简述我国航母动力选择的限制

前言为方便其他回答航母核常问题节省篇幅和时间特写此文。航母的特点航母本质上就是海上移动飞机场，带有飞机跑道，机库，弹药库，燃油库

前言

为方便其他回答航母核常问题节省篇幅和时间特写此文。

航母的特点

航母本质上就是海上移动飞机场，带有飞机跑道，机库，弹药库，燃油库，航站楼等。

航母的设计上要保证最大的甲板面积，最长最宽的跑道，高效率的机库调度，安全的航空油料弹药储藏库，对于海员尤其是飞行员的优越的生活空间，长续航和高灵活性，高生存性等。

如果想制造太平洋海战那些苟出天际的美国航母，那么设计细节一定要推敲再推敲。否则变成旧日本航母那样一颗炸弹就没了，甚至装甲航母一雷沉就不好了。不仅会造成2-3年远洋战场的制空权的真空，同时伴随航母损失的飞行员和地勤以及维护航母的熟练船员可不是一两年里能培训出来的。为始终没用上飞机的信浓号巨型航母，日向和伊势航空战列舰挽尊（狗头）

各种动力的优缺点简述

1. 核动力：核动力是提升单艘航母战斗力最好的选择，可以节省宝贵的飞行甲板空间，也可以理论上（事实上没有）节省相当的船用燃油储存空间，最大缺点就是技术难度高，对操控人员要求高，本身造价也昂贵的多。目前10-20年并不适合我国用于航母动力。详情看后文分析
2. 蒸汽动力：最适合航母的动力，巨大的功率密度，维修保养简单，不挑燃料，只要可以燃烧，直接用优质或者简单处理过的石油都可以驱动汽轮机工作。价格便宜，技术成熟，缺点烟道布置还是有点占用舰体空间和一定甲板面积。相对其他几个常规动力预热时间较长需要20小时以上，并且热效率相对较低一般只有30%出头。
3. 柴油机：几乎现役大型航母都是最为备用动力（尼米兹级）或者发电机的存在。优点是最为内燃机进排气量小，烟道布置没有任何要求，只要在水线以上就行。热效率高45-50%，功率密度低，低速柴油机体积巨大，很难驱动航母达到25节以上航速。
4. 燃气轮机：拥有蒸汽轮机所有的优点，其实原理也和蒸汽轮机类似。拥有最大的功率密度，较高的热效率36-40%，最小的（不算烟道和进气道）整机体积和重量。保养维护简单，故障阀值高（不容易坏，坏了得回港），不挑燃料，并且动力响应快，同时启动非常快。唯一致命缺点就是进排气通道非常占用体积（比蒸汽机都严重），并且要求直排直进。目前使用燃气轮机作为主动力和唯一动力的水面舰艇非常多是当下主流，但是应用于航母作为主动力的只有英国的女王级两舰，据说因为整合电传动等原因航速翻车了，只有27节，达不到预期的30节，并且总发电功率不够使用电磁弹射。

为什么只有蒸汽动力适合作为航母主动力

首先排除的就是柴油机。因为适合作为航母动力的柴油机非常占用体积，如下图。

作为几十万吨的货轮来说燃油经济性才是最重要的。如果作为8万吨级别的主动力，单台10.9万马力最少2台才行。单台长27.3米，高13.5米

乍一看好像不是不可以。

但是要知道现在10万吨航母都是三层船底，两侧还要最少各7米的TDS纵深，吃水11米，也就是满载情况下，动力舱有5-6米高度是处于水线以上，相当于动力舱在裸奔。并且还大量占用原本可以用于机库的空间。

当然也有可以用4台较小的低速柴油机并列各驱动一个传动轴。辽宁号6万多吨的排水量有20万马力，如果换用2台10万马力柴油机，先不提布置问题，光总重4800吨的主机，还有那尺寸，就很违和。

计算下功率密度，109000/2446=44.56马力/吨，而现代级蒸汽动力，1090吨10万马力=92马力/吨。

那么用体积较小的高速柴油机呢？

看看最好的高速柴油机MTU8000，052的动力，V型20缸13600匹马力，长7米宽2米高3米，重达48吨柴油发动机。需要提供总共20万马力则需要15-16台柴油机分别并联在4个主轴上，并且只能使用柴油。

