无论主动防御还是被动防御角度,都不支持未来航母可以凭借舰体小型化获得优势的结论。

CVN-LX的小型化确实有助于改善生存能力,但仅仅是无法解决大型舰体动力系统防护困境时的妥协设计。


6、港岸设施-基于建造与维护的航母研制工作

0.现代航空母舰与海岸工程

航母的建造与维护工作是比航母设计本身更复杂和重要的问题:

建造能力决定了航母的哪些设计方案有可能成为现实,维护能力则决定航母建成后能发挥出多少应有战斗力,能在多大程度上实现航母的建造目的。无论建造现代航母还是维护现代航母,都需要建设庞大的配套港岸设施,此章仅进行简略概述。

1.船坞和船台设计与下水模式

航母需要在船台上或船坞内部完成主体结构建造并下水。
采用船台下水的乌里杨诺夫斯克号水线长度在270~290之间,远低于魅联超航的300~317,且有可能采用了舰底全部龙骨结构化的设计以保证总纵强度冗余。
在船台上完成主体结构建造的航母需要移动到倾斜轨道上凭借自身重力滑行入水,船台下水过程产生的弯折力矩巨大,对舰体纵向承力结构强度有更高要求,不适合建造长水线超航。
船台也可用于建造航母分段,相比纯粹的船坞建造,各分段在船台上完成大部分主体结构建造后,再运至船坞内组装建成的分段建造模式能大幅缩短航母坞期。

航母用船坞分为干船坞和浮船坞:

浮船坞相当于大号驳船,既可用于独立完成航母建造和下水流程,也可用于帮助在船台上完成建造的航母下水,但浮船坞自身同样需要在干船坞内建造完成并下水。
相比浮船坞,干船坞更能保证航母建造工作稳定精确高质量进行,同时使用寿命可超过五十年乃至接近百年。21世纪初期人类现役航母均在干船坞内或船台上建成,浮船坞通常仅用于维修航母。

用于建造航母的干船坞分为大面积平底干船坞和小面积凹槽干船坞。

凹槽干船坞的优势是船坞内壁可以贴合舰底形状,对舰底平整性要求不高,舰体下凸部件安装工作可在坞内完成,无需在下水后进行繁琐的水下焊接。
有助于减少下水过程中注水量同时保持舰体稳定,修筑成本、技术难度和对选址的要求更低,缺陷是用途较为单一、 坞内施工空间狭窄效率低故需要增加船台建造工作量占比,若改用尺寸更大的舰体设计则需要扩建船坞。

平底干船坞的优势和缺陷则与凹槽干船坞相反,目前人类所有超航均采用大面积平底干船坞建造。

1-1.干船坞建设

为了方便航母下水,用于完成航母建造的干船坞不能远离可驶入大海的深水航道,这样一来航母干船坞相当于位于水边泥滩上的钢筋混凝土浴缸。
这个浴缸除船只建成下水时短期灌水泡澡以外,坞期大部分时间都必须保持干燥。

干燥状态下坞内没有水压来平衡坞外江河水压力与坞底地下水浮力,需要依靠干船坞自身结构强度抵御水压引发的形变倾向,并凭借钢筋混凝土浴缸自重与地下水浮力相平衡,某些干船坞还需要随时/定期抽除地下水或使用钉入地层深处的锚桩加固。

干船坞深度越大,承受地下水浮力越强,需要更强的结构、更稳固的地基、更深锚桩、更大自重、更高抽水能耗来抵御江河水压形变倾向与地下水浮力,在达到一定深度后,每加深一米都可能导致船坞建设与维护成本翻倍。

干船坞毗邻的入海深水航道的水文地理条件会影响干船坞承受的水压和地下水浮力,因此航母干船坞的挖掘建造不仅需要充分的资金、技术、材料、人力,还需要水文地理等环境因素的支撑。

先进的工程技术能提高船坞选址灵活性,降低对水文地理条件的依赖,水文地理占据优势则可以降低对航母干船坞资金和技术的要求,反之则会导致干船坞建设事半功倍。

在大型舰船建造过程中,干船坞坞底承受的船体重力是不均衡的,因此舰船建造过程对船坞结构的劳损要超过坞内灌水状态下灌入江河水对船坞结构的劳损——尽管舰船重量远轻于灌入坞内的江河水重量。

干船坞在造船过程中的结构劳损不仅和坞内舰船重量有关,还与船底占地尺寸、占地面积、坞期长度有关,在所有现代大型舰船中,现代超级航母是坞内建造末期空重最大的类型,也是坞期较长的类型,但却不是船底占地尺寸面积最大的类型,因此现代超级航母干船坞对结构承载力和强度要求高于任何其它类型舰船的干船坞。

海上巨人号满排82万吨,约为福特级航母满排的8倍,福特级未栖装下水状态空船重达6.5万吨,与海上巨人号空船重量6.8万吨/一说8.6万吨相差无几甚至略轻,但海上巨人超级油轮船底占地尺寸面积远大于福特级,因此建造海上巨人号的干船坞地基需承受单位压强远小于纽波特纽斯造船厂12号坞在福特级接近完工状态时承受的单位压强。
又由于民用巨轮坞期短于福特级,故船坞承受压力的时间也短于福特级。
在干船坞建造超级航母时,无论全工期承压时间还是单位时间能承受压强都远超满排最重的民用巨轮,因此建造超级航母对船坞地基强度的要求远超民船,这就是为什么超级大国也只有一个纽波特纽斯12号坞能承建超级航母、即使是世界造船业排名长期占据榜首的工业大国能承建超级航母的干船坞也不到五指之数的原因。


1-2.下水吃水深度与航母体量

为了开展船底施工作业,同时保证船体在建造过程中的受力均衡,船只建造乃至长时间大修都必须在支撑墩上进行。

支撑墩传统上分为龙骨墩和边墩,当代几乎所有的大船整体上都是平底,只是平底的范围大小有差别,因此当代的龙骨墩和边墩完全可以共用,不再单独区分两者的不同,摆放在龙骨底下就是龙骨墩,摆放在船体龙骨的侧面就是边墩。
支撑墩位置根据船舶的具体情况分布,各支撑墩顶面高度需要根据船底的高度曲线通过液压装置调节,可增加坞底承力面积以降低单位压强,更合理的分担全船重量,避免出现强结构实际承力低于弱结构、弱结构实际承力低于强结构导致结构变形的情况。
在对支撑墩硬木顶住的舰底进行加工时,可用接力调整的方式移动和复位支撑墩,这样就不会耽误被压住的船底部分的清理和施工。
支撑墩越高,舰底表面离坞底面越远,舰体施工人员与质检人员活动空间越大,越有助于保证建造施工质量。
对于不少球鼻艏/螺旋桨/舵机/减摇鳍等凸出吃水超过船底吃水很多的战舰,即使有龙骨墩1.5米左右的高度,下凸部件也需要在战舰下水后安装,或者在船坞底面挖出深凹槽来避免触底。

为防备航母下水时骤遇大潮,航母干船坞在正常满潮时水位和坞顶需预留2~3米安全高差。现代重型航母和超级航母满载吃水深度在10.5~12.5米之间,下水时需要灌注压舱水保证稳定性,因此吃水会超过空载吃水深度,至多比满载吃水浅2~2.5米,下水过程中船底吃水最深部件和支撑墩之间需要保证2米安全距离。支撑墩本身高1.5米以上,如果要提高船底施工效率和质量需要使用接近2米高墩。

使用2米高墩时:

深度不超过13米的平底干船坞——如建造福特级的纽波特纽斯造船厂12号坞(12.8米~12.9米)至多只能保证满载吃水不超过9.5米的重型航母以7.5米下水吃水深度安全下水。14米深度干船坞能保证满载吃水11米以上的超级航母以8.5米下水吃水深度安全下水。
福特号为保证下水安全采用了高度不超过1.2米的低矮支撑墩,对舰底施工很不友好
保证满载吃水深度12.5米以上,下水吃水深度10.5米的超级航母以3米涨潮安全距离、接近2米高墩、船底2米以上安全距离下水,则需要17.5米深度干船坞——如此深坞资源和技术缺一则不可建成,即使资源技术充沛,因水文地理条件限制同样难以大量建造,甚至无址可建。

因此谁能在不削弱主要战斗航行性能前提下设计出下水安全吃水深度更浅的航母,谁就能以更低成本灵活选址挖出更多可用于建造航母的平底干船坞,从而在航母建造速度上占据绝对优势。

军港需要供满载乃至超载的航母停靠和出入,对航道和港内码头水深的要求超过造船厂,满载吃水深度更浅的航母还有助于加强军港选址的灵活性。

在减小航母吃水深度的同时还能保证结构强度、舰体稳性和战力不下降,或者在不增加吃水深度的同时提高航母的舰体强度、稳性与战力,远比设计出排水量更大、吃水更深的航母更能彰显航母设计方高超的设计水平与技术底蕴。

依据21世纪新设计航母不低于0.63的常用方型系数推测:

对于满排8.5万吨以上的现代超级航母,若使用能降低舾装耗时同时提高舾装精度的下水前坞内预栖装,完全有可能导致下水吃水深度增幅超过1~2米,坞内建造末期空重和下水排水量接近乃至超过不进行预舾装的满排10万吨级别以上现代超级航母。因此超级航母注定因船坞限制难以在短期内大量建造,能在短期内大量建造的只有满排低于7万吨的重航和满排7万吨~8万吨的准超级航母/入门超级航母。

满排7万吨以下的重型航母/入门超级航母下水空载重量可以控制在5万吨内,允许和1143系列航母一样不通过干船坞建造,在陆地船台上建成后直接沿倾斜滑轨下水,甚至可以通过采用浅吃水设计,战时在内陆纵深拥有通海深水航道的大江大河沿岸建造:

我国主要的航母设计单位被布置在武汉也是颇有深意的
现代重型航母的干舷通常不超过20米,在不安装舰岛或使用超低矮/伸缩式舰岛的情况下河道通过性并不会受到桥梁影响。
假设内陆下水的航母借助浮船坞进行运输进一步减少吃水深度,甚至有可能轻松通过维护水深不超过6米的浅水航道。
因此战时状态完全有可能在武昌或者汉口附近建立造舰基地,减少敌方频繁绕袭沿海造船厂对我方军工生产建设的干扰。
矮舰岛浅吃水重航在武汉完成坞内栖装并下水后可以直接顺流而下从长江口入海参战(战时状态下量产成熟舰体可直接省略系泊海试布置,实战即海试)。
高舰岛深吃水重航则可采用在大江上游下水主舰体→大江下游或沿海安装舰岛并进行栖装的“全真流水线建造模式”。


航母体量越大,和平时期性价比越高,重航的性价比或许不如超航,然而只有从未参与过持剑贸易的商贾,才会以和平时期经济学算法计算战时军工效费比和政治收益成本比。

——重型拦阻降落航母改用贯通跑道布局并安装滑跃复飞装置后的战力生成速度、高海况起降性能可以接近乃至超过传统的斜角跑道超级航母,且能够规避传统超航斜角跑道不利于无乘员驾驶舰载机高海况自动着舰的固有缺陷,发展潜力巨大。
21世纪20年代后满排7.5~8万吨的准超级航母若设计合理有可能将满载吃水深度控制在9.5米以内、空载吃水深度控制在6米以内,即使采用大支撑墩高度和大水深安全冗余,也允许在深度低于13米的船坞内建造。

综上,对于以保证长期全面战争能力为底线的大国军事力量和军工体系,不仅需要在和平时期大力研发和装备传统的斜角跑道超航,也需要研发和装备一部分比超航更加轻量化的贯通跑道重型航母和准超级航母应对战时快速扩军需求。

仅仅装备超级航母或许有利于以较小代价强化和平时期威慑力与局部战争效率,但绝非军工体系健康发展的表现。——尤其是在无人舰载机兴起的21世纪20年代以后,这也是为何要发展076航空攻击舰,同时为该项目招标的无人机试验舰也采用贯通跑道设计的主因之一。

WW3进行时不转造6~8万吨重型航母而继续建造8~15万吨超级航母,相当于WW2中期不造4万吨埃塞克斯级反而集中资源以蒙大拿战列舰为基础建造6~7万吨航母。

在AI造船、脑机接口遥控机器人造船等能够降低劳动力依赖性的技术帮助下,未来的USA有可能重振造船业,再次恢复战时快速造舰能力,尽管这些新技术在近未来阶段对传统造船业强国帮助更大,魅联的航母战时快速建造能力很难在短时间内赶超其对抗目标,但真正的强者永远不应当将胜利的希望寄托在对手的无能上:

没人能确保USN不能凭借锈迹斑斑事故不断但依然规模庞大的航母存量坚持到USA造舰业复兴,也没人能确保PLAN战力绝对能够在USA航母扩军能力恢复前压倒USN。
远未来的PLAN依然有一定可能面对一个战时航母补充效率堪比自身的强大对手,保持快速量产大量常规动力重型航母/航空攻击舰/航空反潜补给舰的能力依然相当重要。
当然现实中的076大概率没有此图中那么小

1-3.航母舰体朝向与下水安全:

首次下水时采用倒退出坞的航母在大修后下水时可能改用前进出坞,如CV-66美洲号:

首次下水时采用前进出坞的航母在大修后下水时可能改用倒退出坞。如CVN-76里根号和CVN-77布什号:


一些军评认为:航母下水时的艏艉方向与港口疏浚、球鼻艏声呐有关。

不可否认港口疏浚对下水安全性的确有较大影响,不过绝非唯一因素。舰体下水朝向则未必和球鼻艏声呐挂钩:

事实上大部分干船坞建造的现代航母首次下水时都采用倒退式牵引出坞模式,船台建造的现代航母首次下水则采用倒退滑行入水模式。

真正的背后主因是:
无论舰体风格是魅式还是苏式、英式、还是华式和法式,现代航母通常采用水动力作用中心比重心更加靠近舰艏的高回转性设计,舰体在无动力前进状态下缺乏自行稳定航向的能力,航母舰体重量带来的巨大惯性也相当考验拖船的动力系统输出功率和牵引精度。
但高回转性舰体倒行状态下反而具备较强的航向稳定性,拖船从舰艉拖动航母有助于保证下水过程中的航向稳定,牵引过程需要避免航母舰体发生艉倾导致水动力作用中心靠近拖船从而削弱牵引航向稳定性的情况,牵引出坞过程中舰体适度艏倾反而有助于维持牵引航向稳定。
拖船体量需要和航母体量对应(拖船无法作为测量航母的比例尺,多大母舰就会配多大拖船),可以是大拖船配小航母,反之则不可行,故强化舰体牵引航向稳定性也有助于服役期间放宽对港口拖船与航母匹配度的要求,从而改善港口适应性。




由里根号开始,魅联超级航母下水时改用前进式牵引出坞模式,但布什号可能反而是首条装备球鼻艏声呐系统的魅联超航——球鼻艏声呐同样可以用钛合金保护,防触底损伤能力可能还要强于艉舵和螺旋桨。

航母下水姿态还受到水体盐度变化、舰体形状和重量分布的影响:

航母下水地通常位于大江大河入海处,水体咸度随河水流量与海水潮汐变化莫测,水体咸度会影响舰体浮力分布进而影响舰体纵倾方向和角度。
舰体纵倾状态决定最大吃水深度以及舰体水动力作用中心与舰体重心两者的位置关系,两者位置关系则影响下水过程中的拖行安全性。
下水吃水状态时,里根布什二舰和福特级“肥长球鼻艏-瘦舰艉舰体”的浮力在重心前后分布更平衡,故舰体纵倾角随水体含盐度变化更小,但由于航母水下舰体过长,有可能出现艏艉水体含盐量差异较大的情况。

肥长球鼻艏易强化艏咸艉淡时产生的艉倾倾向,易削弱艏淡艉咸产生的艏倾倾向,出坞后易因艏艉盐度差异而发生艉倾致使螺旋桨触底。
魅联超航舰艉红色水线上方的舰体采用超大外倾角设计,有助于削弱舰艉升沉幅度,在水体含盐量下降时控制舰艉下沉距离,降低艉舵和螺旋桨触底概率,也有助于水体含盐量上升时则控制舰艉上浮距离,即使不依靠球鼻艏也相当有助于避免艏倾抬艉现象,加装球鼻艏后更加不利于拖船从艉部牵引时的航向稳定。
球鼻艏附近的舰体未采用超大外倾角设计,故在艏艉水体盐度差异不大时,水体含盐量变化对舰艏升沉距离的影响大于舰艉,倒退出坞过程易过度艏倾,出现舰艉已离开支撑墩但球鼻艏却受支撑墩阻碍的情况,因此里根号和布什号初次下水时改用前进出坞对确保顺利出坞也有帮助。

相比里根布什二舰,福特级为抵御舯拱断倾向增强了艏艉剩余浮力,同时舰尾飞行甲板和舷台增重导致“舰艉剩余浮力增长”弱于“球鼻艏增浮和电磁弹射器减重带来的舰艉剩余浮力增长”,虽然有助于避免前进牵引出坞过程发生过度艏倾,然而在水体盐度变化但艏艉盐度差异较小状态下同样不利于抬艉产生艏倾让水动力作用中心向舰艏移动,故福特级初次下水朝向依然与里根布什二舰相同。

里根布什二舰大修下水不再采用前进出坞模式的原因在于:

其一,大修所在船坞不需要考虑航母建造时的施工空间,下水水深安全冗余更大,坞底设有与舰体形状匹配的凹槽,填满船坞所需水量较小,有助于快速稳定水体含盐量,能有效避免触底导致出坞困难的情况。

cvn-77入坞维护图


cvn-76入坞维护图

其二,栖装后舰尾设备增重令重心适度向舰艉移动,导致前进出坞的低惯性优势下跌,但与此同时,舾装增重却又不足以压低舰艉产生足够大的艉倾角,重心依然远比水动力作用中心靠近舰艉,倒退出坞的航向稳定性优势得以凸显。

CV-66魅洲号则与里根号相反,传动轴系总长短于尼米兹级,锅炉汽轮机组重量分布更接近舰艉,轻载重心本就不算靠前,下水时采用倒退下水,但栖装后轻载状态重心进一步后移,压舰艉导致水动力作用中心大幅后移至重心与舰艉之间,故大修后采用前进下水以保证航向稳定。


未上色部分即为钛合金声呐罩

非魅联航母同样会采用内置声呐的大球鼻艏设计,下水过程同样会面临水体含盐量变化的困扰,但舰艉剩余浮力紧张、船坞和航道水深安全冗余匮乏的问题仅存于魅联长水线深吃水超航,故其余大国所建航母/两栖攻击舰初次下水时依然采用倒退出坞/倒退下船台的模式。



自cvn-76里根号以降的魅联超航初次下水改用前进牵引出坞的更深层原因在于两台过于高大且整体位置过于靠前的大型反应堆对舰体配重的不利影响:

高大双堆装甲增重致使临下水状态空船重心过高且于过于靠前,重心过高则需要灌注更多压舱水压低重心、采用较大的下水吃水深度、较大的下水排水量才能保证下水过程中的舰体稳定,因此只能削减水深安全冗余并降低支撑墩高度。
重心过于靠前会削弱倒行状态航向稳定性,若继续沿用之前的倒退牵引出坞,下水排水量增长、重心更加远离牵引点都将产生更强的牵引惯性,导致拖船更难控制舰体,更容易引发碰撞事故,碰撞过程中航向稳定性越强则破坏力越强,且舰艉发生触底碰撞时重心远离碰撞点将导致更强的转正效应,同样会强化碰撞反作用力对舰体结构的损伤效果。
500g不锈钢宽刃菜刀凭借重心远离锋线的转正优势,在锋锐度与劈砍动能接近时毁伤效果甚至可能超过1kg锰钢窄刃重剑,现代坦克的长杆穿甲弹同样利用了重心远离碰撞点的转正优势。
航母舰体显然不应当发挥菜刀或者炮弹和前无畏舰作用,所以碰撞方向稳定性越差、转正效应越弱、打滑跳弹效果越强越有利于舰体安全。
前无畏舰的撞角

对于超级航母,尤其是已装填放射性燃料的核裂变动力超航,避免结构重伤的重要性远在保持牵引航向稳定性之上。

戴帅的舰艏质量分布占比同样很大,重心相当靠前,尽管作为浅吃水中型航母并无触底风险,也依然采用前进出坞。

下图中巨肯→尼提督→福浅滩的飞行甲板和舰岛造形演变,就是反应堆导致重心前移,必须控制舰艏增重,增加舰尾重量以平衡重心的过程:

里根布什二舰和福特级受麦克纳马拉式双大堆这种冷战中期活化石布局掣肘,无法解决加强堆舱装甲后全舰下水状态重心过于靠近舰艏的缺陷。

更古旧的早期尼米兹级航母则受舰体空间限制,反应堆舱无法进一步增重,舰体重心并未前移,故坞内建造/大修完成后依然采用倒退出坞下水模式。




旧进取号、大约翰肯尼迪号、里根号之前的尼米兹级、乌里杨诺夫斯克号、山舰、自大福舰开始的旧大陆超航,等不受麦式双堆框架限制的核航母和常规动力航母,能够确保重心足够远离舰艏,故坞内建造和大修完成后都允许沿袭倒退牵引出坞/倒退滑下船台的传统下水模式。






2.建造过程-可随时更改体量和形状的模块化设计

现代造船业整体依然是一种粗加工工业,一艘满排8万吨级别超级航母下水后可能出现实际尺寸与设计图相差一米以上的情况,实际满排也有可能偏离设计满排上千吨。

2-1.建造灵活性

与现代航空器不同,现代舰船设计的模块化属性也远强于整体化属性:

旧肯尼迪号在开建前-也有说法是开建后才正式决定将动力系统主机由4座A3W压水反应堆改为8座燃油锅炉。新肯尼迪号相对福特号则在辅助动力配置上作出了改变。
库兹涅佐夫号原本属于1143.4型直升机航母,是基辅级巴库号同级舰,但建造中途临时停工改用1143.5方案设计,舰体加长了接近30米,满排增至5.5万吨。
库舰由于中途改建导致舰体线型与原1143.5方案并不彻底吻合,因此库舰改称1143.5型,而原1143.5方案改称1143.6型,1143.6型首舰为未建成的瓦良格号。
瓦良格号被初始建造国的第二继承国出售到初始建造国的南方邻国后再次更改设计,主要是把库舰已装备但1143.6型原设计中已裁撤的舰岛大型固定阵面相控阵雷达重新加回。
1143.6型改设计续建后被续建国命名为001型,1143.6/001型舰体实质就是彻头彻尾的1143.5原案舰体,是人类现存唯一一艘血统纯正的苏式重型拦阻降落航母实船,比中轻型直升机航母半路蜕变而成的库舰更加根正苗红。
——可以说瓦良格号才是库舰的原型舰,库舰相当于瓦舰缩小版/猴版/提前版/先行版,辽宁为瓦良格升级型号,山东则为辽宁改进型,山舰与库舰技术上间隔两代(1143.4型直升机航母其实源于拦阻降落航母方案,实船也被设计为可快速改造为拦阻降落航母的结构,但这些结构在舰体拉长后已经无法发挥作用。)
由于联盟第一继承国未装备1143.6型,因此并不重视对1143.5原案舰体设计的保密工作,1143.5原案图纸甚至在采用该图纸的航母服役不久后即已流出,但1143.5型的图纸依然处于保密状态:
或许是因为1143.5方案的舰体设计已不具备保密性,瓦良格号的续建更名使用国没有建造第二艘采用1143.5原案舰体的航母,而是自主设计建造了采用新舰体但沿袭1143.6型飞行甲板布局的002型。
002型的后型舰采用能大幅缩短设计建造时间的无纸化设计与分段合拢建造法,坞期在人类历史上建成的超级航母中最短,但由于建造中途停工接近1年用于更改设计,建造耗时却超过大部分超级航母达5年以上乃至超过6年,在舰体设计上的改动复杂度必然远超将1143.4型改为1143.5型——库舰舰体加长30米也仅停工不到半年。

002型后型舰更改设计耗时主要源于将蒸弹改为电弹、或者加装综电系统的说法可信度都不值得采信,因为电磁弹射系统的能耗和飞行甲板以下部分包括储能系统在内的全部体积都小于蒸汽弹射系统,同样长度的电磁弹射轨道其弹射能力也很容易超过蒸汽弹射器,能够承载蒸汽弹射器的航母必然可以轻松换装电磁弹射器,反之则未必可行;
此图为乱评图,图中模型至多有可能是002型的蒸弹废案。(上合集寻常井径卷浪腾云篇中已经详细解释了为什么003并不存在所谓蒸弹改电弹。)然而002的蒸弹改滑跃大概率却是存在的。当然此模型也有可能仅仅是借用了蒸弹002的舰体,其弹射器数量布局未必符合真正的蒸弹002方案。
用于支持电磁弹射器的综合全电力推进系统则与传统的机械推进系统和电力系统毫无冲突,只需要预留空间用于加装作为全系统核心的电力分配模块,在电力分配模块成熟后即可快速安装——尽管电力分配模块属于高精尖设备,但依然是一种消耗品,难以做到与舰体同寿,即使不发生战损,在战舰服役期内依然需要更换。

作为一型21世纪10年代开始设计的航母,002型后型舰初始设计方案未预留换装电磁弹射或加装综电系统所需空间的可能性为零,因此002后型舰必然与舰体加长有关。

舰体加长后避免避免横稳性随之下降的解决方案无非压低重心、集中重心、横摇补偿系统主动配平几种,横摇补偿系统对大型航母的作用效果不如小型航母,难以作为主要解决方案,而压低重心和集中重心相对容易,可利用整个延长段进行配重。
舯部浮心附近是最适合加入延长段舰体的位置,加强舯段舰体底舱重量有助于压低重心和集中重心,为保证重量稳定,该段舰体水线以下不宜设置过多弹药舱粮仓水舱油库等重量变化频繁的舱室,最适合布置的是各类重量稳定的动力/机械设备,并加强该舱段结构、装甲和甲板厚度进一步压低和集中重心。
002型航母后型舰更改设计耗时更可能主要源于加入的舯段舰体动力舱并未安装成熟型号动力系统,而是作为各种未成熟动力装置的试验平台,(即使这些动力装置瘫痪也依然可以起到压舱配重物作用,不会大幅削弱母舰动力,还能为后续改进积累经验)非如此难以合理解释反常的更改设计耗时。

2-2.舰体模块运输和组装

分段合拢建造法可以通过在陆地船台上建造分段,将分段运输到干船坞内快速对接合拢的方式大幅缩短坞期。
相对塔式建造法而言,分段合拢建造法更依赖浮船坞运输。
分段合拢建造法单个分段模块越大,对加工精度的要求越高,无法再采用传统的粗加工建造方式。
威尔士亲王号的分段大于伊丽莎白女王号,因此其质量问题也更为严重。

航母分段运输方式分为浮船坞运输与运输车运输:

航母分段运输车可将航母分段从陆地建造场运抵干船坞前,继而以桥式起重机/龙门吊迅速吊装入坞,入坞作业可全程保持干燥,不必进行干船坞灌水和再排水的程序,有利于规避吃水船体部分的封闭作业,船体分段保持开放有助于建造过程中的通风换气与积水排出。
纽波特纽斯造船厂12号坞龙门吊吊运重量超过江南造船厂4号坞,但依然不支持采用吊运全部分段、不依赖浮船坞运输的分段合拢建造法。此外该龙门吊虽然吊运重量更大,但最大内宽度小于江南造船厂4号坞龙门吊,导致其能够建造的航母最大宽度不如江南4号坞--重福的飞行甲板全宽比大福窄4~5m
运输车运输-龙门吊入坞的缺陷是分段重量不能超过龙门吊吊运能力。

浮船坞运输需要拆除挡水墙,让江河水灌入干船坞内部,浮船坞承载分段进入后注水下沉,让分段漂浮,漂浮分段入坞后浮船坞排水浮起移出干船坞,重新封闭干船坞后排干坞内积水让分段下落就位,运输过程更繁琐但适合承载桥式起重机无法起吊的重型分段。

002后型舰建造过程采用了航母运输车运输,但其舯部分段在整个坞期内始终处于密封装填,其内部设施应当早已在陆地建造场完成预栖装,即使该分段和002型舯部分段同为空载重量有限的辅机舱与弹药库,预栖装后重量也必然大幅超出干船坞桥式起重机不过0.16万吨的起吊能力上限,必须、只能采用浮船坞运输。

002后型舰的水线以下分段没有和女王级一样全部采用浮船坞入坞,因为吊运入坞模块无需具备水密性,故浮船坞水面运输与桥式起重机空中吊运并用能大幅节省入坞耗时。
图为位于大连的17舰干船坞,现代干船坞采用浮箱式船坞门,开启相当迅速。
相比需要反复检查全舰水密性导致耗时超过70小时的下水出坞前注水作业,船坞注水-浮船坞入坞-排水-吊运入坞全程耗时可能缩短15倍,因此浮吊并进的入坞作业最快有可能在6~8小时内完成——以女王级双分段浮动入坞耗时超过40小时推测,若002后型舰水线以下舰体分段全部采用浮动入坞,则入坞耗时或许很难控制在60小时以内。
用于建造18舰的江南造船厂4号坞采用双坞门设计,灌水耗时可以比单坞门干船坞更短

当全部航母分段在干船坞内合拢并且完成飞行甲板铺设后,正常情况下全舰会呈现前后两侧轻微翘起中部凹陷的情况:

在雨后积水会汇聚于飞行甲板中部,这种现象一方面和钢结构热胀冷缩有关——环境温控系统尚未开始运行的航母内部舱室温度往往会低于靠近外壳部分的温度,中部低温结构收缩同时艏艉和侧壁结构扩张;

另一方面则是现代大型航母一开始就被设计为中部凹陷倾向超过中部凸起倾向的承力结构,因为四周高于中部的飞行甲板在横摇时能降低人员物资设备从两舷坠海的风险,在纵摇时能避免舰载机离舰动线指向海面,故现代大型航母日常航行状态下的甲板均处于肉眼难以察觉的前左右高于中部状态,仅舰艉着舰撞击区与飞行甲板中部高度平齐。

长水线超航在舰体发生纵向形变时舰艉撞击区飞行甲板平整性通过舰艉开口实现

2-3.航母建造过程中的情报信息管理

对于任何能够在名副其实上独立自主建成现代航母的大国,都会对航母建造过程进行严格的信息管理,即使是拥有先进军事情报卫星和侦察航空器的顶尖情报机构,也很难不依靠内部渗透侵蚀手段获得除外形尺寸以外的准确信息:
军用航空侦察难以靠近大国造船设施,民航航拍侦察则难以保证精度,即使是通过军用间谍卫星也只能获得相对精确的尺寸信息,卫星对于长度超过300米的目标也完全可能出现米级误差,因为卫星测距手段无非地图参考系定位测距、轨道激光测距与轨道遥感测距三类。
地图参考系需要提前派遣测绘人员近距离实地测绘以获得参考系供卫星校准,即使在主权度较高的盟国境内进行往往也属于难以隐蔽进行的非法行为,更毋论假想敌境内。
轨道激光测距容易遭到遮蔽,或者因折射导致误差,乃至被测距方反激光测距武器的还击。轨道遥感测距精度极高,但更容易被人为干扰,情报人员近距离测距同样需要激光或遥感测距器材辅助才能保证高精度。
卫星测距误差详解

某些情况下航母设计建造使用方还会刻意散布大量接近真实的内部参数误导各国情报人员,例如:

大髪民国的夏尔戴高乐号核动力航母在全球民用网络中至少存在8种不同的常规发电机组合配置模式,至今无人清楚网传信息中究竟有几种模式曾经实际装备过,又或是8种模式均为髪军情报机构编造的误导信息——这种误导信息并非针对大国,而是针对戴高乐号经常需要面对的各类末流武装组织和破坏人员。

对于既不能凭借先进侦察设备获得一手信息,也不具备依靠暗势力获得相对可靠二手信息的末流情报组织,只能依靠参照物对比法和公开信息排除法大致测算航母外形尺寸,对300米级目标误差至多能控制在10米级。

十八舰建造阶段最接近竣工真船的尺寸推测图,误差不超过10米,此图唯一的错误是将十余米长的球鼻艏计入了水线总长,真船的设计水线长度数值应分布在305米前后各5米范围内

2-3-1.参照物对比法

由此图可知福舰斜角夹角远低于9度,不超过人类军事史上首艘斜角跑道航母安提坦号的8.5度
上下图中飞鲨的比例已知,飞鲨比例是正确的,因此擅武的比例也基本正确。
有飞鲨作为标尺后,擅武的尺寸和跑道的尺寸就很容易判断了。

参照物对比法可靠性最高,通过位于航母附近或属于航母一部分的已知尺寸物体作为参照物反推航母尺寸,只要对掌握足够精确的参照物信息,推算精度甚至会超过顶尖军用侦察卫星和侦察航空器测得精度。

以上图中上半部分高可信度高精度-PLAN军宣卫星图中055尺寸为参照物,对上图中下半部分的低可信度高误差-股狗饵丝卫星图软件中055尺寸进行校准,测算出饵丝卫星图中福舰飞行甲板本体全长为340m上下。
上下图为以飞鲨舰载机为参照物推出的各舰尺寸。
下图为问题案例,CG图中两福机梯等宽,飞机升降机尺寸与飞行甲板尺寸比例基本符合真船,但大福CG想象图的跑道宽度远大于军用卫星黑白照中福舰陆地训练基地跑道宽度,进而导致舰载机与母舰的尺寸比例也被严重夸大:
歼35折叠后宽度接近9.5米,一部舰载机升降机运输两架歼35时需要留出左右各一米以上安全冗余宽度,因此机梯长度/艏艉向宽度不可小于21米。又因为运输海侧卫对机梯两舷向宽度要求与汤姆猫接近,故福舰机梯宽度不得小于尼米兹级和福特级。
下图中以舷号为参照物:
图中17舷号小于16,可知16与17的比例的比例被人为拉长夸大了。17舰真船长约319米,图中17舰和18舰机梯宽度接近,可知其比例较为接近现实,但由于17舰斜视严重,故其与18舰的长度比例依然被夸大

下图以旧进取号跑道宽度作为参照物:

可知图中二舰比例正确,旧进取号的飞行甲板本体长度与福特级差距甚微,其342米的长度主要由舰艏前凸的钢索回收器贡献

在航母建造方尚未公布航母尺寸数据时,只有严格依据建造国官方照片比例和参照物官方尺寸推测得出的参数,才可能存在参考价值,如下图:

福舰机梯长度短于21米则飞鲨无法正常入库,在服役初期会损失大部分舰载机入库维修能力,远洋长期部署能力基本归零。由此可知:任何人都不可能在非脑疾状态下长期坚持福舰飞行甲板本体全长短于335米的反智言论。
官方公布了16舰尺寸,因此16舰可以作为参照物使用:

下图为参照物对比的反面教材:

明明有型制相似的建筑物和栈桥码头作为参照,结果却是辽舰的尺寸相对山舰被夸大,075的尺寸相对山舰却被缩小了,075成了头号输家,山舰的体量也被严重贬低。(此图由三张拍摄时间/地点各异的图片拼接而成,现实中任何港口都不会采用这样的窄间距栈桥)

2-3-2.公开信息排除法

公开信息排除法受限较大,分为论文模型排除法和美术卫星贴图软件排除法。

论文模型排除法:

由于冷战以来,只有不受重视的论文才会被公开,(如启发了F-117的乌菲姆谢夫电磁隐身论文,但这是特例,大部分情况下描述现役高新技术装备设计细节的论文几乎不可能在服役前乃至服役初期进行脱密公开)。
现代航母发展史上从未出现过由航母使用方公开发表“由己方使用的未临近退役航母”设计论文与等比例模型的先例,因此如果未来出现航母使用方公布了与建造中的航母相似的论文或模型的情况,即可确定公开论文模型中的航母必然和建造中的航母大有不同。

相似必然意味着不同,学论文者生,似论文者死。

甚至对于已服役多年的老旧航母,通过精细的玩具模型二次测量所得参数,在很多情况下的比例精度都超过依赖准确情报支援,但论文作者自己通常不负责也不擅长从事情报搜集判读工作的学术论文
——论文中的本国装备参数则受本国保密规定影响,甚至某些论文本身就是出于情报误导目的而创作,除了使用服役舰名以外所有参数均完美避开服役实船,反正对于设计学论文而言,舰名是否正确并不影响以文中限定舰体参数得出的水动力学计算结果正确性;
此公开论文截图中福莱斯特号、星座号、旧肯尼迪号的水线长度均与服役实船不符,乌里杨的水线长度也短于从苏联故地流出的各版本1143.7型图纸参数。虽然论文出自职业造舰人之手,但实船参数与舰名匹配度显然不算高。
他国装备则受他国散布的误导信息/论文和本国情报搜集测绘人员业务水平影响,如歼扼凌隐身歼击机项目发展史上曾经出现过由于情报误差,未显示猛禽边条翼设计(或许是准确获得了猛禽研发过程中的某个早期废弃方案/验证机信息),对猛禽升力系数的早期推测仅为1.5(实为1.8~1.95)的情况。
获得更准确情报后,扼凌并未继续追求最初提出的“不依靠矢量喷口机动仅靠升力系数即可全面超越猛禽机动性”的激进构想,因为在2.1~2.2升力系数基础上继续提升的代价过大——至于之后扼凌依靠其它方面技术进步获得了优于F-22的飞行性能,就与最初构想关系不大了

由此可见:

公开论文甚至属于验证方案的可能性都很低,大概率是研发过程中的废案。

某公开论文中被微博民间总师“钦定”为003标排参数的方案,事实上这玩意大概率就是传说中所谓的“002型航母蒸汽弹射废弃方案”。图中参数很可能为002蒸弹废案满排或限排状态参数-因为滑跃比弹射更有助于延长艏外飘,蒸弹需要配合长水线,故全长较现役滑跃型山舰的319米缩短了6米,水线却长了十余米
——即使图纸上确实写着“乌里杨诺夫斯克号”或“合众国号”,也没有任何情报机构能绝对确认获得的乌里杨诺夫斯克号或合众国号图纸究竟是真正建造的实船图纸,还是研发过程中某个同样被命名为“乌里杨诺夫斯克号”或“合众国号”的废弃方案,因为乌里杨和合众国都没了,没有一个他国特工有机会测量或拍摄建成后的实船。
此图最早源于描述戴高乐式蒸弹飞行甲板调度的论文,因此图中蒸弹布置方式大概率与002蒸弹型航母废案不同,甚至飞行甲板轮廓也未必相同。或许仅仅是借用苏/华式风格甲板来分析戴高乐式蒸弹布局。-真正用于描述002蒸弹废案飞行甲板外观的图纸恐怕依旧被锁在某个纸质/电子文件保险柜中,大众无缘目睹
没有实船的情况下,无论设计图纸/模型/论文是否出自官方设计单位,都不值得彻底采信。
蒸弹002型早期方案的飞行甲板布局可能接近此图下半部分,类似魅联CVV重型航母方案(此图上半部分)以及高卢数年后提出的PANG方案,艏挡焰板不入侵跑道边界线内线,具备同时起降能力,而非上图中完全抄袭戴高乐号的飞行甲板布局

现代航母平行中体占比较低的模块化建造方式,更容易实现在不严重改变航行性能的同时快速加长和放大舰体,可提前设计众多备选方案,依据需要临时在诸多方案中进行调整、组合和选择,开建初期即使是总设计/建造师也未必能精确预知自己所设计的众多备选方案中谁才是最终建成方案。

美术卫星贴图软件排除法,分为市场排除法与视角排除法:

事实上山舰下水时新华社就已经公布过一次飞行甲板尺寸,奈何鱼鱼等迷信“估构遏思美术卫星地图测距”的华人大V却不信,坚持认为估构遏思APP上报出的303米才是正确尺寸。
——315米似乎和之后军宣图测出的319米存在冲突,原因在于测量标准不同:山舰飞行甲板不计艏艉曲面边缘白漆覆盖部分确实只有315米。福特级飞行甲板计入舰艏白漆曲面和舰艉斜面长度接近334米,但和山舰一样仅计算平面部分则只有332.8米
军用情报卫星地图软件与民用卫星地图软件的区别在于记录性与美术性、情报导向与成本导向、科学性与意识性的不同。
民用卫星地图软件只对市场收益负责,以测距精度与收益相关度定亲疏,只保证亲近/亲金地区测距精度、对越亲近/亲金的地区投入的测距资源越多
对于市场收益与测距精确度无关地区,民用卫星软件不会为提高该地区测距精度投入半个铜板。
卫星图中旧肯尼迪号位于该卫星软件所亲金地区,且有汤姆猫作为参照物,汤姆猫的外形比例是正确的,因此大约翰的比例也必然是基本正确的
下图为对非亲金地区的商业卫星地图:
短宽Q版大福,飞行甲板长度被严重挤压