但是作为备用/辅助动力和发电设备，柴油机却是最好选择。

例如尼米兹级为了避免双反应堆有一台失效导致功率减半，四个主轴各有一台8Mw的柴油机当作应急主机（合计约4.35万马力）另有四台1.5Mw应急发电机。平时主要靠汽轮机带动的涡轮发电机供电

目前唯一综合电力推进的伊丽莎白女王级航母只装备了2台36兆瓦的MT-30燃气轮机，2台9兆瓦的12V38B辅助柴油发电机，两台11兆瓦的16V38B柴油发电机，总输出功率108兆瓦，动力输出形式为4台26兆瓦的电动机。

柴油机的优点是烟道布置非常随意，随便安装根管子排气就行了。

图片来自 @leeone ，他的文章让我受益良多，尤其是对于燃气轮机作为主力的应用等限制，之前真没想道燃气轮机进气道等布置限制问题。

说完柴油机说下燃气轮机

想到给电池弹射供电，就有不少人想道燃气轮机作为发电机调峰，因为这也是地面电网的方案之一。

与柴油机相比，燃气轮机达到了另一个极端，他的公里密度巨大，MT-30 22吨总重达到了36Mw功率，即4.9万马力，四台MT-30就足够推动6.5万的辽宁号达到30节，但是最终女王级只采用了2台MT-30，另外装备了2台11Mw柴油机和2台9Mw柴油机组合起来发电。很简单，因为相对于柴油机烟道布置的随意，航改来的燃气轮机的烟道和进气道布置就非常讲究。

进气口的高度和朝向

相对于飞机高空运作时优良的空气质量，布置在舰船上的燃气轮机的空气质量可就恶劣多了。因为海面上水汽和盐分进入会导致燃气轮机叶片的腐蚀，如果布置不佳，需要频繁进港维护清理，不利于长期执勤。详细看下文

燃气轮机烟道布置

燃气轮机马力大，对进排气要求是最高的（柴油机则最低），进排气分开管路，还要注意流速减少弯角设计。无法像锅炉那样，可以前后机舱多个锅炉烟道弯曲集中走线，缩小体积。（抄自leeone[了解航母细节4]航母的动力备份 003核燃混动？）

这几张图很明显吧，上层建筑那些黑色块就是进气口。但是055不过是一条1.5万吨的驱逐舰。

无敌级也就1.6万吨标准排水量。如果是6.5万吨的辽宁怎么办？同样6.5万吨的女王级两个MT-30 10万马力用两个舰岛分别布置了一个烟囱和进气道避开巨大的上层建筑对甲板的占用和气流对起降飞机的干扰。如果用燃气轮机做主动力，辽宁需要4台，003需要最少6台，那么进气道和烟道怎么布置？

是在舰体11米的地方开孔侧排气和进气？

还是集中布置在舰尾和传动轴集中布置在一起，然后后部进气？

或者直接放弃治疗使用动力仓布置灵活的电传动，然后把燃气轮机全部布置在水线11米以上高度的甲板上？直接动力舱裸奔

当年001尚且没有取名“皮皮虾”，动力舱布置在飞行甲板上裸奔的事情估计肯定做不出来。

但是燃气轮机体积小功率密度大，作为备用发电机架设在位置高，通风条件良好的指挥塔后部完全可以。

并且作为应急发电机，不用考虑长期运作的进气问题，可以布置的比较低只要保证平时不运行适合的防护问题就行，甚至可以直接布置在舰桥后部与发电机变压器组成一个备用发电室。并且由于平时不运作，也不存储燃油，只需要布置油泵从航空燃油或者柴油，甚至船用重油库里直接抽油，调整进气量就行了。何况30Mw也相当于4万多马力了，如果是电传动军舰已经足够驱动战舰慢速航行了。或者给灭火器和抽水泵运作。二战著名的皇家方舟号航母就因为失去全部动力后抽水泵停转，导致最终倾覆，可谓是1487人看着沉的。

毕竟重量巨大的柴油机肯定是布置在底舱的，有可能因为进水而失效（事实上内燃机能否保证进排气不进水，被海水淹没也能运作）或者因为其他原因失效，而较小较轻的柴油机却只能提供少量电力或者动力并且需要专用柴油等限制条件。