因此民用卫星地图测距软件对于非亲金/疏远地区大型目标的测距结果符合事实的概率无限接近零,测得参数可以直接排除,称为市场排除法。

嘟嘟熊地图APP毫不检点,不正经的GPS斜视图照用不误。考虑到某些蚊牤听不懂相对论、引力扭曲时空和卫星测距误差关系,让孤狗卫星信徒到此图面前授首即可
部分民用卫星地图软件讲究低成本更新速度与画面连续性:
类似此图中不讲究更新速度、追求俯视视角端正程度、坚持纯净北斗路线的高精度卫星地图软件更新通常都很慢,图中18舰北斗卫星俯视照依然维持数年前状态
追求更新速度要求卫星大量采用会造成比例扭曲的斜视视角拍摄,而画面连续性要求所有不同时间不同视角比例扭曲方向与程度不同的画面平滑过渡。
故追求更新速度的民用卫星地图软件通常选择雇佣美术人员,手工操控修图软件调整斜视画面,将其贴放在现实坐标不远处供软件用户以俯视视角观察斜视拍摄画面

——美术卫星地图软件测距误差实际等于:

卫星定位误差×拍摄视角误差×美术修图软硬件设备误差×美术修图人员技术误差×美术修图人员主观判断。

五者误差所得乘积导致测量300米以上级目标不出现十米级误差的概率无限接近0,需在测得参数基础上进行计算还原,通常再加上或减去10~15米后所得结果才可能接近正确结论。

对于直接在斜视美术贴图上测量所得数值,则可在第一时间予以排除,称为视角排除法。


每一张图的比例都不一样,也就是说孤狗地球软件中的同一艘航母在每次更新地图后都会被赋予不同尺寸外形
同一个GE卫星地图软件隔几天就能报出一组不同的尺寸参数:
近似的视角,不一样的比例:
两个比例的长宽比都远比实船小的多哦,科科(✽^㉨^)

以上三图都在不同程度和方向上扭曲了现实。


图中官宣航拍照和官宣平面图视角高度接近,能够准确对比

上下图才是正常的比例取值范围。

图中两舰采用相同的视角和近似的拍摄方式,也能准确对比

参数之所以不被称为数据,就是因为其仅能作为参考

对于部分采用开放编辑模式的民用卫星地图软件,测距误差还要在前五者基础上乘以美术修图人猿意识倾向。
拉近距离细审扭曲变形的孤狗卫星图
理论上开放编辑模式的民用卫星地图软件,如在已退出昌南市场的GE孤狗地球上,任何一名学会使用编辑软件的泰迪猿,都能借助其主人提供的电子设备有意识放大和缩小卫星地图中的被测距物体、乃至改变被测距物体外形之后上传孤狗供世界各地不同物种用户品鉴。
采用曲线飞行甲板的075两栖攻击舰-GE改进型☝(Θ㉨Θ))———股狗饵丝没把大福弄成曲线飞行甲板和曲线电磁弹射器就已经算是对得起一众翻墙大师了

有鉴于此,包括直觉测距法在内的任何测距法其准确性均会超越开放编辑美术卫星地图软件测距法,其对疏远地区300米级目标的测距结构或许需要加减15-25米后才能将误差控制在5米范围内

——一句话总结:

依据开放编辑美术卫星地图至多只能粗略判读出图上存在何种物体,但无法判断物体尺寸和正确比例。

开源美术创作图与高分闭源精确测绘图:孤狗躬斯的孤狗恶斯艺术篡图里不仅能创建曲线形飞行甲板,还能拉出折线形水电站

人事思想教育工作与航母建设:

某位联邦叼茶局太爷掀起的的小后浪:该发言展示了孤狗躬思在直立猿远程放牧技术领域的造诣
对堕耳格直立猿进行远程养殖也有可能干扰航母正常的研发建造进程。因为航母建造过程中最重要的情报手段还是人事手段:18舰建造工作曾经中断过一段时间,在这段时间内兰德公司提出了整体设计与18舰高度雷同的cvn-lx常核联合动力航母构想。
参照兰德报告绘制的18舰魅化版:cvn-lx方案民间想象图

但自从山东后型停工修改设计方案,并加强人事反情报工作重新开建后,兰德公司再未在福舰下水前提出类似CVN-LX这样的跟进抄袭型航母方案。

PLAN官宣高清航拍照,雷达罩形状正圆,标语字体比例正确,故能确认整舰比例正确。图中飞行甲板远比孤狗公司美术卫星地图篡改软件中瘦长,比例完全不一样,而大部分早期18舰CG图均依据孤狗美术卫星地图篡改软件绘制,故均与实船不符

对于普通军事爱好者而言,最值得信任的信息来源就是航母建造国的军宣图,其次为对立方军用卫星图,只需记住与军宣严重不符的图片必然错误即可。

下图中各舰民用卫星图与军宣图尺寸并不一致,其中仅有最右侧的福舰下水照来自军宣,因此只能以福舰下水照为参照物。

得出结论为中左两张民用卫星图缩小了福舰长宽比,最右侧福特号俯视拍摄角度更正,故可信度高于左侧的福特级施工图和线图,右侧两舰比例图最接近现实

3.栖装程度、系泊、海试,吃水深度与水道、港口泊位

3-1.栖装程度与水深

舾装作业会导致航母重量增加进而导致航母吃水深度增加,因此航母舾装程度与干船坞深度、下水水域与航道水深、舾装系泊位水深正相关。

航母设计吃水越浅、"吃水深度:排水量"比值越小,越有助于提升预栖装程度,增大舰底面积通常有助于缩小"吨排水量/每厘米吃水深度"比值TPC。
苏/华式航母舰体TPC值小于魅式舰体,有助于提高预栖装程度
航母下水安全吃水深度上限由干船坞、下水航道、栖装系泊位中平均水深最浅者决定,栖装系泊位必然拥有最大水深,绝大部分干船坞灌水后水深也比航道更浅。

在船坞深度不足时:

航母需要减少上层栖装增重,压低下水重心以减少压舱水灌注量进而控制下水吃水深度。

在下水水域航道平均水深不足时:

航母需要减少坞内预舾装增重以适应浅水航道,将更多栖装作业转移到深水泊位进行,坞内栖装作业精度和速度优于水上栖装作业,其作业量在栖装作业总量中的占比下降会延长栖装作业总耗时,不利于航母快速海试服役。
但相比压缩航母设计吃水深度、降低"吃水深度:排水量"比值以及挖深干船坞和下水航道等困难选项而言:提高水上栖装作业量占比、延长舾装作业耗时是更简单廉价的选择——坞内预栖装程度只和航母下水吃水深度和干船坞灌水后水深有关(风传的“避免坞内栖装设备下水后应力变形影响精度”并不存在,即使真变形拆下调试重新安装即可)。
因此能让满排8~9万吨级别航母在坞内完成50%以上栖装作业量的干船坞,未必能让满排10~11万吨级别航母在坞内完成30%栖装作业量。

以下斜体部分为信口开河乱评文:

╭( ′• ㉨ •′ )╭☞>到底能不能做到在船只出坞前完成大部分舾装,以减少系泊试验需要的时间呢?答案是不能。从表面上来看,建造阶段与系泊试验阶段的船只都处于相对固定状态,并且前者的施工条件更加优越,因此,一些安装精度较低的舾装工程,确实是在船只出坞之前完成。但对于大多数军用舰载设备来说,这种安装方式是不适用的。原因就在于,处于建造阶段的船只是典型的固体着地状态,船体直接接触的介质是空气,但船只终归是要在海中使用的,不能直接以陆上状态来衡量后期使用情况。航母终归是要在海上活动的。举个例子,人正常走在地面上与游泳时泡在水中,受到的外界影响是不一样的,在两种情况下使用四肢花费的代价也是不同的。而对于一艘8万吨级大型航母来说,从船坞到海中周围介质的变化,带来的影响非常明显,其中最典型的就是“应力变形”。简单的来说,就是在出坞之后,船只会在水的外力作用下缓慢释放内部应力,从而导致舰体表面出现轻微变形。这种变形并不是很大,但足以对高精密军用设备造成毁灭性的影响。因此,军舰只有在下水/出坞并释放内部应力后,才能安装一些高精度装备,其中最典型的就是舰载雷达和电磁弹射器。
(*/㉨\*)离谱

上面这段乱评贬低了军用舰电设备的强度,搞错了舰电设备安装结构属性——现代航母舰岛舰电设备作为附加于舰岛/舰岛桅杆之上的搭建安装结构从来都不参与承受海水压力,大部分舰岛上层甲板室也不参与维持总纵强度,水压再强也和舰岛雷达无关,坞内预舾装不装舰岛雷达相控阵雷达的原因通常仅是从控制重心高度考虑。

同时还搞错了电磁弹射器的属性——电磁弹射器适应舰体形变的能力实际远强于使用开缝汽缸的蒸弹和燃弹,并不能称为“高安装精度设备”。

蒸弹和燃弹作为真正的“高精度设备”,在航母发展史上同样以坞内栖装方式为主。

继续划一遍重点:大型战舰坞内栖装程度高低取决于干船坞深度。

泊位和港口码头水深通常会远超航母满载吃水深度,甚至大幅超过舰体及其附属部件设计极限吃水深度,因为系泊过程需要对航母进行大幅纵倾、大幅横倾、过量灌水等会导致实际吃水大幅增加的测试。
右倾状态的福舰

干船坞灌水后水深、航道水深、泊位水深三者的差值和航母下水稳性—决定灌注压舱水前的干船坞内空重和下水前的压舱水灌注量、下水重量与设计最大排水量差值—即设备重量和人员物资油弹水的设计搭载量有关。

论文中尼米兹级全舰搭载干货重6366.96吨、夹层液舱中液体重11436.39吨、飞机和航空煤油舱中液体总重1605.89吨,全舰搭载可变载荷总重正确数值应为22409.24吨。但文中给出的错误结果是21429.94吨,少算了近千吨的排水量。
上下图虽然出自职业论文,但小学加法没做对。

减轻设备和人员固液物资装舰重量的手段有:

以具备重装甲防护的低矮反应堆作为压舱石可降低重心提高下水稳性、
以电磁弹射替代蒸汽弹射能降低武器系统重量、
舰载3D打印增材制造设备可减少零配件搭载量、
提高自动化程度能降低人员及配套生活舱室设施设计搭载量、
专心优化舰队防御设计并减少对地轰炸火力要求可以大幅降低航空弹药设计搭载量、
使用整合全电力推进系统整合尽可能多的动力装置种类和型号联合推进则可以降低燃油和核燃料设计搭载量。
一型舰船的上层结构体量不能超过下水排水量/下水状态舰体稳性和栖装后的服役空载排水量/服役空载状态舰体稳性所能支持的上限,否则很容易导致坞内倾覆。
航母的下水排水量必然不高于栖装后的服役空载排水量,潜艇的下水排水量则高于栖装后的服役空载排水量。现代航母的满载排水量并不是上层结构体积重量上限的主要决定因素,两者并不存在固定的比例关系,作战状态正常排水量也不是上层结构体量的唯一主要决定因素。
图为福浅滩、大福舰、山东、辽宁4舰同比例俯视:结构设计风格差异巨大的浅滩和福建并不符合满载排水量越大上层结构体量越大的常态,结构设计风格类似的辽山二舰排水量则与上层结构规模对应

满排和常排更重的航母上层结构体量乃至全舰体积完全有可能小于满排更轻的航母。

18舰的舰体厚度和长度与尼米兹级接近,宽度超过尼米兹,舰岛也远大于后者,其体积并不小于乃至大于任何魅联超航,装甲防护尤有胜之,但满载排水量却远小于后两者。
推测福舰灌注压舱水下水前夕的干船坞内空重为6.5~6.8万吨、栖装后服役空重6.9~7.6万吨,有可能超过尼米兹级第一批次不超过7.4万吨的服役空重。推测福舰未栖装前空重与满载重量差值约1.8~2.4万吨,比下水前夕空重6.5~6.6万吨的福特号此差值小2.1~2.7万吨。
为什么大福满排更轻体积更大?重福满排更重体积更小?
原因不仅在于福特级和尼米兹的舰体线型扶正力矩更弱,大分舱大机库多开口设计不利于控制结构补强增重量,还因为麦式双大堆前后分散布局导致其必须使用大总重高重心装甲模块,导致二舰下水和服役空载状态舰体密度高于18舰,下水状态和栖装后服役空载状态舰体稳性和装甲防护反而更弱。

3-2.系泊与海试

系泊过程是为了对舰体结构和已预栖装设备进行初步测试,发现可能存在的问题,在发现问题后需要对出现问题的设备进行调整,乃至拆卸检修后重新安装。对于大量栖装作业在干船坞内完成的航母,已完成坞内预栖装的设备在其它设备开始水上栖装作业时已经先一步展开系泊。

海试的首要目的是测试战舰的海上航行性能,以及舰体结构在海上航行过程中的表现。


苏联造舰人为研究拦阻系统对结构强度的影响,在多艘基辅级直升机航母上钻出了拦阻索开孔并预留了拦阻系统安装空间。即使是小小拦阻索孔,对结构强度影响都需要验证,超重甲反应堆对结构强度的影响就更不可能不用验证。截图原文来自啸鹰评戎

未经过航母模拟海试的防ASBM超重装甲舰用核动力系统,即使在陆地模拟中证明可靠也不宜直接装上航母海试,因为相比陆地模拟堆,舰用核动力的主要风险来自“反应堆及其附属防护系统巨大重量对舰体受力的影响”与“微量辐射积累对舰体微观结构的破坏”两者的结合效应。

后者一定程度上可通过陆地模拟预测,但前者更多只能通过系泊和海试总结经验,即使在其它类型大型舰船上实际装堆运行测试,也难以替代舰上模拟测试——哪怕建造一条舰体水下部分与航母相同的巨型核动力补给舰用于试验,由于没有航母的庞大上层建筑,设备物资运转流动状态也大相径庭,其舰体受力情况和航母依然会存在不小差别。

18舰重新开工后的舯部动力舱加长段可能既用于试验SCO2涡轮发电机这种难以稳定精确控制的不成熟动力装置,也有可能用于模拟测试舰用核动力,毕竟华式航母与1143系列航母的渊源深厚,而1143系列航母的集大成者--1143.7型乌里杨诺夫斯克号的反应堆舱集中布置于舯段舰体浮心上方。
红色箭头指向可能存在动力测试舱的舯部加长段
一些业余军评人认为下图中论文可用于否定新超航涉核可能:
然而上图这样的观点无论从逻辑学角度还是系统工程分工角度方面推敲都不成立:
首先由于上图论文未加密,故基本可以排除图中方案与新建超航真船相同的可能性。其次假设新超航采用反应堆与燃油锅炉共用汽轮机的常核联合动力,作为论述锅炉蒸汽动力的论文也并不需要提及核蒸汽动力部分。

更重要的是:

假设新超航的反应堆采用超临界二氧化碳汽轮机作为二次原动机,则核SCO2电力系统即可与锅炉水蒸汽动力系统彻底隔离独立运行,有助于改善蒸汽动力系统的安全性。
SCO2涡轮虽然需要搭配锅炉或反应堆使用,布置灵活性不高,但由于尺寸较小,难以从舱室布局或封闭时间上准确分辨。
超临界二氧化碳涡轮发电机输出电功率难以快速精确控制,更依赖综电系统调控,对高效率操作的技术要求更高。
但SOC2涡轮发电机的吸热性优于水蒸气,更有助于防止堆芯熔毁,对安全操作的技术要求反而更低。故CSO2涡轮发电机较之水蒸汽涡轮发电机更适用于综电系统性能足够强大成熟、但舰员缺少反应堆操作经验的测试型核航母。因此即使上图中论文确实透露了新超航水蒸气动力系统与核蒸汽无关的秘密,也完全无法用于否认新超航配备核电系统的可能性。
002型后型舰的舯段舰体可能用于安装形状和质量分布情况接近反应堆的配重金属物体,可能就是没有装填任何核燃料也不产生核能的反应堆,用以模拟舰用反应堆及其超重装甲防护模块对舰体受力、以及舰体受力对防护模块结构的影响,为未来建造核动力航母积累经验,甚至在模拟验证成功后直接装填核燃料改造为反应堆辐射效果测评型核航母。
模拟配重物大概率位于图中舰岛阴影下方范围内,此位置的堆舱在侧上方向可以得到斜角跑道装甲与舰岛的共同掩护,有助于抵御倾斜弹道灌顶。

辐射测评型核动力航母运行初期可能需要采用一种能够精确灵敏调整辐射强度的反应堆,因此气冷堆可能成为一种相当合适的测评用堆型。

假设18舰不进行模拟装堆海试,那至多会导致模拟装堆海试和辐射测评海试移至19舰或20舰上进行,几乎不可能使用其它类型船只替代核动力超级航母进行反应堆海试,更不可能将未经模拟海试验证的超重装甲核动力系统直接装舰运行投入海试。


4.舰体和设备的施工与维护作业

航母建造时的设备安装流程基本符合如下规律:

简单设备通常早安装、早封闭舱室,如辅机舱;
反应堆/综电系统配电模块这类危险/精密设备尽可能在“早安装早封闭舱室”和“最后安装最后封闭舱室”之间选择;
锅炉/汽轮机等防水性较好的低危险性复杂设备通常选择较晚安装、较晚封闭舱室;
封闭过程较为消耗工作量的舱室尽可能早封闭;
凯夫拉防崩落内衬这样的畏光材料在建造安装过程和大修更换过程中都需要尽快封闭舱室/在舱室已封闭后安装以避免光照。

4-1.动力装置安装与维护:

建造装备核动力的航母,需要参与造船的所有集团中有具备完整涉核资质者,但未必需要下水干船坞所属造船厂具备完整涉核资质,涉核资质包括干船坞和起重机、试车房等“硬件/固定件”,也包括设计/指挥/施工人员和精密设备等“软件/活动件”,只具备部分软/硬件的涉核单位并不具备独立设计建成核动力舰船的资质,但可与具备其它软硬件的单位合作建成。

例如某航母由中船集团负责设计建造,假设其下水船坞所属的长兴厂尚未具备完整涉核资质,只具备船坞等硬件,但无论渤海还是长兴厂都属于中船集团,渤海厂人员有涉核资质=中船集团有涉核资质,中船有≈长兴有,即使整个长兴厂本厂人员都不具备涉核资质,理论上依然可以借调渤海厂人员设备建造核航母

多厂分工合作建设核航母还能减少具备涉核资质人员分散到多个造船厂后的管理和安全工作难度。

核安全办公室从名称上更像一个临时指导小组而非常设机构

核航母反应堆保护箱需要置于在质量和结构保持稳定的一体成型无焊缝钢板上,不过不同的核航母对承载保护箱的船底钢板尺寸并无统一要求,反应堆保护箱占地尺寸是堆底一体成型钢板尺寸的唯一决定因素。

一半正确军评:

为缓解辐射导致的钢板形变和结构改变引发堆芯变形。H动力航母机炉舱反应堆下面的船底钢板,必须是一个整块,原则上不允许有横断的大焊缝。这样一来,考虑到H动力航母每个堆芯以及其外保护结构的整体尺寸,那么每个堆芯模块的纵轴向长度至少应该在25米的级别。
也就堆芯正下方的垂直面的船底钢板,原则上必须是完整的一大块,至少有25米长,宽度也要有至少十几米。需要专门轧制。而如果每个船底和船身模块在合拢前,被发现低于25米或者最极端的22米,那么仅仅这一条,就可以否决未来这艘大船是采用H动力的可能性。其实不仅仅是H动力航母。如果注意观察,就会发现现代H潜艇的主动力包模块,也就是包裹整个堆芯的耐压壳段,也是提前一体成型的。这段耐压壳和其他段耐压壳之间的焊缝。完全避开堆芯本身。

上述观点未考虑到:

适应高超反舰时代海战环境的常核联合动力航母要求核动力装置小型化,因此反应堆保护箱占地尺寸可以-或者说只能-远小于A4W和A1B的25米级;

同时对于常规动力反应堆结构测评舰,由于海试模拟堆内部并未装填任何放射性燃料,无法释放任何核辐射,在物理学意义上依然属于常规动力航母,故堆舱分段建造过程也无需调动大量具备涉核资质技术工人,甚至可以借助“安装无燃料模拟堆的常规动力分段”建造过程提前培训核动力分段施工人员。

十八舰的舯段舱室在整个坞期内一直处于封闭状态,而假设过早封闭的舱室不是过于简单,就是过于精密/过于危险,更改设计加长舰体耗时基本可以排除其为前者的可能。

因此舯段舰体内部必然存在综电系统核心配电模块或海试模拟堆,虽然弹药舱同样属于危险舱段,但作为海战航母必然沿袭1143系列压缩舯部弹药库设计理念,绝无可能和尼米兹级一样在舯部设置大容量弹药库。

尼米兹级和福特级采用分散堆型设计,反应堆舱在开始搭建机库甲板以上舰体时已经彻底封闭。

上尼米兹、下福特、中为福特机库甲板、两色箭头分别指向前后反应堆换料通道开口

而戴高乐号采用一体堆设计,直到飞行甲板开始施工后才吊装反应堆封闭堆舱。

但两种核反应堆安装流程的差异主要由涉核部分体量与堆舱防护要求决定,与构型是分散堆、紧凑堆还是一体堆关系不大:

A4W和A1B这类核燃料浓度过高、过于沉重的大功率反应堆,压力容器氢脆更严重,整体吊装/更换压力容器部分过于危险,只能吊装/更换燃料棒部分,过于庞大的反应堆压力容器整体“吊装之后/更换前后”则需要“建造/拆建”更多上层建筑,只换燃料棒可以少拆少建,避免延长坞期。
图中换料通道顶部飞行甲板已被切开——由于厚钢板切割焊接难度更高,故反应堆通常需要避免位于装甲最厚的斜角跑道下方,要求远离跑道中线布置,除非该航母换料作业无需切割飞行甲板
即使A4W或A1B的压力容器在航母建造阶段可以安全进行容器燃料一体吊装,吊装后封闭顶装甲和上层建筑的工作量也会相当庞大,难以避免延长坞期。
小功率一体堆因为安全壳内部核燃料占比低,重量轻于核燃料占比高的大功率分散堆压力容器部分,至少建造阶段能确保允许整体吊装安全壳,理论上早吊装或者晚吊装都没问题。
如果堆舱上方和戴高乐号一样未布置过多水平装甲、乃至堆舱顶板和戴高乐号一般紧贴机库甲板参与支撑舰体,那么航母建造后期吊装更安全;如果堆舱顶部和USN超航一般需要设置大量装甲和多层舱室,则早安装更省事,若后期吊装后再安装顶装甲,时间过于紧张,容易延长坞期。

考虑到灌顶攻击武器的发展,21世纪20年代后建造的超级航母必然不会再出现后期吊装反应堆的作业流程,反应堆一开始就会被上层甲板彻底遮蔽,无论其采用何种堆型。

堆舱的高度是比体积更能左右核航母舰用反应堆选型的因素,因此一体堆未必是最佳选择。
高超俯冲反舰时代的航母裂变反应堆必然采用占地面积狭小的低矮保护箱,同时建造过程中不大可能出现小面积的顶部换料开口封盖,除非采用类似鲁班锁结构的装甲盒,因为反应堆正上方需要覆盖大面积的整块水平装甲合金钢抵御ASBM俯冲灌顶轰炸,导致小面积换料通道开口被遮蔽,换料过程需要将大面积水平装甲整块移除。
若采用类似A级/705型核潜艇的铅合金冷却剂紧凑反应堆,甚至有可能在反应堆冷却后直接将安全壳卧置,从堆舱侧门运出送至紧贴堆舱的弹药库入口处,通过弹药升降机直接更换整堆,如此一来甚至可以不在堆舱顶部留出任何换料通道。
若采用燃料模块化的高温气冷反应堆,同样无需顶部通道即可随时添加燃料。

任何依据是否存在肉眼可见的顶部开口判断航母常核属性的手段,在当下的俯冲反舰时代都已彻底过时。

使用旧式压水堆和重装甲堆舱的核动力航母需要在装填核燃料后封闭机库甲板堆舱换料通道开口,继续在核燃料附近施工建造上层结构。
图中从左至右为:福特俯视、福特主舰体机库甲板俯视、尼米兹俯视。图中蓝色箭头指向前反应堆换料通道开口,绿色指向后反应堆换料通道开口
反应堆换料便捷化的好处则是无需在舰体已装填核燃料后继续进行舰体施工,可以在航母建成后再装料,无需造船人员具备完整涉核资质,只需质检维修和装料人员具备完整涉核资质即可。
作为一种天灵盖接狼牙棒的冷战活化石设计,麦克纳马拉风格的大堆及带有明显开盖的高耸保护箱的核航母在20年代之后只配下放给核动力补给舰,福特级则是最后一级使用麦式大堆和麦式脆皮保护箱的超级航母。
一些观点认为,18舰设计单位位于武汉的陆地试验反应堆是为未来核动力航母准备:
——无论是核航母还是核补给舰,太平洋西岸古国的所有大型核动力舰船都是在武汉设计并进行动力系统试验。
然而从保护箱庞大的尺寸判断该反应堆的装舰对象只能是一种以大型反应堆为动力系统主机的舰船,但太平洋两岸的大国都不会在高超时代继续发展一种使用麦式脆皮大堆的核航母,使用麦式大堆的福特级后四条建造计划也已叫停,故该地面试验堆为将于大连建造的首艘核动力补给舰准备的可能性超过90%。
可见的未来内,核补性价比和安全性会越来越高,但核航母的使用危险性会越来越大。寿期成本统计表对核航母将失去意义,取而代之的是战损成本统计表
对于20年代的PLAN,核动力补给舰远比核航母或核主常辅联合动力航母更重要且急需,不可能选用先研制核航母、再研发核动力补给舰的研发流程,补给舰用反应堆同样需要地面试验,且一定会先于核常联合航母舰用反应堆开始试验,至于以核裂变堆作为动力系统唯一主机的核动力航母,则属于已被淘汰的“高超反舰时代战力为负设计”,未来大概率不存在开建的可能。
假设真有一天出现了图中这种“轻量化全核动力超航”,那大概率就只能说明舰用核聚变动力系统已经研发成熟,小概率情况则是舰用装甲防护技术出现爆炸式发展,采用了诸如能量护盾、铁幕装置之类黑科技
考虑到该堆顶部换料通道与旧式核航母压水堆的相似性,结论是该地面堆应为更适合补给舰和民船使用的超临界水冷堆——民用核动力舰船同样需要反应堆保护箱抵御恐袭和误击。
事实上军用常规动力装置同样存在使用水密保护箱抵御入水反舰导弹和侧舷雷击的需求,但大多数情况下因为安装空间不足只能放弃。图为发电厂蒸汽涡轮发电机保护箱

21世纪初期服役的航母核裂变反应堆存在两种维护思路:

尼米兹-福特的长换料周期长换料消洗耗时思路和戴高乐号的短换料周期短换料消洗耗时思路。前者采用巨大的重型堆装填大量高浓度核燃料棒延长换料周期,但高浓度核燃料的强辐射会导致压力容器氢脆更严重,压力容器结构承受重力和结构承力强度均不利于整体吊运换料,更强辐射和取出燃料棒换料均不利于减少消洗作业工作量,大型堆的燃料棒过长且不可拆分组装段长度超过机库内高,因此只能拆除飞行甲板吊运更换燃料棒。

戴高乐号则采用小型堆装填少量低浓度核燃料棒,换料周期更短,但优势是尽管需要更频繁换料,却能减少单次换料消洗作业耗时。

戴帅换料不拆飞行甲板,只拆机库甲板,因为少量低浓度核燃料氢脆效应弱、重量轻,结构实际承力和承力强度允许整体吊出处于封闭状态的压力容器更换,燃料棒全程无需暴露,小型堆的燃料棒足够短,压力容器运输高度低于机库侧门高度,全部换料作业可在飞行甲板以下完成。

俄联邦暴风雨航母方案倾向于戴高乐号思路

低浓度燃料反应堆还具备泄漏事故污染更弱的高安全性优势:

戴高乐号在土伦港的换料区离市中心所有人口密集区域的直线距离都不超过4km,甚至小于2km,甚至赶不上18舰下水的4号坞到长江对岸上海市郊江岸线的5km直线距离。

福特级的纽波特纽斯12号坞离最近的汉浦屯和罗孚市郊则都超过7km——反过来也可以认为:

长兴岛4号坞可安全建造反应堆核燃料浓度介于K-15和A1B之间的核航母。(我国唯一核潜艇生产基地——龙港渤海造船厂离最近的居民区距离超过2km)

魅联曾经装备过使用低浓度堆-换料方式类似戴高乐号的进取号核航母,也曾经计划装备使用中等浓度堆的肯尼迪级,没有麦大商人防长贪小便宜强行上大堆,导致此后60年联邦核超航科技树扭曲、效费比暴跌的壮举,魅联海军的核航母在航率本应比目前现状高得多。

未来核动力航母采用反应堆褪火这一新兴技术可以延长反应堆压力容器使用寿命,使用高浓度核燃料的重型反应堆也能实现整体吊运更换:

反应堆在使用过程中,受快中子辐照影响,形成的纳米尺寸的辐照缺陷和辐照诱导相,使反应堆压力容器钢材发生辐照硬化(塑性下降),以致钢材的抗裂性降低,反应堆外壳的使用寿命因此受到限制。褪火过程会使钢材的结构和性能恢复到初始状态,由此延长其使用寿命。进行二次还原退火处理后,反应堆使用寿命可延长至60年。

作为综电系统核心的电力调节分配模块由于布置灵活性极高同样难以准确判断安装位置,甚至可能在一艘战舰上布置多个战损备份模块。
但由于配电模块属高度精密复杂的消耗性设备,服役期内即使不遇战损也至少需要更换一次,因此最常用的配电控制模块舱室必然靠近机库,故常用配电舱甲板大概率与机库甲板位于同一平面,可以在建造后期安装。
螺旋桨推进电机作为精密设备其舱室同样需要尽快防水密封。

4-2.舰体保养维护:

航母下水后需要定期回港进行舰体保养维护作业,舰体保养维护工作的主要内容是:

清除船底寄生的海洋生物和补刷船底漆,所有舰船包括航母的船底漆里含有针对海洋寄生生物的“有毒成分”,但寄生生物被杀死后尸体依然会附着在船底,且船底漆都有有效期限,长期在海上航行被海水冲刷也难免剥落,故任何长时间浸水的舰船必须定期清理船底,避免附着物增阻造成军舰航速下降和油耗增加。
军舰水线以下的涂装,较多地采用呈铁红色的防锈漆,如氯化橡胶船底防锈漆;当采用环氧沥青船底防锈漆时,则呈现黑色或棕色;水线部位可以采用和船底相同的涂料,也可单独采用酚醛、氯化橡胶、环氧沥青等类型的水线漆,前两者呈现红色,后者呈现黑色或棕色。

舰底红色涂层:

对于具备防雷层的现代重航和超航,红色涂层覆盖高度通常不会超过防雷层高度,故红色和灰/白色涂层交界线也可称为防雷层水线。防雷层水线通常会略超过限排水线,大幅超过满排水线。

舰底黑色涂层:

长期停船过程中,航母动力系统长期停止运行,舰体难以凭借自身电力主动清除海洋生物,0航速状态海洋生物也更容易附着,故整个舰底都需采用毒性更强的黑色沥青防锈涂层。

黑色水线漆:

出海航行过程中:舰船水线区域由于载重量和海况变化,会交替出现在水面上下,在水线区域涂覆黑色水线漆,有助于减少频繁交替接触海水和氧气后对舰体造成的锈蚀。黑色水线漆需在红色水线漆基础上加覆,需高于限排,可能高于排水孔。
图中伯克级的黑色水线漆已经因为水压而向下扩散,通过观察黑色水线漆的流动扩散情况,可推测舰体在前段时间的航行状况
由于黑色水线漆需要足够厚度才能起到防锈效果,且涂覆于红色水线漆表面,并未直接附着于舰体,故相比红色水线漆更容易脱落,甚至可能出现某些战舰即使采用了小面积黑色水线漆,但被媒体拍摄到时黑色水线漆已经掉落殆尽,掉落部分呈现暗红色,导致长期被认为并未采用黑色水线漆的情况。
黑色水线漆易剥落的特性有助于避免出现海洋生物尸体附着在水线附近严重影响航速的情况。
黑色水线漆高速航行易剥落、毒性较大的特性对近海渔业资源威胁重大,未来技术进步后舰船可以采用海洋生物主动驱离技术避免生物附着,届时即可采用不易剥落的新型涂层替代黑色水线漆。
我国环境保护和饮食安全水平急需提升,人民武装力量需要作为表率,故PLAN倾向于减少黑色水线漆使用量。
缺乏环保意识,航迹长期远离本土专属经济区,且维护压力极大的魅联海军近未来不大可能倾向于需要消耗战舰电功率的生物主动驱离技术,更有可能继续采用技术落后污染严重,但能有效降低舰船电力系统负荷,减轻维护压力从而缓解战舰完备率下降的大面积黑色水线漆。
由此可见:尽可能使用稀薄的黑色水线漆,让黑色水线漆恰好在返港前夕脱落殆尽,体现了海军后勤人员高超的涂装技巧和深厚的环保意识。

黑色水线漆与水线高度变化幅度与频率有关,载荷长期超过正常排水量载荷-设计作战排水量载荷,且频繁在超正常载荷和正常载荷之间变化的战舰必须使用黑色水线漆,超出部分载荷重量越大、变化越频繁,则黑色水线漆覆盖高度和面积越大。
可以认为:大面积黑色水线漆是兵力在全球范围内频繁调动的海洋霸权国战舰的识别特征。
通常核动力航母由于长期补给匮乏状态压舱淡水制备能力最强,故水线高度变化范围最小,航行性能较之常规动力航母更加稳定,无需大面积黑色水线漆。(补给充足状态下锅炉蒸汽航母无需考虑油耗,淡水制备能力反而有可能强于核航母)
早期尼米兹级防雷层水线位于红灰交界处,不常采用黑色水线漆或仅采用小面积黑色水线漆。然而尼米兹级服役后期经过大幅增重改造后不得不长期超载航行,吃水线高度变化范围增大,只能选择大面积涂覆易剥落的厚重黑色水线漆抵御水线锈蚀。
使用大面积黑色水线漆的海上强权,其海军规模、技术、战力未必强于地区性海上强权的海军,但绝对已经具备全球机动部署能力。
如联合王国王室海军,其女王级航母动力为高油耗的燃气轮机,需要频繁补给燃油,比锅炉汽轮机更不利于减小吃水高度增减速度和范围。
现代航母基本不需要黑色水线漆的隐蔽功能,因此福舰水线以上涂覆大面积暗红/红棕色问题不大。当然,假设福舰服役后主要使用外飘结构内置的燃气轮机进行远距离自持续航,不常动用锅炉或反应堆,油耗也会比较高,或者为模拟高海况舰体稳性在长期训练中不灌注足量压舱水,也有采用大面积黑水线的可能
反之即使是海军战力和规模仅次于超级大国,规模和中坚力量战力远超联合王国王室海军的太平洋西岸古国海军,由于暂时不具备全球机动部署能力,大部分舰艇载荷长期不超过设计作战载荷,西太海域大部分时间海况等级也较低,故无论压舱淡水制备能力仅次于反应堆汽轮发电机的锅炉汽轮发电机航母,还是没有反应堆或锅炉的驱护舰艇都很少使用大面积黑色水线漆。
辽舰作为近海训练舰通常不用黑漆,水线为朱红色,服役初期不常执行远洋任务的山舰黑水线面积很小,水线通常呈红棕色
领海训练任务无需大面积黑水线,频繁进行补给的非远洋训练作战任务仅需稀薄小面积黑水线,长时间长距离不进行补给的远洋训练和作战任务需要大面积黑水线。
俄联邦海军活动的北太平洋和北大西洋海域日常海况较为恶劣,故采用小面积黑色水线漆。
瓦良格号上漆时没有考虑进行需要超越正常载荷的洲际航行,因此没有黑色水线漆:
即使是全球部署的超级大国海军,其作战序列中不常进行远距离超载航行、也不常在海况恶劣环境中航行的战舰照样不采用黑色水线漆。
USN医院船不需要消耗和频繁补充大量重物,因此经常可以看到红色水线:图中医院船舰艏黑色水线漆由于频繁受水流已剥落溶解殆尽,但舯部黑色水线漆依然存在部分残留

红水线与水深安全冗余:

魅联超航由于船坞和航道水深安全冗余较差,故需要对浅吃水状态下的轻载水线进行标识,这就是红色涂层与黑色涂层交界部分水线——简称红水线或红黑水线。

实际水线未低于红水线时能保证舰体稳定性,在浅船坞或浅水航道内部航行时必须尽可能让实际水线高度≥红水线,以在尽可能降低吃水深度同时避免舰体因吃水过浅而倾覆。
魅联超航黑色水线漆的下半部分在远洋航行过程以及海况恶劣环境中也不会露出水面,这部分用于标识安全水位的黑色水线漆其向下延伸覆盖的深度其实已远远超出了全球部署远距离航行过程中舰体防锈的需要,是适应联邦本土船坞深度不足和航道疏浚困难的产物。
太西古国新超航服役前期无需使用大量黑色水线漆防锈,下水出坞或入港入坞时也不存在水深安全冗余不足的问题,新锐战舰通常需用于巩固海防,不大可能进行洲际远洋航行,因此新超航服役前期大概率沿袭PLAN传统的红棕-灰白两色舰体涂装,或只采用小面积黑色水线漆。

5.舰体属性与建造可行性及成本

现代航母设计建造使用过程需要注重航母的装备试验舰属性,因为重型航母最适合搭载各种未知其可靠程度的新装备进行试验,也远比驱逐舰等更适合采用所有模块不一次到位的螺旋开发-渐进采办发展模式。
这不仅仅是因为航母舰体的巨大空间、载重与动力系统供能,还因为战争状态的大型航母从来就不需要所有舰载设备全部可靠运行——没有AGS155炮可用的DDG1000大型浅水重炮驱逐舰是没牙的老虎,没隐蔽的潜艇只配称为训练潜艇,然而没近防炮没航速没隐蔽的重型航母只要能做好高效起降舰载机的本职工作,照样能够威慑五洋。
综合全电力推进时代的航母无需依据动力强弱决定战舰体量,只会先搭建舰体外壳,为各类设备预留安装升级空间,以不完全体服役,相当于入住后再逐步添置配齐锅灶电器-女王、PANG方案等综电航母都是如此选择。
女王级服役前期少装一半燃气轮机

反之在舰载机起降系统设计方面采用了过多可靠性未知的新装备,同时也不为新装备试验失败换装成熟可靠旧装备留出改造余地的试验型航母,甚至有可能成为难以胜任基础训练任务的工程设计学反面教材:

尽管福特号服役初期在未使用综电系统时也不具备足够实战能力,但假设福特在无综电模式下能保证可靠性与基本战斗力,那么完全可以在漫长的实战部署过程中逐步完善其综电系统
采用螺旋开发理念的福特号航母服役初期并未安装综电系统,后期加装不成熟综电系统后反而因为综电系统对全舰电能综合能力不佳而问题百出,战力相比未使用综电系统时进一步下降
福特号最重大的技术冒进在于其采用了只有依靠电磁拦阻技术才能达到足够拦阻动量的非对称拦阻索,未考虑遇到技术障碍时换回液压拦阻的可能,如果福特继续采用对称拦阻索,则电弹缺陷也未必会导致福特号迟迟无法形成战斗力--未来航空引擎技术进步迟早能让福特的舰载机以最大隐身空战重量自行滑跑起飞

1143.4型巴库号堪称航母渐进发展模式的正面教材,尽管巴库号的设计者并未发明螺旋开发-渐进采办这一词汇,但却真正成功实践了该理念:

由于联盟红海军内部长期存在垂直降落航母与拦阻降落航母的冲突,作为垂直降落航母的巴库号设计伊始就被设计为可升级为拦阻降落式航母的结构,
因此能够被快速改造为超日王号。
截图来自啸鹰评戎。
一些观点甚至认为由巴库改造而来的超日王号因为设计更晚比1143.5型更成熟,所以航空作业能力强于库舰——这其实并不准确,库舰的航空作业能力不弱于排水量更大的珊瑚海号,也强于由巴库改造的超日王号,巴库才是更早设计的那一个。
库兹、超日王2舰的舰机适配性和设计水平接近,库舰使用海侧卫和超日王号使用海支点时的极限航空作业能力也相当相近,舰载机尺寸和吨位基本对应,采用米格29K的库、超2舰均未公开过循环模式下的极限航空作业能力,但可以肯定巴库/超日王号启用潜在阿拉斯加走廊也无法获得优势。
因为苏/俄航母的整体设计水平自冷战至今一直处于缓慢上升状态,巴库的舰体结构设计水平落后于停工后引入原1143.5方案/最终1143.6型设计的库舰,舰体曲面修型更科学,而进行改造时的飞行甲板规划水平却略强于库舰,所以两舰在舰机适配性接近的前提下航空作业能力差距不大——巴库改/超日王-海支点是中轻型舰体配中等尺寸舰载机、库舰-海侧卫是中重型舰体配大尺寸舰载机。
库舰本身也是由1143.4型的已开工舰体临时改建而成。

放慢建造速度、基于成熟型号舰体架构边测评边改进建造、小步快跑的发展模式有助于在时间尺度上维持航母建造能力,更有利于不断对航母技术性能进行渐进优化升级、持续排除设计缺陷、控制研发风险。

但在旧有成熟型号舰体潜力已经枯竭,缺陷严重到无法排除、无法通过技术升级让旧舰具备足以抗衡对方新舰的性能时,则需要放弃分批渐进升级计划,迅速完成已处于进行过程、无法取消或更改的建造任务,并立即叫停后续生产计划、及时止损:

大福下水后,USN果断停止测试重福将其提前投入实战部署,加快已处于进行中的福特级建造任务进度,并取消尚未开建的福特级后续舰订单,启动新一代航母项目。
重福东进与田忌赛马的区别在于:USN短期内只有1~2匹弱势上等马(福特号和新肯尼迪号)可用,却有10匹强势中等马(尼米兹级);PLAN则只有1匹强势上等马(大福),和两匹弱势下等马(辽山),PLAN和北大西洋反抗力量则都没有中等马(076尚未入坞,北大西洋地区甚至缺乏完善的陆基反航母体系)。
重福很可能早已具备适应北大西洋海域实战环境的能力,但USN此前一直希望将其部署到西太海域对抗想象中的“003型江苏舰”,
福建舰下水后,魅联海军已清醒认识到其绝非福特可以抗衡,最终选择让福特号东向转进到更安全的北大西洋。

空重相近的航母,占坞底地面面积、占坞底地面尺寸与水线长度和宽度正相关,与吃水深度负相关:

下水排水量相同的舰船,坞期内占坞底地面面积越大,参与支撑舰体的支撑墩数量越多,越有助于降低坞底单位面积承受压强;
下水排水量和坞期内占坞底面积两者均相同的舰船,坞期内占坞底尺寸越大,越有助于分散坞底所受压力;
航母建造过程有可能出现飞行甲板宽度大幅超过干船坞宽度的情况,这需要让航母舰体宽于干船坞的部分在整个坞期内始终高于干船坞顶部,故窄而深的干船坞适合建造水线全宽较窄但型深和下水吃水较深的航母,宽而浅的干船坞适合建造水线全宽较宽但型深和下水吃水较浅的航母。

采用增加舰体数量的设计有助于增加水线全宽,双舰体航母水线全宽会超过空重相近的单舰体航母,三舰体航母又会宽于双舰体航母,因此占地尺寸更大的双舰体或三舰体设计能放宽对干船坞地面承载能力的要求,进而降低干船坞修建难度。

双体和三体航母初稳性高于单体航母的特性还有助于减小压舱配重水注入量,进而减小下水吃水深度。

多体船结构受力性质有些类似高科技捆扎圆木排,强度天然弱于单体,需消耗更多重量补强结构,但即使在干空重略重于单体航母的情况下,多体/类多体航母也可能在更浅的船坞内安全下水——坞底承力弱的浅坞对建造国工程技术水平要求更低。

双体和多体航母的舰体外壳无需采用复杂曲面设计即可保证航速与稳定性,虽然依然需要高超的流体力学设计水平,但舰体钢板加工难度低于单舰体航母。

双体和多体航母因为舰底并非单一平面,支撑墩与船底之间的空间更充足,更方便船底施工人员与质检人员工作,有助于使用较矮支撑墩同时保证航母建造质量,矮墩也有助于降低坞深要求。

此外,三体船“舰体与空气接触面积与舰体体积的比值”大于单体船,对环控通风系统功率要求更低的特性,有助于降低动力系统研发制造装备难度。

但双体航母和三体航母占地尺寸大于单舰体航母,对坞宽要求更高,除航母以外很少有民用大型舰船使用双体或多体设计,也很少有舰船需要使用如此宽的船坞建造,故双体或三体航母开建前需要消耗时间与资源拓宽干船坞。

总之:

增加航母舰体数量确实可以降低工艺技术难度和单舰造价并保证建造质量,但需要投入大量资源进行干船坞工程建设同时改变造船工人的工作习惯,总成本很可能不降反升,适合加工水平和人员素质较低但设计水平、经费与原料更充沛的船厂建造。

单体大型舰船更符合造船工人的工作习惯,但大型单舰体航母对工艺和工程技术的要求更高,不适合降低单舰成本,传统苏式/华式大型航母舰体大部分外壳采用连续可变曲率设计,复杂曲面面积占比超过魅式和源于魅式的髪式航母,有助于兼顾航速、稳性与舰体强度,在单舰体大型船只中设计制造加工难度最高,只有由技术水平够高且资金充沛的船厂建造才能保证质量。

条件不充分时强行设计建造苏式舰体的例子,就是海试过程一路磕头的维克兰特号。

信度不但自行设计苏式舰体,还试图将苏式航母舰体与英式航母舰艉整合到一起,开创属于自己的南亚风格,可谓心比天高

由于联盟解散后的造舰工业人员技术流失严重,无力保证传统苏式单舰体航母的舰体建造质量,联盟第一继承国俄联邦已成为21世纪前期最热衷推出多舰体航母方案、及率先建成首个航母用超宽浅坞的大国。


数控卷板机的扩散将开启大型战舰的精密化建造时代,魅式航母源于埃塞克斯级钢材尽可能保持平直的设计理念也将越发不合时宜,毕竟现代超级航母根本没法像埃塞克斯级一样进行下饺子式的短期大批量赶工生产,即使未来航母能恢复短期大批量生产,平直钢板也不再会保有二战时的短工期优势。

6.现代航母建造史划时代的里程碑

WW2结束前航母设计建造史上有五大技术里程碑:

大阴帝国的赫尔墨斯号、魅汭歁联邦的列克星敦级、髪懒栖第三民国的贝亚恩号、魅联的约克城级和埃塞克斯级。

赫尔墨斯号最先应用承力式结构封闭机库和艉门;
列克星敦级最早装备重甲巨炮、电力推进、超大长细比舰岛、横向弹射器;

贝亚恩号最早装备外飘舷台舰岛、升降式甲板观察平台以及开合封盖升降机;
约克城级开创机库弹射器;
埃塞克斯级率先装备舷外升降机和斜角跑道;

现代航母建造史上则有五大划时代里程碑:

魅联CVA-58合众国号、魅联CVAN-65进取号、酥联1143系列、魅联CVN-76里根号、昌南003型。

合众国号最先在结构封闭承力机库上开出大型侧门、最先应用降落复飞模式和侧舷停机模式,不再和将停机区直接设在复飞动线上,拦阻失败的舰载机直接进入复飞流程不再撞击停机区,合众国号可称现代航母与二战航母的分野。

合众国号还是唯一一型使用轰炸机专用弹射器的现代航母,一半弹射器不能弹射战斗机

进取号作为技术试验舰,首装反应堆、舰岛巨型固定阵面相控阵雷达、燃气弹射器—虽然很快就被返工换为蒸弹,开创随时可将不成熟设备快速更换为成熟设备的试验舰战备化设计模式。

1143系列从1143.4~1143.7都声名不显,但在现代航母发展史上意义重大:

从直升机航母渐进发展为拦阻降落航母(1143.4)、实现了主要依赖飞行甲板弹梯转运弹药的物流体系(1143.5)、实践了建造过程中可快速调整战舰体量的模块化航母建造模式(1143.5)、偏置巨型舰岛设计(1143.5)、拥有极致抗风能力的复杂曲面舰体线型(1143.6)、短基座长上层舰岛设计和反应堆集中中置(1143.7)。

里根号开始采用全框架舰底结构,总纵强度不再依赖龙骨/中衍材。

大福舰则堪称现代航母乃至现代大型水面舰船技术发展的里程碑:

在大型水面舰船中首创重量分布极端不均匀的舰体架构(舯部超重装甲)、首型喷流式航母(首创喷流吹风设计,还可能试验性装备了磁流体推进器)区别于传统螺旋桨航母,可称为史上首型喷流式航母、同时在航母中率先装备多种类型一次原动力装置作为动力系统主机、率先使用消波肋条和压浪消波舷台设计
同时还将始于埃塞克斯级安提坦号的斜角跑道和弹射器布局优化到极致,堪称终极斜角甲板航母。


7、时势;兵势;地势;人势与航母设计

各国现代航母在每一个设计细节上的差异,都源于各不相同的设计理念,而任何理念都是时势、兵势、地势、人势共同成就的结果,四势有变则航母设计理念也必然随之改变。

一国新旧航母舰体结构、动力系统、物流系统、飞行甲板和调度模式的相似性,往往并非是源自对旧有军事理念或工业传统的继承,而是对相似的建造和使用要求的最优解。


1.技术进步会导致未来航母更像二战航母

二战至今的海战技术几经迭代,但由海上补给角度观察,现代海战与二战时代的海战只有一个根本变革:

大量小型航弹和小型炮弹,不再作为航母及其护航战舰、潜艇在海战中大量使用的弹药类型。冷战是少量大型制导武器主导海战的时代,而在告别冷战的未来战场,制导炮弹/炮射导弹和制导炸弹等小型制导武器的兴起必然导致身管武器的复兴,进而改变未来海战模式与未来战舰设计理念,新世纪的大战将更像二战作战模式的再现,而非冷战作战模式的延续。

较之高度去二战化的冷战-后冷战时代战舰,包括航母在内的未来战舰与二战战舰间的相似之处必然更多。

1-1.舰用大口径高炮没落简史:

以身管炮为主战武器的大型战舰被淘汰的主因,并非冷战早期反舰导弹的强势,而是冷战期间炮射防空武器的弱势。
主要战绩是打飞机的二战USN战列舰
二战航母让火炮战列舰不再具有战列之实,二战没有发生过主战线战斗,简称战列舰的主战线战斗舰在二战期间就已不复存在,二战的快速战列舰不过是徒有战列之名的重甲巨炮巡洋舰,实际作用是为航母护航,二战后航母夜战能力的提升和涡喷舰载机的兴起则彻底消除了火炮战舰对航母本身的威胁。

但直到冷战开始后,反舰导弹的普及才淘汰了使用无制导防空弹的防空炮舰,防空舰必须抛弃轻便的大口径防空炮弹,因为只有防空导弹才能在远距离对反舰导弹进行有效拦截,而冷战时代的军工技术水平并不支持将庞大沉重的制导防空武器压缩到可用大口径身管火炮发射的尺寸。

当然大舰巨炮在发射战术核炮弹时依然有可能具备较强的防空反导能力。

艾阿瓦级战列舰9门原子巨炮一次齐射能打出18万吨TNT当量,其MK.23炮弹理论上也能改为防空炮弹,假设冷战末期发展出配备相控阵雷达的核火炮防空战列舰,理论上就算冷战后发明的高超声速反舰导弹也未必确保能在主炮射界范围内突破406mm核炮弹的防空弹幕,但战列核火炮防空舰这一设想最终并未服役

对于二战期间就已装备火炮巡洋舰和火炮战列舰,并在二战后依然存在高烈度登陆战需求的海上强权中:火炮巡洋舰因为火炮无法发射过于笨重的冷战防空导弹,对空对海对地输出火力均不足而更早被淘汰。

艾阿瓦级这样生命力更顽强的重甲巨炮战列舰和得梅因这样炮击能力堪比战列舰的重巡,则凭借强悍的对岸轰击能力,作为理论上具备早已无用武之地的主战线战斗任务能力,但实际任务为支援登陆战的对地炮击舰继续服役,直至耗尽舰体寿命。没有也无力建造火炮战列舰的国家,则凑合使用轻型火炮巡洋舰充任登陆战支援舰,直至火炮巡洋舰寿命耗尽。


1-2.导弹舰、载机舰与载机导弹巡洋舰

冷战后期至21世纪20年代,航母护航舰艇最主要的弹药发射装置是导弹垂直发射竖井,垂发竖井是舰载制导武器大型化发展到极致的产物,结构轻便、工艺简单,且短期爆发输出能力、单发威力、舰艇适装性均远超同时期舰炮。

然若以海上后勤补给作业耗时而论,垂发竖井却是人类所能想象出的最差劲的舰载武器:在炮舰时代,无论是7万吨的战列舰、4万吨的战巡、都能在海上以可以接受的耗时轻松为其主副炮补足炮弹。

垂发导弹时代哪怕在海面上为不到2万吨的巡洋舰垂发竖井装填两发导弹,其难度都堪比在海面上为战列舰更换一门主炮炮管,两者的区别是:

战后提出的肯塔基级防空战列舰方案使用爱荷华/艾阿瓦级快速战列舰舰体,也仅配有16门高平两用203mm主炮

5万吨满排的艾荷华级战列舰仅有9门主炮、哪怕是7.2万吨满排的蒙大拿级战列舰也只有12门主炮,满排仅1.2万吨的提康德罗加级导弹巡洋舰则有128÷2个难度堪比换炮的补给任务,在远海为提康全部垂发装填导弹的难度约为在海上锚地为蒙大拿级更换全部主炮炮管的5倍。

图为奇尔沙治号起重船在港口为战列舰更换炮管。奇尔沙治号理论上也具备在远海锚地为战列舰更换炮管的能力,然而该能力和现代导弹舰的海上垂发装填能力一样从未实战过。

垂发导弹的海上装填效率甚至比不上回港装填,至于垂发竖井则彻底无法在海上更换。

现代导弹舰的垂发导弹在战场远离己方港口的战役中属于一次性用品,用一枚少一枚,而现代航母却能通过直升机随时吊运补给航空弹药。由垂发导弹舰护卫的航母编队无论攻击还是防御都必须尽可能使用舰载机火力以避免消耗垂发,航母在这样的海战补给模式下是唯一的主力舰,在舰队中居于绝对核心地位

现代航母的唯一主力舰地位并非来自于性价比或效费比、生存力或冗余度,而在于其延续了大型炮舰的火力持续性与海上补给友好性。

大型炮舰全舰上万吨炮弹殉爆威力超过航母全舰千余吨载弹,上万吨炮弹打击威力不如千余吨航空炸弹和航空导弹,但无论上万吨炮弹和千余吨航弹消耗到何种程度,都可以在不久后恢复到上万吨和千余吨,而100枚垂发导弹即使只消耗10枚,在海战结束前也不会恢复到100枚。

假设将巨盾安装在大型垂发导弹舰上,导弹耗尽之后巨盾也将不得不随战舰一起回港补给,而巨盾载机舰和巨盾炮舰在编队附近的海上补给区完成弹药载入后可快速返回编队。

相比大型垂发导弹舰,载机舰和未来的炮射导弹防空舰才是最适合搭载巨型固定相控阵雷达的战舰。

联盟红海军在巨盾战舰发展规划上做出的选择可谓人间清醒:在电子工业弱势情况下,没有盲目优先发展作用有限的神盾导弹舰,而是先发展巨盾导弹载机巡洋舰和巨盾导弹航母,再逐步推进小型战舰相控阵化。

从极致强化巨盾载机舰航空补给效率和盾面高度的角度考虑,中置舰岛才是最优解:

LHA(R)的巨大体量不利于两栖登陆作战的灵活性,但其中置舰岛布局却相当有助于增加舰岛相控阵雷达高度和直升机垂直航空补给效率,可能是人类军备发展史上最具海战化潜力的两栖攻击舰舰体架构

1-3.舰用身管炮复兴与未来水面载机舰

除夺取制海权外,对陆攻击也是海军舰队的重要任务,弹药消耗量更加巨大的对陆攻击任务只能以舰载机或大口径舰炮作为输出主力。

登陆支援/对陆攻击舰队要么以航母/两攻等飞行甲板巨大的载机舰为核心,要么以炮舰为核心,不可能既没巨板也没巨炮。所谓不具备海上装填能力的巨型竖井垂发导弹半潜武库舰,最合适的任务是凭借其优于核潜艇的信息接收处理能力作为战区小型补盲侦察卫星发射平台使用,极度不适合支援地面作战。

1986年以新泽西战列舰为核心的罗密欧战斗群:

炮射防空导弹/制导防空炮弹的优势是可凭借炮射获得远超竖井垂发导弹的高初速以减少加速所需燃料进而缩小弹体尺寸,便于重复装填。

炮射制导防空弹除制导组件小型化以外的主要技术障碍是制导炮弹/炮射导弹制导部件难以承受过大的加速度峰值。未来炮射导弹技术进步配合加速度峰值更低的电磁炮可解决传统化学能火炮加速度峰值过高的问题,届时身管炮将再次成为未来海战中水面战舰的重要防空武器。

155mm制导防空炮弹的进度显然比57mm炮射防空导弹更快,炮射防空导弹/制导防空炮弹/远程反舰炮弹的发展阶段早期技术水平需要较大口径才能保证防空效率,这也是北约76mm制导防空炮弹和57mm炮射防空导弹计划进展停滞的原因。

大口径火炮由于后坐力问题不适合小型战舰搭载,电磁炮和传统火炮不同之处在于其装备在航母和小型潜艇上也能兼顾射击稳定性、精度和射程威力,射程可以远超非火箭助飞的现代反舰鱼雷。

图为二战中失踪的苏尔库夫号潜水战巡,主武器为双联装203mm舰炮

电磁炮潜舰击中航母的概率远大于二战炮舰,可能成为未来潜艇/潜水重炮舰的重要反舰武器。

苏尔库夫号潜水重炮舰甚至配有舰载侦察机

因此未来航母需要和二战航母一样装备大量舰炮,甚至和列克星敦号一样安装大口径舰炮,用于防御空袭、还击敌方水面和潜水重炮舰的舰炮袭击。

未来航母舰炮和二战航母舰炮的首要区别可能在于舰炮炮管数量,传统火炮由于每一发炮弹的装药情况无法高度一致,导致开火产生的后坐力无法准确预测,因此为避免难以预测的开火扭力影响射击精度,炮轴不宜过度偏置,这就导致追求远距离高精度射击的火炮不能在一座炮塔上安装过多炮管。

二战前人类军事爱好者对未来主力舰的设想

而电磁炮开火产生的扭力可以精确预判,因此单座炮塔的门数相比座圈大小相同的二战火炮炮塔可以大幅增加,大小相当于三联装火炮炮塔的电磁炮炮塔可能搭载5门以上口径更大的电磁炮。

炮塔内布置双层炮管的设计也可能被未来水面电磁炮舰复活


炮管数量不同的异形炮塔有助于控制重心,也有可能成为未来水面电磁炮防空舰的主流设计

未来航母和水面炮舰的高平两用电磁炮炮管数量可能会大幅超过二战航母,尽可能接近现代导弹护卫舰的垂发竖井数量以兼顾短期爆发火力。

与右上角的肯塔基级4×4主炮防空战列舰相比,位于此图左侧和右下的隐身战列舰军迷设想方案显然不太靠谱——类似朱姆沃尔特级的双前置主炮必然导致主炮对空射界恶劣。

下图中的电磁防空炮舰炮塔布置方案相对专业合理:

左为军迷设想的巨盾船坞战列防空舰,基于071船坞登陆舰舰体;右为USN大型隐身巡洋舰方案,两舰主炮靠近艏艉布置,布局更接近二战防空炮舰,有助于保证主炮对空射界。但二舰炮塔布局的合理性依然不如战后提出的肯塔基级防空战列舰方案

肯塔基级防空战列舰的16门高平两用炮应作为未来非潜水水面防空炮舰的主炮数量下限。

二战航母较高的型宽干舷比,两舷安装大量重型防空炮使其无法使用大外飘甲板,机库密集排列热机冷机也不存在使用大外飘的必要性,但未来航母的型宽干舷比更低,舰体稳性更强,可以缓解这一问题。

类似航空战列舰的大载机量炮舰概念也可能得以复兴正名:

对于二战前后的西方航空工业强国,舰载机其实是一种较为廉价的消耗品,航空战列舰的防空能力强于普通战列舰,而且炮战过程中也无需过度顾虑机库内部或飞行甲板上舰载机损失。

对于二战时期的航空强国而言,航空战列舰其实很适合海盗和反海盗任务,其未能付诸实践仅仅是因为海军条约限制。

至于IJN,蝗锅孱弱的舰载机产能并不适合建造航空战列舰,伊势级也不过是废物利用而已-历史已证明松田千秋等巨舰大炮党才是正确的,既然飞机产量上不去,就不应该指望航空制胜

假设欧美航空强国建造并服役了航空战列舰,并且在WW2中幸存下来,战后用于两栖登陆支援任务也很有优势。

大阴在防务展上推出的现代航空战舰方案。
但小体量航空战舰并不能充分发挥飞行甲板-身管炮-导弹三者结合的优势,装备价值有限。
苏联载机巡洋舰虽然结合了火炮-导弹-飞行甲板,体量也足够大,但由于舰岛侧置,结构上更偏向正常航母,不利于提升舰岛相控阵雷达盾面高度和飞行甲板面积,因此比较具有装备价值的未来重型航空战列舰/重型航空导弹炮舰的合理外观,可能类似魅联四等MC曾经提出的LHA(R)两栖攻击舰方案:
以LHA(R)为基础的航空炮舰可在舰体中轴线上布置电磁炮,压低飞行甲板干舷并且提高舰岛相控阵雷达高度。未来海战很难和二战一样出现两舷受敌的情况,因此以LHA(R)方案为蓝本的航空炮舰主炮开火时飞行甲板始终有一侧允许进行航空作业,炮塔位于飞行甲板中部也更方便进行弹药补给

未来装备大量无乘员舰载机和大面积飞行甲板的航空炮舰有可能与装备跨介质舰载机和坞舱的船坞潜水航母合二为一,成为潜水重炮坞舱航空舰。

军迷设想的071电磁炮船坞神盾舰方案,主要问题在于其主炮仰角居然无法超过90度,狭窄对空射界与巨型相控阵雷达的搭配显得过于浪费

电磁炮也和传统火炮一样会面临身管散热问题,频繁开火后可能需要更换炮管,而未来航母/重炮航空舰搭载电磁炮相对其它水面或潜水炮舰的优势在于:

凭借航空补给与宽阔的甲板作业空间,重炮航空舰和重炮航母无论弹药补给还是炮管更换都更为便捷,火力持续性更强。

这才是电磁炮水面舰应该具备的主炮射界
未来舰载机航空引擎喷流温度将进一步降低、同时喷流含氧量进一步上升,有可能允许恢复二战螺旋桨舰载机的首尾接龙密集排列热车放飞模式——近未来的低速无人机其实已经可以做到,这种热车放飞模式下飞行甲板边缘热车区长度将变得不再重要,因此位于舰岛前后的高平两用炮炮塔数量可以从二战航母的4座增加到6~8座,炮塔采用5联装乃至类似砰砰炮的8联装设计,舰岛前后的大口径舰炮门数由8门增至30门以上,远超二战航母乃至体量近似的二战炮舰;
图为二战大英王室海军8联装砰砰炮彩绘,未来电磁防空炮由身管过热问题很可能比火炮更严重,需要增加炮管数量,故外观有可能类似一种体积放大数十倍的砰砰炮
外飘结构分散内置燃气涡轮发电机与综合全电力推进系统的结合,或将导致二战航母被淘汰的两舷排烟道重新成为主流;
未来航母飞行甲板宽度的拓展则会导致斜角甲板的空间利用效率优势不复存在,无乘员驾驶舰载机高海况起降要求则必然导致贯通跑道设计的复兴;
自动化减少舰员数量则允许未来航母恢复舰艏进气门设计;
小型无人战斗机则允许恢复机库弹射起飞和机库顶部吊挂;
以升降机作为着舰缓冲设备要求在撞击点上设置升降机;
高海况升降作业要求恢复舷内机梯,而保持机库甲板完整性则要求采用贝亚恩式开合封盖机梯;
能量武器射界宽阔度则要求采用中央高耸而前后狭长的舰岛和超高桅杆;

因此未来航母的主流形态,大概率是:

列克星敦的高大舰岛和大口径舰炮+约克城的艏门进气和机库弹射+游骑兵的撞击点舷内飞机升降机和大量两舷烟道+埃塞克斯的前后低中央高狭长上层建筑+中途岛的高桅杆和和密集度堪比风帆战列舰的舷炮阵列+贝亚恩的开合盖板+二战航母共有的贯通跑道设计,煣合6型二战航母的全部反现代特征,比任何二战航母都更像二战航母。
除都有平面甲板、电磁弹射和拦阻系统以外与当代魅联福特级几乎毫无共同点,足以颠覆冷战后人类大众对航母的普遍认知。

这样的航母堪称旧时代航空战列舰式的四不像战舰,在信息化分布式攻击作战模式中,四不像战舰就是最好的战舰。


2.军事形势与航母设计

2-1.防御战术与攻击战术导向的航母设计:

海上防御要求倚重少数集中了大量战争资源,极难遭到瘫痪和摧毁的大型战舰作为防线核心节点展开作战,因为生存能力不佳的中小型战舰极易在遭到集中火力打击后丧失战斗力,每损失一条都会明显削弱整个体系的防御力。

且海上防御作战的长期全天候属性,要求战舰必须极端重视海况适应性、持续作战能力和抗打击抗战损能力,三者均与战舰体量呈正相关。

分布式攻击理念则反过来要求投入大量小型战舰,展开阵型从多个方向发动攻击,即使损失一艘也不会令己方攻势遭到大幅削弱。参与攻击的战舰数量越多,越能通过灵活分兵让防御方疲于应对。由于攻击发起方往往可主动选择攻击时机,更容易形成局部兵力优势,故设计侧重攻击的战舰时可适当放宽对海况适应性、持续作战能力、抗打击抗战损能力的要求。

对于海防需求较强的大国,则不宜机械照搬分布式杀伤理论,在航母和其它战舰的设计上全盘倾向小型化。

平均浪高无法作为海防航母的航行性能设计依据,海防航母需要适应其所防御地区的极端海况,此图中平均海况等级较低的低纬度海域往往是极端海况等级较高的海域。

大阴曾经热衷于发展CVA-01和CVF这样弱化海况适应性的纯攻势航母,但当自身需要承担更多北大西洋防务后依然建造了海况适应性强悍的女王级:

虽然航母的体量因舰机适配性和海况适应性指标不可无限制缩小,但总体而论:侧重攻击的未来航母比侧重防御的未来航母更容易中小型化。

在航母战力达到均衡乃至获得优势时,新建中小型航母可以改用更侧重攻击的设计。

对于需要面对老牌海上强权优势兵力围攻的新兴海军,需要尽可能增大新建航母体量,同时在航母战力尚未达到均势前无论中小型航母还是大型航母都需要采用侧重防御的设计

——例如曾经的联盟红海军1143.6型航母虽然体量不如同时代魅联超级航母,但却是围绕防御作战设计的中重型航母。

防御型航母倾向于配备高耸入云的巨大舰岛用于安装大型相控阵雷达,而非能够增加飞行甲板面积的小型舰岛

将1143系列设计的设计精髓进一步发扬光大的震旦航母17舰同样是重视防御的巨盾航母、18舰甚至将海防战能力优化到了超越体量更大的魅联超级航母的程度。

2-2.海防战略与干涉战略导向的航母设计:

航母在某些宣传中会被称为一种用于远洋干涉、需要遵循攻击至上理念设计的兵器。
然而即使对于以攻击行动为主的侵国战争,入侵方的航母依然可能需要执行防御性任务。
对于重心靠近海岸线且面临严重海上威胁的国家,航母的国土防御属性重于远洋干涉属性,但卫国战争中同样需要需要航母执行攻击性任务。


高烈度海防战任务比较依赖防御战术导向型航母,但干涉舰和海防舰最主要的区别不在于战术层面倾向攻击还是倾向防御,而在于行军距离与航行环境。

需要远距离行军的干涉型航母设计上会更侧重自持力与远距离战略机动性,能够持续高速航渡进入战区,航渡过程中减少对补给的依赖,战况不利时能凭借充足的燃料和高航速迅速撤离保存实力。
海防航母需要作为防空堡垒使用,保护其建造使用国的重要领土和不在领土范围内的重要国际海域或他国领土海域,可依靠其保护的领土获得补给,这样的任务环境对舰载机持续出动回收效率较高,对续航力和自持力要求则可适度放宽,但海防任务性质会限制航母机动空间,不得不面对深度和面积不足、暗礁水雷潜艇遍布的海域,故海防航母对水域适应性、操纵灵活性、抗打击抗战损能力的要求会超过持续高速机动性要求。
任尔大鲸与卡尔,且看中华驱狼虫——总装贺诗中,对潜在敌国隐蔽性最强的大鲸级潜艇和出动回收效率最高的卡尔文森号高峰97出动率不屑一顾,暗指新超航具备强悍的搜潜猎潜能力和远超高峰97演习的单位时间架次生成能力上限,而单位时间持续出动回收能力上限对以循环模式为主的舰队防空作战意义重大。

海防航母需要强化搜潜猎潜能力,并控制作战状态舰体吃水深度,因为浅水可以压制侵略方大型核潜艇活动范围,使其难以高效发挥战斗力。

航母在必要时避入近岸浅水区活动有助于获得己方小型常规动力或小型常核联合动力潜艇掩护。

浅水对反潜鱼雷和深水炸弹攻击深度的要求也更低。

同时在浅水中沉没的战舰也更容易打捞:

沉了,但没全沉

假设航母作战吃水深度为9米以下,则15米水深即可保证航行安全,大部分现代航母的舰体厚度超过25米,干舷高度超过16米,在15米浅水区沉没后海水甚至无法在舰体未侧覆情况下淹没飞行甲板,侧倾状态下部分飞行甲板依然可以露出水面。

海防航母不追求高航速,但为了极限损管需要无限制追求电力系统输出功率———在此基础上加装综电推进系统后会因充沛的电力自然而然获得高航速。

体量接近的两种航母重量分配差异主要体现在动力系统、防护结构、燃料、弹药四个方面,海防航母可以适度牺牲自持力,削减燃料和弹药搭载量,将更多重量分配给动力系统与防护结构,干涉航母相对相同体量的海防航母需要携带更多燃油和弹药,这会削弱其抗打击能力。
无论是攻击航母、防御航母、海防航母还是干涉航母都可能向攻坚型发展,攻坚航母在海防和干涉作战中都需要对能威胁到己方领土和防御/干涉部队并具备较强防御反击能力的敌占岛基/陆基火力进行压制,在敌方火力威胁下掩护己方部队登陆。
作为领空堡垒力量的航母与对陆攻坚力量的航母的共同点都是高防御、高冗余和高生存性,极致的攻坚/筑垒航母设计应当不增加一吨会削弱生存能力的重量,没有一吨重量只能强化输出而无助于强化生存,绝不为对地对海攻击时的输出效率削弱区域防御能力和生存能力。
福舰没有一吨排水量只为强化对地火力输出而添加,采用歼击机风格的迎风进气道口,堪称超航中的F-15
与堡垒/攻坚航母思路对立的则是游击侵袭型航母,这类航母更需要重视隐蔽性、快速性,例如CVX-3C方案。


2-3.镇压体系和全战体系导向的航母设计:

海洋霸权用于镇压全球,维持旧秩序的航母需要威慑力和性价比,威慑力要求航母不仅仅在实力上足够强大,在表面也就是所谓外观即视感上也必须具备足够的心理冲击力,甚至需要让航母在观感上比实际更强更大,便于开展宣传工作巩固霸权。性价比要求航母以较低的军费开支,获得足够的政治效益和作战效率。
被海洋霸权或其它海上强权视为敌国或假想敌的海上强权用于应对全面战争,立足打赢高烈度舰队战设计的航母需要优先保证实际战斗力,不需要超越自身战力的威慑力和存在感,甚至需要降低存在感,便于隐藏自身优势和缺陷。
其次则需要讲究临战和战时状态下的效费比,效费比不要求严格控制控制军费开支,但要求尽可能减少工时,降低人员训练难度,压缩从开建到形成战力最短耗时。尽可能提高航母彻底战损前产生的战争价值。

2-4.立国基础导向的航母设计:

偏好依靠传媒外交文化立国的国家在高超声速反舰时代依然会更倾向强核动力航母或者核动力占比较高的联合动力航母,如魅法俄三国;



更倚重武装和经济生产建设立国的国家、或者传媒外交文化方面缺乏优势的国家会更倾向常规动力或者核动力占比较低的常核联合动力,如共和国和联合王国。


2-5.战备型试验舰与经济型试验舰:

大型航母是最适合用于试验各种不成熟技术装备的武器平台。

在态势宽松,战备压力较低时,试验舰尽可能增加新技术部分占比,尽可能暴露问题更有助于完善改进新技术。将大部分新技术集中在一艘航母上试验完成理论上也更有助于节省军费开支,但存在试验阶段战力跌破底线的风险,例如CVN-78。

经济型试验舰在达到预期性能之前都无需承担战备任务:CVN-78服役后一直希望通过长期测试优化其性能,使其能够适应西太战场,故即使已经具备了有限的打击能力,却迟迟不进行实战部署。

18舰下水后USN终于意识到福特级未来已经不可能具备在西太海域高效完成预设实战任务的能力。
所谓媲美福特级是指:母舰自身海战性能胜于福特级,未来舰机磨合后的海战实力碾压福特级,但对地攻击能力弱于福特
于是USN果断选择放弃让福特号转向西太的原计划,命令其直接转进到北大西洋进行实战部署。
尼米兹级的优势在于其足够老旧,即使被福舰击毁数艘也不会对联邦超航的声望造成毁灭性打击,新锐的福特级却必须维护魅联超航的无敌幻象,只能不惜一切代价避免出现战斗损伤

在态势紧张,战备压力较高的历史时期投入使用的试验舰需配备部分成熟技术用于保证战力下限,新技术部分也需要在基础结构上为换回成熟旧技术留出冗余。

旧进取号有意识采用后置偏中的舰岛布局,让舰岛靠近反应堆舱中段,便于将反应堆替换为锅炉后减少锅炉排烟路径
例如冷战高峰期设计的旧进取号航母虽然采用核动力和燃气弹射器,却为换回燃油锅炉和蒸汽弹射器留出余地,必要时可在同级后续舰建造过程中用燃油锅炉1:1替换反应堆,燃弹也可以快速改为蒸弹,进取号下水时安装的燃弹最终回坞拆卸返工改为蒸弹,但反应堆却得以服役。

2-6.水下战场态势和大气干涉对航母设计的影响:

水下优势方可以放宽航母的水下防护要求从而拓展下层舱室可用空间和配重,用于安装更多动力装置/弹药/燃油/武备。
例如1143.6型满排仅六万吨,全舰载油量与满排超8万吨的小鹰级相差不大,其汽轮发电机组规模也足够庞大,损管状态时能够将全舰锅炉蒸汽全部转换为电能,而魅联超航却未必能做到这一点(魅航需储备海量蒸汽用于弹射,但损管状态无需/无法弹射,此时母舰大概率已因底舱严重进水而停止机动航行和起降)
水面以上优势方可以放宽航母水上防护指标,削减飞行甲板和机库甲板、机库侧壁装甲,从而提高飞行甲板干舷或拓展飞行甲板和机库容量、乃至增高/增重/放大舰岛。

高等级海况环境会大幅削弱水上优势方海军的战力,放大优势水下力量左右战局的能力。

在21世纪10年代末期逐渐完善的大气干涉技术可通过将热带气旋催化为台风从而人工制造高海况。
气象武器适合水上劣势方用于削弱水上优势方航母及其护航舰艇的航空作业能力和雷达/声呐对海探测精度,即主动防御能力,但同时也会强化双方潜艇和潜航器的突防能力。
气象武器打击范围巨大且难以精确控制,有可能同时威胁敌友双方舰队,因此作为气象武器使用方和目标方的航母都需要提高水下防护损管指标,并重点强化高海况起降性能,无论其所属武装力量是否具备水下优势。
昌南海军不仅仅需要面对气象武器打击,在近未来相对其主要假想敌未必能获得全面水上优势,也未必能够获得水下均势,需要极端强化高海况起降性能和水下防护性能,故其首型超航满载排水量超过同源于瓦良格号的1143.7型5000~1W吨,但飞行甲板面积增幅不大,型宽大幅增长的同时动力舱宽度却基本保持不变。

2-7.现代航母的战役/战术性-战略航母的发展可能性及意义推想:

在21世纪20年代以前,所有现代航母都只具备战役/战术打击能力,而不具备战略打击能力,因为现代航母都无法在其主要假想敌岸基战斗机作战半径外起降远程轰炸机完成现代战略轰炸机的主要职能——击穿敌防空系统、以精确制导武器对其纵深目标进行战略轰炸。

但人类航母建造史上却曾经有过战略航母的存在:

现代航母与二战航母的主要区别是:现代航母采用高速钩索-拦阻失败后加速离舰复飞-复飞失败后坠海的标准着舰模式,而二战航母采用低速钩索-拦阻失败后减速撞网拦停-拦停失败后撞击跑道末端停机区的标准着舰模式。
首艘设计伊始就取消跑道末端停机区,采用钩索失败后复飞着舰模式的CVA-58合众国号是第一艘现代航母,也是20世纪航母发展史上唯一一型战略攻击型航母。
其凭借长度接近300米的降落复飞通道,能够搭载P2V-3C和ADR-42这样起降状态翼展逾30米、非挂弹状态内油航程1.8万km的舰载远程轰炸机携带近5吨核弹对3000km外的纵深目标进行战略打击。
然而合众国号最终由于瓦绅屯官僚的愚蠢中道崩殂。合众国号的后继者福莱斯特级则因为国会斤斤计较的排水量限制,被设计为难以运作大型舰载轰炸机的“伪条约战舰”。

福莱斯特级最终定稿设计干脆直接改用长度不足以支持远程轰炸机复飞的斜角跑道设计,彻底放弃了发展舰载战略轰炸机的可能,专心执行近距离密集出动的对地战术攻击任务。

即使不久之后魅联海军得以建造体量接近乃至超越合众国号的超级航母,但此时的魅联从国会到海军已经习惯了适合短距离频繁出动任务的斜角甲板航母和中小型舰载机,战略核潜艇的出现也让战略航母不再具有必要性。

空中勇士和义警作为末代舰载核轰炸机一直服役到1965年前后。装备北极星弹道导弹的瓦绅屯级战略核潜艇成熟后海军战略航空兵消亡,这些末代核轰被改装成空中加油机和电子对抗飞机。

CVA-58被取消以及之后CVA-59以战术倾斜设计取代战略贯通设计,还给魅联海军造成了大量意外伤亡:

贯通跑道战略航母中道崩殂,但适配贯通跑道的弯刀舰载机已经进入生产阶段,服役后不得不在更考验舰载机着舰性能的斜角跑道航母上起降,错误的服役场地导致弯刀的事故伤亡率居高不下,被迫匆匆退役。

一些观点认为,作为战略核轰炸航母的合众国级,因为燃油弹药储量和战斗机弹射器数量不足必然难以适应常规战争,舰载轰炸机在冷战前期的现代防空体系面前也缺乏生存能力,纯属浪费军费开支,8艘合众国号未能服役实属USN的幸运。

但以上观点并未考虑到魅联海军对大型舰载机的持久需要,之后40年的历史发展证明:航母全部斜角化、战术化导致了更严重的浪费,耗资巨大的F-111B和A-12项目为适应斜角跑道着舰撞击冲量导致超重,又因为超重致使推重比→短距复飞性能下降,难以适应复飞区长度不足的斜角跑道而遭到放弃。

海土豚的弹舱尺寸足以收纳多枚反潜鱼雷,假设海土豚成功服役,完全可能成为魅联海军首型超声速长航时反潜巡逻机,而现实中的USN直到F-35服役后才具备超声速反潜能力

假设魅联海军依然装备部分贯通跑道超级航母,无论是舰载重型轰炸机、战斗轰炸机、攻击机、战斗机、巡逻机、预警机、干扰机、反潜机、截击机、侦察机、加油机、运输机、搜救机,其研发难度和使用成本都将大幅下降,魅联海军将获得比历史上更强大的远程投射和全天候作战能力,无论在冷战和后冷战时代对世界局势都将具备更强的掌控能力。

对于采用300米贯通跑道设计的战略航母,以魅联20世纪70年代技术水平完全足以为其配备翼展不超过30米、携带五吨载荷时打击半径不低于4000km的舰载远程轰炸机
——合众国计划搭载的P2V-3C,作为巡逻机出身的轰炸机,其配备的螺旋桨活塞引擎的优势在于航时巡航与低速起降,航程巡航能力弱于现代涡喷引擎和涡扇引擎,然而P2V-3C依然具备1.8万km的最大内油航程。(图95陆基战略轰炸机轻载航程也不过1.7万km),时隔30年之后全新设计的涡喷/涡扇引擎舰载轰炸机航程只会更强。
图中舰载机可能为缺乏资料的ADR-42,采用后掠翼或VG翼设计,外形类似B-1B枪骑兵战略轰炸机的缩小版

虽然舰载轰炸机很难兼顾远航程和大载弹量,投放常规航弹时似乎难以起到战略轰炸的效果,但新时代战略轰炸未必需要大载弹量,只要在正确的时间地点使用正确的轰炸策略,百公斤当量的破坏力完全可能不弱于十万吨当量。

魅联AF在冷战结束后曾经构思过一种“秩序解构战略轰炸”的理念,计划用于在全面战争中以最小代价肢解曾经击败联邦军队,依然拥有辽阔领土、健全军工体系和庞大战争潜力,但核实力较弱、存在不稳定因素、且民众较为爱好和平,战争意志在进入市场经济初期阶段后有所削弱的大国,彻底奠定魅联一极独尊的全球秩序,该构想堪称一种逆向治安战模式:

战略轰炸机不再用于直接突击敌方反隐身防空网严密保护下的军事要地或工业腹地,而是攻击数量众多、难以保护,但却对战时秩序至关重要的边防哨岗、边疆省份兵营、警务人员驻地,乃至以燃烧弹攻击农田,从而破坏战时秩序、刺激犯罪活动、制造大面积动乱进而打乱敌方作战部署和战时军工体系正常运转,理论上无需过大投弹当量即可牵制大量战争资源,且目标国难以对该轰炸模式进行高效防御。
为测试反治安战略轰炸可行性,魅联AF决定在南联盟内战中以死灵战略隐轰投放制导炸弹精确误击目标国使节驻地的形式进行战前预演,以评估轰炸对目标国民众行为和社会秩序的影响
评估完成后魅联军方认为该理念有较高可行性,兰德公司由此在世纪之交拟订了CIA、AF、NAVY、ARMY、MC五军齐上,以优势海空力量南北对进肢解目标国的战争计划报告:
在计划中sl隐轰将潜越昆仑山脉支援沙漠sl信侍组织进行反人类行动。但同年九月另一批沙漠sl信侍对纽约进行了反治安空袭——这两种空袭的区别仅在于空袭前宣战和空袭后宣布。
魅军最终不得不放弃反治安战略空袭计划,将军力向治安战方向倾斜,致使肢解计划未能付诸实验,22年后早已不合时宜的南北夹击构想还被目标国媒体从故纸堆中刨出狠嘲了一番。
治安战和逆向治安战是战争的永恒,是战争最基础的形式,人类历史上的大国往往起源于治安战,终结于治安战,任何成熟的大国都需要认识治安战、了解逆向治安战,研究局部战争和全面战争中的治安战和逆向治安战对抗模式,永远不不应当只注重国家军队之间的高烈度正规对抗。
南北夹击计划在21世纪20年代固然已成笑柄,但20余年前未能实施的逆治安战略轰炸对于任何领土辽阔、边疆地区人口成分复杂、内部人口流动量巨大的现代大国都依然极具威胁性。
魅联AF将新一代战略隐轰B-21命名为突袭者的举动,也显示了对于秩序解构战略轰炸理念的推崇。
二战中杜立特突袭东京的行动投弹当量很小,但却打乱了蝗国海军的战略部署,直接引发了中途岛战役,间接让联合舰队成为了史上最短命的“世界第一强者”
相比二战大国,针对性的秩序解构战略轰炸大概率能对社会运作结构更加复杂精密的现代大国造成更大的麻烦。

对于不打算率先发起反治安战略空袭的大国,依然有必要具备以相同方式对等还击反治安战略空袭的能力,相比B21这样的陆基轰炸机,战略航母搭载的舰载远程攻击轰炸机执行反治安战略空袭任务时灵活性和隐蔽性都更强。

冷战后人类的舰船工业技术水平已经有可能支持建造满排15万吨、空排不超过7.5万吨的单舰体贯通跑道战略航母,允许使用全宽超100米、全长超350米的飞行甲板,足以支持降落复飞状态翼展达到30米,最大起飞重量达50吨的舰载远程轰炸机。

若21世纪30年代初期建造的战略航母采用三舰体设计,则仅需9-10万吨即有可能获得与15万吨级单舰体战略航母尺寸相同的飞行甲板。
国内军事爱好者构想的战略运维航母
15万吨的三舰体战略航母则有可能装备全长450米的贯通式降落复飞跑道。
苏57原型机这类为撞击式着陆大幅增加结构重量,上舰无需大幅增重的陆基战机,理论上都能在跑道长450米的30万吨战略航母上无拦阻着舰和滑跑起飞:
苏57空中开伞-撞击着陆模式的滑行制动距离不超过350米

未来航空引擎技术进步将导致舰载机逐步回归二战舰载机主要依靠滑跑/滑跃起飞的出动模式,合众国式战略航母的超长贯通跑道也有助于加快机群放飞速度。

福特级舰体理论上可以无障碍改用合众国式轴线贯通跑道飞行甲板布局

对于任何海权强国,在岸基反舰火力逐步延伸的21世纪建造任务半径更远的超重型舰载机都相当有必要,能起降超重型舰载机的贯通跑道战略航母作为支持远洋行动的移动基地大有可为。

USN现代战略航母构想

现代超级航母发展史绕上一圈后,依然需要重返作为现代航母鼻祖的CVA-58合众国号思路。


3.地理环境与航母设计

3-1.地缘政治、国内经济与航母性质

二战后存在两种不同性质的现代航母:
浮动打击基地和机动攻防力量。

前者往往由暂时无需也无力参与高烈度海权争夺的国家设计和装备,用于对海上力量处于弱势的武装进行打击,设计这类航母的国家对高速灵活机动性不会提出过高要求,也无需过度追求生存能力。
浮动打击型航母仅需要作为能长期在海上漂浮、保证自身不受陆地威胁、同时对靠近海岸的地面目标进行近距离密集轰炸或深入内陆进行远程打击的舰载机移动起降平台,故能够长期容忍动力不足。
后者则由面临重大地缘威胁或挑战,需要进行高烈度海空作战的国家设计和装备,用于打击陆基或海基反舰力量强大的武装,航母需要足够强悍的长途战略机动性或短途战役战术机动性以保证自身生存能力。

例如实际服役,采用平行直通滑跃跑道和双螺旋桨推进的伊丽莎白女王级就是为在低烈度战争环境中对地面高强度密集轰炸而设计的航母,海空两军最初仅计划采购138架F-35B——这个数字不是乱选的,刚好就是两艘女王级在实战状态下的最大载机量。

女王级左舷大量停机时可以循环作业,但此时F-35B无法实施多机齐降,因为多机同降需要多机从左舷上空同时向右侧滑,引擎喷流和升力风扇滑流会扫过左舷停机区,只能在起飞跑道上倾斜下滑半垂直降落或单机垂直降落。图上为单机全甲板模式左舷密集停机,右下为双机齐降喷流扫射水面,左下为加力垂直起降

即使联合王国本土空军基地全部陷落,王室海空军的全部隐身战机也能转移到海上继续作战,由于目前三岛及海外势力范围的纵深较为狭窄,F-35B航程较短的问题不会严重妨碍其轰炸占据王国本土的内外敌对势力。

髪懒栖及其前非洲殖民地势力范围纵深远超大阴本土及其海外势力范围,较之大阴更加缺乏安全高效可靠的海外补给基地,航母需要更强的自持力,装备作战半径更远的舰载机。

无论夏尔戴高乐号和PANG方案都选择以核反应堆作为动力系统主机,使用传统的弹起拦降模式,有助于深入内陆作战。

戴高乐号选择使用高速性不佳的双轴螺旋桨推进,而体量接近福莱斯特级的PANG方案也仅采用三轴螺旋桨推进,航速远不如体量接近戴高乐号,但使用4轴推进的二战埃塞克斯级航母。

作为曾经的大英皇冠所系之地和当下的前殖民地,信度并无传统势力范围和海外基地,其海军作战对象仅限于靠近本土的陆上邻国和环印度洋地区。因此无论作为“巴库完整化”的超日王号、还是全新拼凑的维克兰特号,均不考虑运作预警机--其面对两类主要作战对象时或能得到陆基预警机支援,或无需使用预警机
魅苏华航母则更符合航母作为机动攻防力量的发明初衷,三国航母都对机动性有较强要求,区别仅在于机动性优化侧重方向不同,即使是用于领土防御的海防航母也只能在短期内容忍动力不足的状况。


俄联邦作为北极国家未来可能具备的北冰洋海权国身份还需要其航母具备破冰能力:
暴风雨航母采用了别具一格的破冰型舰艏。

3-2.多体航母相对单体航母难以抹平的优势与劣势

增加舰体数量作为一种优势和劣势同样明显的航母设计思路,未来能得到何种程度应用,很大程度取决于航母使用国的纬度位置。

之前提到舰体数量更多的航母对工艺和工人素质、船坞港口码头泊位航道深度要求更低,但需为其拓宽干船坞。
在普通高海况环境中,双体航母和三体航母更优秀的初稳性能获得比相同排水量单舰体航母更强的起降安全性,航速更快也有助于快速进出战区、躲避鱼雷攻击及规避侦察。但在极端高海况环境中,舰体数量更多的航母更容易因海浪、战损及两者的叠加因素而解体。
正常海船的总横强度通常是绝对够用的,任何风浪下几乎都不可能发生纵向断裂的情况,而双舰体和三舰体航母完全可能出现因总横强度不足在极端高海况中发生纵向断裂的情况,必须消耗大量储备浮力用于强化横向承力结构,抗沉性会弱于单舰体航母。
受限于舰体纵深和推进要求,双舰体和三舰体航母很难和单舰体一样在两侧布置大厚度防雷层。
因此双体和三体航母两侧舰体更容易因雷击快速进水,两侧舰体中雷后进水速度会更快,在两侧舰体发生进水更容易倾覆,不利于损伤管制,三体由于中舰体的存在,损管难度要低于双体,但高烈度海战中生存力依然很难和单体航母相比。
当航母重量相同时,舰体数量越多固然在扩大飞行甲板面积上越有优势,但同时舰内可用空间特别是下层舱室可用空间也会越狭窄——舰体更多的航母飞行甲板和机库载机量上限都会超过舰体更少的航母,但用于支持舰载机的舰员、航空燃油、弹药数量反而可能少于舰体数量较少的航母,这不利于在补给不足的战场环境中长期作战,需要为其提供更多更强的补给舰船和补给基地。
魅、法、华、印等低纬度领土/利益范围广阔的台风/飓风区大国对增加舰体数量的设计兴趣缺缺

多舰体难以适应高烈度海战和极端恶劣海况,因此增加舰体数量的航母设计思路对于核心利益或本土安全极度依赖海洋、航母舰队重要活动区域位于热带台风区/飓风区、不缺乏深水良港的3类大国均不具备吸引力。

图为英军三体航母方案,当代海军技术强国中最热衷于构思和宣传三体航母方案的是英俄两国,因为他们都属于高纬度大国,其领海都具备日常海况等级高但极端海况较为罕见的共同点

3-3.航母的热带适应性优化

航母进入低纬度热带海域后,海面附近的空气温度上升和密度/气压降低会导致舰载机引擎推力下降-舰载机加速性能减弱,最终致使起飞复飞离舰重量和离舰速度下降,导致热带海域的航空作业安全性往往会低于处于相同海况等级下的高纬度海域。
因此部署于热带海区的舰载机需要采用更高的拦阻着舰速度、航母需要更长的起飞复飞通道、配备更强的弹射和拦阻系统才能保证离舰安全。
高温环境也会影响航母舰体及舰电设备散热效率,因此热带适应型航母还需要配备更大面积的气冷换热格栅和冷却循环水墙以保证舰体和设备的散热效率。
例如相对预设战场为高纬度寒冷海域、服役也部署在高纬度地区的瓦良格/辽宁,常年部署在热带海域的山东舰为强化热带适应性刻意延长了起飞复飞通道,同时山舰舰岛烟道气冷换热格栅面积和相控阵雷达冷却循环水墙高度也超过其前型舰。

4.工业状况与航母设计

兵势与地势只能决定航母的理想设计,但实际建造的航母常因种种元素被迫妥协,无法彻底契合理想设计。

航母设计过程中的妥协关系主要取决于人势——即建造国和使用国的工业状况差异,而且往往是强势工业向弱势工业妥协、强势工业为弱势工业服务。

除发动机/发电机研发制造领域、燃料加工贮存领域以外,人类各航母建造国工业状况的差异主要来自于港口航道海岸工程领域、舰船工业领域和航空工业领域:

港口航道海岸工程业强势而舰船工业设计能力有限的建造国,可能为船坞适应性较弱的新航母挖掘新船坞——工程业强于舰船业,为舰掘坞。


福特级是在尽可能维持舰体线型结构与尼米兹级相似性的前提下,极致压榨纽波特纽斯12号干船坞潜力的产物。

反之则只能发挥舰船工业高超设计水平,建造一型能在干船坞限制下达到最强性能的航母——舰船业强于工程业,凭坞造舰。


大髪在战斗机重量上的斤斤计较最终搅黄了欧洲战斗机计划,归根结底源于干船坞限制了戴高乐号的体量,而航母体量又限制了阵风舰载机的体量。

舰船业和工程业偏弱势但航空工业强势的建造国,大概率会选择为适应航母修改舰载机设计——航空工业强于舰船工业,裁机适舰。


全长超过F-35C的机体需要适配比福特级更宽的飞行甲板,弹射加速距离长度也需要适配引擎推力增长带来的复飞重量的增长
歼35项目的发展间接导致了福舰的体量增长
18舰建造中途停工更改设计,重新开工后的飞行甲板被延长以容纳加宽的三角形整备区舰岛内舷飞机调度通道和加长至125米的电磁弹射轨道。

航空工业相对舰船业和工程业处于弱势的建造国,则会让航母设计向舰载机设计妥协——航空工业弱于舰船工业,扩舰适机。


福特级和女王级建造国航空工业发达、工程业和舰船设计行业严重衰弱,因此这两级航母均选择凭坞造舰、裁机适舰。

一直希望建造航母的俄联邦拓宽东海岸干船坞的行为属于为舰掘坞,推出的各种航母方案属于扩舰适机。

歼擅武和大福舰设计建造国航空工业弱于造船业和工程业,其中海岸工程业最强,选择工程服务于舰船设计、舰船设计服务于舰载机设计的为舰掘坞、扩舰适机模式。

PANG方案航母最终体量取决于NGF/SCAF舰载机定型尺寸,属于凭坞造舰、扩舰适机。

建造国受制于舰用动力技术的航母需要让舰体去迁就适配舰用动力装置;

尼米兹级是以“使用冷战时代双压水堆蒸汽轮机动力系统技术水平能够保证30节航速”为基础设计的体量最大的超级航母,下水吃水深度与纽波特纽斯12号干船坞的深度良好适配。

舰用动力技术实力雄厚的国家则允许先优化舰体设计,再为优化后的舰体配备最合适的动力系统。

建造国舰船重工兴盛但缺乏航母建造使用经验的航母,通常呈现出整体设计巧妙而细节设计粗糙的面貌:

如苏/华式航母。

航母使用经验丰富但舰船工业衰弱的国家,其航母往往整体设计粗糙而细节设计精巧:

如魅联航母和信度航母。


5.未来航母舰载机配置推测

舰载机可以没有最强的战斗力,但必须具备不可替代的任务优势。

未来航母可能会使用对于现代航母而言相当诡异的舰载机配置模式。
除了热门的飞翼隐身机、变循环战机、被动变形舰载机、共形阵舰载机、大展弦比无人喷气机、倾转直升机和X翼直升机等备受关注的新概念旋翼机以外,下列目前属于非主流类型乃至尚未出现的飞机也可能成为未来航母的重要舰载机:
1-电动直升机/电动旋翼机、
2-电动螺旋桨固定翼无人巡逻机、
3-活塞螺旋桨无人固定翼巡逻机、
4-二氧化碳锅炉蒸汽动力舰载机、
5-水密舰载机、6-潜空两用跨介质舰载机、
7-VG翼(变后掠翼)战机、8-垂直降落舰载机
9-可机库弹射的短距垂直起降无人战斗机

5-1.航空煤油需要单独隔离存放,其最大搭载数量远远小于舰用燃油,使用纯电动直升机/旋翼机对战舰进行垂直补给,可大幅节省轻质航空煤油消耗量从而减轻海上补给压力,以电代油的舰载机甚至可凭借舰载核电站为航空电池充能,彻底规避燃油消耗。

与燃气涡轮直接机械驱动旋翼相比,燃机向电机供电,由电机驱动旋翼的直升机更容易实现高精度操控,有利于在高海况环境中吊运转移舰载战斗机这类大重量脆弱装备

5-2.由于航空重油安全性优于航空煤油,战舰的航空重油搭载量可远超航空煤油,航母装备可使用航空重油的活塞螺旋桨无乘员驾驶舰载机和电动螺旋桨无乘员驾驶舰载机作为长期警戒单位、制导中继平台和对空导弹及反潜鱼雷挂架执行日常战斗巡逻任务,可节省轻质航空煤油,大幅提升航母持续作战能力。


5-3.相对电动螺旋桨,活塞螺旋桨无人机则具有无需充电或更换电池即可起飞的优势。


5-4.由燃油锅炉-超临界二氧化碳涡轮发电机供电的航空引擎也可能出现。

比斯勒兄弟的燃油锅炉蒸汽动力飞机试飞录像截图

早期燃油锅炉水蒸气动力飞机因为功重比低而未能流行,但未来SCO2燃油锅炉-SCO2涡轮发电机的功重比可以超过航空燃气轮机和航空柴油活塞机。

SCO2涡轮发电机需要锅炉或反应堆作为一次原动机用于加热超临界二氧化碳流体,21世纪初期的人类已经能够研制使用反应堆作为核心动力的航空引擎,而核反应堆汽轮机组的全系统功重比远不如燃油锅炉汽轮机组。

WW2期间饱受缺油困扰的纳粹德国曾经开发过使用6部“煤油混燃锅炉-油蒸汽动力航空引擎”的ME-264洲际轰炸机,实际可行性远高于若干年后的魅联B36战略轰炸机核动力方案。现代航母远洋作战过程其实比二战德国空军更有可能出现燃油匮乏情况。

既然核动力航空器能够成为现实,那么SCO2燃油锅炉-SCO2涡轮电动飞机同样有可能成为现实。

未来超临界二氧化碳锅炉动力舰载机可选用碳粉、油煤混合流体、军用航海重油乃至水煤浆作为燃料,甚至可能直接将二氧化碳转换为燃料:

无需淡水的SCO2燃油锅炉SCO2涡轮电动引擎适合对航速、推重比和重量要求不高,但要求低油耗的飞行器,若能用于舰载起重运输机和加油机等后勤飞机将进一步降低航母油耗,提升远洋持续作战能力。