当然，这是目前技术情况下的，一战前后的蒸汽动力，那些锅炉热效率和功率都不行，排烟却非常大，比如列克星敦的标志性烟囱。而二战前那些一战老船尤其是日本的那些通过更换动力直接马力翻倍烟囱也变小了，比如金刚级本来只有6.4万马力大改后变成13.6万马力。
36x亚罗式煤油混烧锅炉、2x帕森斯式蒸汽涡轮机；总功率64000马力，四轴推进；8xロ号舰本式锅炉、4x舰本式蒸汽涡轮机；总功率136000马力，四轴推进。

如果燃气轮机的单台功率继续突破，就如同蒸汽轮机和核动力的进步一样，那么总有一天可以作为航母主动力

最后我们讲为什么蒸汽机特别适合航母

前文提到核动力技术门槛高，价格昂贵，操作技术要求高。柴油机动力不足，起码为了满足航速要求需要非常大的动力舱影响机库空间。燃气轮机刚好相反，但是进排气要求高占用非常多甲板面积。

至于热效率和航程够用就好了。

这个时候比较中庸的蒸汽动力，就变得非常适合航母了。

首先功率密度够，尤其是越是大的锅炉热效率越高，越是巨大的舰船可以安装大锅炉，燃油效率也有提升。

其次虽然进排气量很大，但是相对于燃气轮机管道三维设计的苛刻条件，蒸汽轮机的排气管道是可以弯折集中的，这就很方便锅炉的分散布置。以下图片直接搬运leeone的

https://zhuanlan.zhihu.com/p/404271440

功率没问题，烟道布置没问题不是很占用甲板空间，同样大小的烟道如果按照女王级的布置方法，能在下方布置两台大功率燃气轮机，或许直接布置4-6台也能挤得下下并且公用一个垂直进排气通道。后果就是可能变成重演皇家方舟悲剧，一发就把主动力舱一锅端了。

而蒸汽轮机可以2个锅炉1个汽轮机和1-2个涡轮发电机组成一个动力组，分隔成4各动力仓各自驱动一根传动轴，这样一般情况下也就损失1/4或者1/2动力1/3左右的电力。如果是采用综合电力，则可以省去那四根长长的传动轴，动力更安全。

对于我国蒸汽动力潜力巨大

我国的辽宁号装备的是库兹涅佐夫同款TB12增压锅炉，蒸汽温度和压力较低，油耗较高。

辽宁舰辽宁舰的动力是由4台TB12蒸汽轮机和8台КВГ-4增压锅炉构成的，这套动力装置能提供近20万匹马力的功率。TB12是前苏联研制的一种大型蒸汽动力装置，为了满足各类舰船的不同要求，前苏联研制了功率不等的蒸汽轮机，如TB-9功率为10000马力，用于排水量1300吨的“里加”级护卫舰，TB8为36000马力，用于排水量3950吨的“科特林”级驱逐舰，TB-12功率为45000马力，而单机功率最大的TB-4达到了70000马力。除了TB12，我国还曾引进其中的TB8，用于051型驱逐舰。
俄罗斯的КВГ-4增压锅炉但由于要承受巨大压力和温度，КВГ-4增压锅炉的维护保养非常复杂，需要经常检查工况，排除故障隐患，否则后果严重。同样采用КВГ-4增压锅炉的印度“维克拉马蒂亚”号刚刚改装完毕，还在俄罗斯试航时，就发生过多台锅炉爆炸的事故。而辽宁舰因锅炉维护保养工作做得好，一直运行良好，不仅如此，还经过了改进，在“瓦良格”号到大连时，马上就被拆下一台锅炉送到哈尔滨锅炉厂，通过全面研究分析和相应实验进行了改良，因此，辽宁舰在很大程度上克服了姊妹舰“库兹涅佐夫”号冒黑烟的现象。
因前苏联对蒸汽动力装置参数的选择比较谨慎，因此性能相比美国的同类产品低。如苏联/俄罗斯驱逐舰蒸汽轮机所用蒸汽压力一般为6.4MPa，温度450～470℃；而小鹰号燃油锅炉的过热蒸汽最高压力为8.4MPa，最高温度可以达到580摄氏度，二者差距还是比较明显的。这种差距的外在表现就是苏联/俄罗斯蒸汽轮机的油耗较美国高，如美国小鹰级第四艘“肯尼迪”号航母耗油率为381g/(kW·h)，而前苏联的TB-12蒸汽轮机的耗油量尽管比TB-8下降了25％，但仍为444.9g/(kW·h)。正因为如此，虽然辽宁舰有8000吨的最大载油量，比小鹰级7800吨的最大载油还多，但二者在载油量差不多的情况下，续航力却有很大差距，辽宁舰18节经济航速的续航力为7000海里，而小鹰级航母20节航速下的航程高达12000海里，这还是在小鹰号要向蒸汽弹射器供应高压蒸气的情况下。可见，别说是核动力，中美两国就在蒸汽动力系统方面也有不小的差距。但种种迹象表明，山东舰所用蒸汽轮机是不同于辽宁舰的一种新型号，通过高热负荷炉膛和内置式过热器的设计，山东舰动力装置不仅有更小的体积重量，且蒸汽的温度和压力也有提高，其单机功率已经提高到5万马力以上，一举超过了TB12。

众所周知，蒸汽轮机温度压强越高，热效率越高。陆地火电厂已经达到600度。而小鹰级达到了510-580度，8.17-8.4Mp，但是使用的是更容易维护体积更大的常压锅炉。而库兹涅佐夫，辽宁都是使用的蒸汽参数较低，但是体积更小的增压锅炉。

对于大型航母来说，体积并不是问题，需要精心养护的增压锅炉并不适合长时间驻外，考虑到我国并没有海外军事基地（其实有）并不影响，但是未来总会使用常压锅炉的。

各种动力的组合推导（脑洞）

前苏联基洛夫核动力巡洋舰使用的是核动力外加锅炉备用动力，
核动力 ：2座kn-3核反应堆
电力：4座GTZA-653发电机
推进：2个固定螺距螺旋桨
常规动力：2座GT3A-688蒸汽轮机

至于他的锅炉是单独的重油锅炉还是给核动力进行热交换的锅炉本身有补燃功能我并不清楚，反正单纯靠自身携带的重油可以提供1400公里/10节的续航。而不是传统认为的核动力巡航锅炉加速的设定。

而航母并没有这个必要，因为从美国经验可知，如果单台核电堆的功率大小并不影响价格，所以控制价格最好是开发单堆的功率，所以用核动力巡航+常规动力加速的方案即不经济也不可靠，自然也只能存在于脑洞中。

因此核航母唯一路径就是专心研发合格动力，其他常规动力只能作为备用动力单元。

燃蒸联合巡航+蒸汽组合+综合电力推进

即通过1-2个小燃气轮机加一个余热锅炉和汽轮机涡轮发电机组合一个热效率50-55%的巡航机组。另外几个大锅炉作为全速推进的动力，并且可以用燃蒸联合堆蒸汽对其他锅炉进行预热，增加启动速度。

优点：启动快，续航长，同样占用甲板面积少。

缺点及不现实的原因：虽然启动很快，巡航效率也很高，但是结构复杂，同时调节航速反应也不比常规蒸汽动力快。

蒸汽动力集合柴油机和燃气轮机备用动力和电力

类似尼米兹那种结构，只不过平时还是蒸汽机驱动汽轮机巡航，每个传动轴上准备一个5-10Mw的柴油机或者只有两个传动轴有配用备用柴油发动机，在锅炉预热的20小时之前先行驱动航母离开港口，与舰队回合，而全舰电力由布置在舰桥后方的燃气轮机发电机供应，其他位置的备用柴油发电机。

如果是全电综合电力推进，则大功率柴油机和燃气轮机一起发电，同时给锅炉预热，缩短启动时间。这样既避免了燃气轮机作为主动力的烟道布置问题，也解决了安全性问题。

伊丽莎白女王级航母的动力系统设计非常有特点:两台MT-30燃气轮机分别布置在水线以上的2座舰岛下方，避免长长的烟道占用内部空间；同时为了防止航母重心不稳将敦实沉重的柴油机布置在舰体底部。

我只想说，英国人的设计水平也就我这水平，想不到他们真敢把燃气轮机布置在水线以上

事实上单纯蒸汽轮机也够用了，学小型战舰来个柴燃交替或者柴蒸交替根本没必要。如果不是尼米兹就两个反应堆，根本不会准备4台备用柴油动力，导致结构更复杂，传动轴和齿轮箱大结构变动更复杂。