5-5.舰载机水密化是跨介质舰载机的基础技术,水密化且浮力充足的舰载机因战损/故障在海面迫降后可长期漂浮,有助于提升战时飞行员生存率。为避免舰载机漂浮过程中因风浪倾覆,未来水密舰载机需要尽可能增加水密部分体积以强化储备浮力,还需引入自扶正设计,始终保持机背部分体积超过机腹部分但重量轻于机腹部分,倾覆后可自行翻转恢复。


5-6.凭借庞大的水密体积、充足的储备浮力和自扶正的浮力重量分配,再解决航空引擎水下推进问题后可进一步发展出能在水下持续潜航并发动跃升攻击,并借助潜水躲避对空武器的跨介质舰载机。

轻型水上飞机难以普及的主因在于无法适应恶劣海况:

上下图为苏联别里耶夫设计局的VVA-14-海怪喷气式水上反潜飞机,是人类海况适应性最强的水上飞机。

该飞机既可在陆地上使用,又可在水上和雪地上使用,甚至可在海上航行。它能在(联盟领海内可能出现的)任何气象条件下从海上作战水域起降。
最大起飞重量超过到50吨,性能强悍但无法大规模量产,因此在总设计师病故后联盟并没有不惜一切代价将其完成。
但具备潜航能力的跨介质飞行器却能够在水下发射和回收,远离海浪干扰,很容易在轻量化的同时保证海况适应性。
从F-35C、歼扼凌、舰擅武、NGAD四型需要参与高烈度海战的隐身战机体积外形与欧陆空战特化的F-22差异上,也可看出当代战机设计确实存在为强浮力化、水密化、自扶正化和跨介质化未来舰载机预先积累部分设计经验的可能。

5-7.2022年末长弓2号变后掠翼跨介质飞行器的成功试飞标志着PLANAF即将进入跨介质时代,相比固定翼和柔性变后掠翼,传统的机械变后掠VG翼更能适应从水下起降、在水下与空中穿梭机动的跨介质飞行任务,因此机械VG翼布局大概率占据未来舰载机的半壁江山。

即使不考虑跨介质飞行,VG翼着舰速度低、低速操纵性优良的特性更能适应极端海况。
VG翼也是唯一能兼顾高航速与长航时的翼型,其它翼型则只能在“高航速远航程”和“远航程长航时”两者之间做出抉择。
VG翼的翼盒缝隙不利于后半球隐身,不利于进入反隐身探测设施密集的敌方内陆腹地执行穿透性攻击任务,但VG翼能以更小代价实现更强的正前向隐身,因为迎头方向RCS与后掠角度数呈反比,VG翼大后掠角恰恰相当有助于压缩正前方RCS,适合对海反舰攻击任务。
装备变后掠翼布局舰载机还有可能大幅提升舰载机整体出勤率:
可灵活转动的变后掠翼相对固定翼更容易故障损坏,但现代战机最容易故障损坏的部件永远是发动机,VG翼在各速度段都能保持最佳阻力和升阻比的特性,可让发动机在飞行过程中始终保持低负荷运行状态,从而大幅降低发动机故障率。
VG翼的低引擎负荷高完备率、兼顾高速冲刺和低速航时巡航持续占位/长期排队候降、大后掠角状态正前方低RCS,这三大优势对于航母舰载机而言都是不可替代的

VG翼是一种截长补短的高明设计,通过轻微增加故障率最低的机翼部分故障率,大幅降低故障率最高的航空引擎故障率,进而改善战机出勤率。因此人类航空史罕有出现因VG翼部分故障致使出勤率下降的变后掠翼战机,绝大多数VG翼战机的出勤率都优于同体系内同期固定翼战机。

F-111战斗轰炸机服役期间出勤率始终高于与其同期设计的其它型号魅联空军战机、F-14在发动机和机体材料选择错误的情况下依然服役超过40年并且保持了堪用的出勤率、即使是B1B这样出勤率较为低下的重型轰炸机,实际出勤率依然长期超过设计出勤率要求。

在东斯拉夫内战中:苏俄VG翼战机的可靠性已经被苏24再次证明。无论是乌方击剑手,还是俄方击剑手,都是整个战场上出勤率最高的超声速战术飞机。

一些观点认为苏24之所以出勤率高是因为其缺乏对空攻击能力,即使大量损失也不会削弱双方国土防空战力,但同样的逻辑也可用于F-14:汤姆猫属于截击苏联VG翼轰炸机的主力,其可出动数量事关舰队防御能力强弱,汤姆猫机群完备率下降有可能导致整个航母战斗群覆灭,应当尽可能避免轻易出动以保持机群完备率

VG翼的抗战损抗撞击事故能力更强,因为VG翼的机翼旋转结构被包裹在坚固的中央翼盒内,而固定翼的翼身连接结构裸露在外直接承受撞击力,当VG翼未达到最大后掠角状态遭到撞击时,可以通过向后旋转卸载部分撞击冲量,刚性连接的固定翼却只能通过结构变形释放撞击冲量。

VG翼的战损后着舰性能也足够强悍:

旧世纪的航母战斗群英雄、和新世纪的航母打击群FW

VG翼高速冲刺/巡航能力强悍、航程耗油率低、航时耗油率级低的优势适合作为战斗截击-反潜预警-电子干扰机执行日常巡逻警戒任务。

配备大型内置弹舱、兼具长期航时巡航能力和超声速巡航能力的的VG翼载人隐身舰载机适合作为舰队反潜机,携带反潜鱼雷和声呐浮标在远离己方控制范围的海域执行高危险性的远程攻势反潜任务,在高强度战斗过程中则可长期留空指挥无乘员驾驶舰载机作战。

未来潜空导弹技术的进步有可能大幅削弱反潜直升机的生存能力,未来航母远程反潜任务或许需要倚重固定翼反潜机,但新时代固定翼反潜机很可能不是隐身化的维京海盗,而是隐身化的汤姆猫。

未来VG翼隐身舰载机可以采用高空俯冲投放反潜鱼雷和深水炸弹的反潜模式,成为二战鱼雷轰炸机和俯冲轰炸机的正统继业者。

除跨介质舰载机外,VG翼很可能也是近未来高超声速舰载侦察机的唯一可行布局。

人类最早服役的VG翼舰载机汤姆猫的气动外形出自华夏族设计师,因此未来我国扛起VG翼正统大旗也是很自然的事。

5-8.STOVL舰载机

垂直降落战机的机体重量、作战半径、留空时间和空战飞行性能广遭诟病。但对于舰载机,垂降战机以及为垂降战机加油的倾转旋翼机允许多机同时着舰、无需占用拦阻回收架次带来的回收效率优势,使其无需携带过多备降燃油,

节省下的余油死重可部分抵消升力风扇增加的死重,在执行需要密集回收的中近距离短时间多架次任务时可以抵消大部分作战半径劣势;垂降舰载机降落排队时间短可抵消留空时间劣势;

垂降飞机飞行员着舰训练难度更低,飞行员无需接受传统舰载机飞行员的拦阻着舰训练,可将更多时间投入空战训练,通过飞行员空战经验优势抵消空战飞行性能劣势。
海军出身飞行员驾驶的单座拦降战斗机对上空军出身飞行员驾驶的单座垂降战斗机未必有明显优势,因此配备专职战斗指挥人员的双座设计是未来拦阻降落舰载机的合理发展方向
原教旨即为战斗力,击毁单座修正主义!
同时使用垂直降落战机还有助于增加航母飞行甲板热机区容量,凭借舰载机可出动/回收数量及出动回收效率优势,抵消航母舰载预警机/电战机等支援机种在数量性能和性能方面的劣势。
在执行近距离舰队防空任务时,搭载F-35B的双女王级航母战斗群作战效率完全有可能大幅超过搭载F-35C的单福特级航母战斗群。
为便于进行推力控制,减少垂直起降事故发生概率,载人垂降舰载机不适合采用宽间距双发布局。

远程任务要求舰载机采用宽间距双发布局以降低被一击瘫痪全部动力的概率,从而让飞行员在发动机被击中后能够向己方搜救舰方向坚持飞行足够长距离,故远程任务须依靠拦阻降落舰载战机执行。

因此未来不具备垂降能力的传统拦阻降落舰载机不仅仅需要双座化,还必须采用双发布局并尽可能加宽引擎间距,同时也有采用变后掠翼布局的需要——可以理解为汤姆猫含量必须足够高。

短距垂直起降无人舰载战斗机有可能通过机库弹射快速大量起飞执行紧急升空拦截任务,任务过程中可依靠变后掠翼舰载机对其进行近距离指挥,任务完成后可在短时间内大量着舰迅速回收。
短垂无人舰载战机适合不利于拦阻降落的场合,如在母舰处于极端海况或横向补给过程中使用。
无尾飞翼免乘员驾驶舰载机由于着舰精度较差,海况恶劣时很可能只适合在贯通跑道上使用拦阻索拦停,或在斜角跑道上使用拦阻网拦停

由于飞行员每日的健康允许着舰次数有限,航母舰载机搭载量同样有限,因此未来航母搭载的所有乘员驾驶拦阻降落飞机都应当发展出无乘员驾驶作战模式,用于执行不值得消耗飞行员着舰架次的简单任务。

绝密飞行电影中设想的艾迪战略战斗机作战模式能够在有乘员操控和免乘操控间切换
未来航母有必要尽可能搭载更多型号的一专多能舰载机,放弃通用化理念,以专业舰载机执行特定任务,当代魅联航母依靠超级大黄蜂一统甲板减少舰载机型号,进而减轻后勤压力的经验,在增材制造抢修时代将彻底失去意义。
同时自F-35C开始的未来舰载机都将具备故障自检能力,增材制造零件的使用寿命问题在战时影响不大,战时状态大部分零件都不大可能运行到使用寿命耗尽,大量使用的还是用于紧急抢修,补充速度快但寿命和可靠性都较为低下的临时打印部件。
同时和平时期部件故障率过低反而存在易致使维护检修人员生疏和懈怠的缺点。

6.即将来临的航母大发展时代

虽然自航母出现以来,人类一手全新航母在研/装备国数量一直处于逐步上升状态:

二战-英美日→冷战-英美法苏西泰意→后冷战-英美俄华法印意韩倭。

但21世纪初期人类航母装备总量相对20世纪中期却大幅下降,因为现代航母的成本远高于二战航母,现代航母成本上升主因在于:

低速螺旋桨舰载机衰落-舰载机涡喷/涡扇化后航速加快-舰载机打击频率提高-高强度频繁起降和高危险着舰-舰载机训练使用事故成本下限上升-飞行员成本下限飙升。
低速螺旋桨舰载机衰落-舰载机起降难度与维护难度下限提升-航母自身成本下限飙升-海岸工程设施成本下限飙升。

低速螺旋桨舰载机衰落原因在于:

二战后,装备对空核武的喷气式战机终结了螺旋桨低速飞机大机群密集轰炸时代,舰载机喷气化后的冷战航母舰队再也无法恢复二战时的巨大规模。
未来无人机的发展将使低速舰载机大机群攻击再次复出成为可能。

螺旋桨战机的优势在于:

相比涡喷战机和涡扇战机,其使用成本、包括原料、制造、训练、维护各个环节在内都更低,使用成本与喷气机相同前提下的起飞载重量远超喷气战机、起降距离则短于喷气战机。
在战时军工和后勤体系压力相同前提下无论飞机还是飞行员数量都可以轻松达到喷气式战机的10倍以上。
无论活塞螺旋桨还是涡轮螺旋桨战机都可以飞得比早期喷气机更远,甚至直至21世纪留空时间也比任何喷气机更久、低空低速灵活性也优于喷气机,灵活性的附带优势是空域承载数量优势,在相同空域内可投入的数量上限也超过喷气攻击机,
虽然这些优点对空战打赢喷气机帮助甚微,却很有利于降低对地攻击支援成本或提升对地攻击支援时的投弹量,在喷气战斗机的掩护下任务过程中的生存力也不比高亚声速喷气攻击机差。

朝鲜战争中螺旋桨重型轰炸机大机群凌空轰炸战术在喷气式战斗机的截杀下损失惨重被迫淘汰,但中小型螺旋桨攻击机损失主要来自高炮,因此螺旋桨攻击机大机群对地攻击支援战术继续沿用,魅联海军天袭者螺旋桨攻击机在半岛停战后继续稳步量产直至1957年,是年7月19日,为克制大机群战术特意研发,使用W25核战斗部的妖怪对空核火箭弹试验成功。

螺旋桨的空域承载数量,即机群密度优势,在对空核火箭弹的威胁下失去意义--不会再有几名螺旋桨飞行员无脑紧贴己方大机群为核火箭截击机送战绩。

而高速喷气机小机群多批次出动反而更有利于稀释对空核武的威力——螺旋桨攻击机的优势在于凭借空域承载数量优势获得单位面积投弹量优势,分为大量小机群多路进攻或防御将难以在敌方常规防空火力覆盖下保证足够生存率,无法大量聚集在狭小空域内的螺旋桨攻击机在核战中自然也就没了大量列装的价值。

二战末期面对螺旋桨大机群扫荡时显得相当脆弱的40吨级坦克,在冷战核威胁环境中反而发展迅猛——若非出于适应核战环境的现实考虑,红军其实并不需要装备这么多的小尺寸流线型炮塔低重心主战坦克,只要核威胁依然严重,能够大量投入战场并有效抵御核爆冲击波的40吨级MBT就不会存在彻底淘汰的可能性
武装直升机的核战场适应性也不算强,但武直的核心价值是基于运输直升机的不可替代性衍生的护航需求,因此反而比螺旋桨战机更具列装价值。

常规战争中的海对陆支援任务,可能已经是最为适合螺旋桨攻击机的任务,但航母使用小型螺旋桨舰载机难以兼顾对陆打击效率和母舰离岸安全距离、飞行员战斗减员率,且低航速飞机在执行深入内陆轰炸任务时缺乏时效性,仅仅适合在航母数量较多而喷气攻击机数量较少时用于填补攻击机数量空缺。

至于海战,由于航母数量有限,舰载机不尽可能喷气机化、高速化。防空能力变强的高速炮舰或远程反舰导弹战舰就有可能威胁航母,舰载机基本喷气化后,航速提升让打击频率得以提高,射程不远的高航速战舰就难以威胁到航母了。
即使是无核高烈度海战中,由喷气战斗机掩护大量小型螺旋桨攻击机发射远程制导武器进攻敌方舰队,带来的掩护、接敌、撤退、搜救、飞行员沉没成本飙升也将抵消其大部分使用成本优势。
此外冷战前期活塞螺旋桨航空引擎只适合使用易燃易爆的汽油,涡轮螺旋桨则采用轻质煤油,而非21世纪新型活塞螺旋桨航空引擎常用的航空重油,装载大量汽油和轻煤油也不利于航母损伤管制。

投弹量巨大的廉价炮灰驭风兵时代在57年的核子妖氛中结束了,从此之后人类各国驭风兵在精英化道路上狂奔至今,拦阻降落舰载机和拦阻降落航母越发高不可攀。

髪懒栖民国海军F-4U海盗战斗机,1964年退役

但在21世纪,无乘员驾驶飞行器的发展会改变1957年以来的战争规则,没有乘员驾驶的舰载机将会让舰载驭风兵重新炮灰化,大机群战术也可能得以复兴。

超声速大机群是遥远的地平线,螺旋桨大机群是战争史的落尘

免去乘员的舰载机不需要考虑飞行员伤亡,即使任务生存率为零也不会引发军心士气问题。

小型螺旋桨战斗机适合作为长航时免乘歼击机,用于猎杀低端无人机和小型无人艇,在低烈度战争中携带轻型制导武器攻击地面和水面目标。在高烈度海战中可以取代留空时间不足的直升机作为长航时反潜巡逻/侦察搜索/通信中继/发射制导平台,也适合作为跨介质舰载机执行鱼雷和水雷战任务、作为无人机母机执行蜂群投放任务、执行生存率为零的近距离密集轰炸支援任务。
活塞螺旋桨免乘员舰载机甚至可使用航空重煤油和舰用轻柴油等重油,提升航母持续作战能力。
凭借起降性能优势,未来螺旋桨免乘员舰载机很容易恢复机库弹射起飞模式。

21世纪前期的免乘员舰载机依然算不上纯粹的无人舰载机,依然需要飞行员进行遥控驾驶,执行远距离任务时需要由载人舰载机跟进指挥,由于螺旋桨免乘员舰载机航速远超直升机,因此可能需要采用倾转旋翼机或X-wing-X型可固定旋翼机作为指挥机。

在21世纪建造能搭载大量螺旋桨舰载机的航母难度远低于二战,对于传统航母强国,这样的二战风格航母可作为喷气机航母的重要补充,对于以往的海军弱国,这样的航母可以降低装备航母的门槛。

突厥海军尝试将两栖攻击舰改为螺旋桨无人机航母
自身或主要假想敌拥有对空核武的现代国家很少,需要免乘员舰载机航母,且军费足以采购和供养二战标准3~4万吨航母、有实力和意愿研发及出售二战技术水平的液压弹射器和配重拦阻索的国家在21世纪则随处可见。
海战中只有螺旋桨舰载固定翼战机可用也要强过没有任何舰载固定翼战机———更何况这些国家在21世纪装备二战风格航母的主要目的并非海战,而是为远洋陆地军事行动提供支持。
伊朗正在尝试将油轮改造为无人机航母
未来还有可能出现非军事用途的民用航母:
近代邮政型航母和当代观光型航母构想

无乘员驾驶舰载机将让21世纪的航母新增一条不断廉价化和消耗品化的发展路径,大幅增加全人类航母研发装备采购国数量。

髪国推出的外贸型航母构想

新世纪的大战将更像二战作战模式的再现,而非冷战作战模式的延续,21世纪的未来海空战场在诸多方面都会与20世纪的二战海空战场十分相似:

鱼雷和俯冲炸弹为主要反舰弹药、
航母的主要护航舰艇是使用身管武器的防空炮舰、身管炮也属于潜水战斗舰艇的重要武器、
舰队编队规模和二战一样庞大、
大部分参战航母飞行甲板采用贯通跑道设计、
大部分舰载机可以在机库内部密集停放热车加油挂弹,热车结束后可直接提升到飞行甲板密集排列进入起飞程序,着舰后可立即收入机库冷机、
部分舰载机使用机库弹射起飞模式、
部分舰载机依然需要进行俯冲攻击、
大部分可重复使用的参战飞行器使用螺旋桨、
部分航母使用多层机库或吊挂舰载机、
主力水面作战舰艇均配备大量重装甲、
大型非核动力战舰均以锅炉为主要动力。

冷战航母设计风格和运作模式诞生于新大陆超级大国海军独霸五洋的不正常时代,仅仅是航母发展史上的一段插曲,不值得沉湎,也注定难以挽留。

21世纪20年代,仅仅是人类航母设计与海军建设去冷战化、去超级大国化的开端。


上一篇:征兵体重

下一篇:布偶一岁多少斤正常

精选推荐

  • 催化燃烧设备供应商
    催化燃烧设备供应商

    催化燃烧设备供应商,催化燃烧处理装置厂家,本装置是采用废气先进入喷淋塔过滤——干式过滤—-蜂窝活性碳吸附—脱附再生——催化燃

  • 该不该有模具供应商
    该不该有模具供应商

    今天红姐又来跟我探讨供应商的管理问题了。故事是这样的:供应商来料不良,原因是模具问题。而那个模具是我们找的一家模具供应商做的

  • 什么牌子高压锅好,高压锅哪个牌子好,高压锅什么牌子好,高压锅哪个品牌好
    什么牌子高压锅好,高压锅哪个牌子好,高

    1苏泊尔 双重安全阀门 高压锅双重安全阀,防烫把手,复合底。这款高压锅拥有双重安全阀门,更好的保证使用安全。搭载防烫伤把手,方便起

  • 高压锅啥牌子好,高压锅哪个牌子的好,什么高压锅牌子好,高压锅推荐选购指南
    高压锅啥牌子好,高压锅哪个牌子的好,什

    1、双喜阶梯型复底高压锅推荐理由:高压锅满足上蒸下煮,饭菜同时进行,方便快速,有效提升烹饪效率。多重安全防护,安全系数较高,家人使用

0