要提高续航很容易，挖掘蒸汽轮机的效率就行了。

我国目前依然缺乏实践经验

事实上，目前我国不管柴油机，燃气轮机，核动力，蒸汽轮机都没有做到世界先进水平。

基本上都是世界80年代的水平，所幸因为冷战大结束，全世界整体水平进步速度也减缓了，甚至有部分倒退。

而我国的航母也刚刚入门，论航母使用水平和经验可能还不如印度和日本（狗头），虽然他们的航母有磕头和自爆，被处粪和被自己人鱼雷处分的经历。

我国目前当蒸汽轮机机组（两台增压锅炉+一台汽轮机）功率为5万多马力。而1956年开工1960年下水的小鹰级就做到7万马力，组合28万马力即便是驱动后来的尼米兹级也绰绰有余，因为尼米兹级也就26万马力，尼米兹级也有常规动力方案。

燃气轮机水平直接看国产航发水平，这个不多说。

蒸汽轮机技术可以说是核动力的前置科技，事实上蒸汽轮机的锅炉技术和汽轮机技术与核动力的都是相通的，事实上由于美国核反应堆也就320度的水温，也是取得保守值，并且50年里核反应堆的技术进步巨大，从A2W7万马力到A4W13万马力到现在A1B14万马力并且供电能力从32Mw提升到100Mw。（隔壁女王级2个Mt30和4个柴油机组合才108Mw）

美国的LM2500燃气轮机全球装机5000多台，热效率和功率进步明显，本身到核心结构并没有巨大变化。从最初的25500马力(18755千瓦)到G4的 47370马力(34841千瓦)，从36.5%到39.8%热效率，一切都发生在这50多年时间里。

我国相关技术虽然发展很快，但是经验积累还是太少，并且发展畸形。

比如作为最适合验证动力的平台，比如补给舰，破冰船，航天测量船。全是保守落后到动力。

陆地示范堆后就是水面验证船，前苏联和美国在投入使用某款新动力前都有验证船。

我国目前没有什么核动力破冰船之类的，就别指望核航母了。

蒸汽动力在长期航行的优势

航母作为海上移动机场，有几千名人员居住，其生活用水，暖气等都需要大量耗能。比如消耗最大的生活用水问题，卫生梳洗，烹饪，都是可以直接使用锅炉余热完成，相对于用于透平的几百度蒸汽，透平后的蒸汽依然有百度以上温度，通过热交换器对海水蒸馏可以获得大量生活用水和少量饮用水。本身并不会增加多少能耗，只能算被浪费的热量回收了一点。

豪华邮轮没有使用蒸汽动力的情况中还要准备专门的锅炉制造蒸汽用于生活设施。

蒸核燃柴动力的技术关联

现有技术最早出现的就是蒸汽机，属于外燃机，蒸汽通过老式的气缸做工一次打仗前和通过汽轮机做工，一次大战后。随着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础;汽轮机继承了蒸汽机以蒸汽为工质的特点，和采用凝汽器以降低排汽压力的优点。

蒸汽机行业摒弃了往复运动和间断进汽的缺点;内燃机继承了蒸汽机的基本结构和传动形式，采用了将燃油直接输入汽缸内燃烧的方式，形成了热效率高得多的热力循环;同时，蒸汽机所采用的汽缸、活塞、飞轮、飞锤调速器，阀门和密封件等，均是构成多种现代机械的基本元件。

内燃机分燃气机和活塞发动机，燃气机本质上也是通过叶片做工就是温度从汽轮机的700多度达到了1400度以上。而活塞发动机即便是现在都是内燃机的主力，想要提高热效率就提升压缩比提升气缸做工行程，想要提升扭矩就增加气缸直径。

从技术进步的角度上讲，一个国家燃气轮机，蒸汽轮机和内燃机技术是循环进步的。

因为活塞往复蒸汽机的气缸经验也是和内燃机的经验以及蒸汽弹射器的经验是交互的。

如同陆地发电设备，相当数量民用设备还得靠进口的现状，比如燃蒸联合循环发电，燃气轮机发电，配套的柴油发电机备用电源相当尖端市场是被欧美企业所把控，就是因为经济效益，进口设备虽然采购价格高昂，但是运维费用和成本更低。当然国产设备也是紧跟其后，差距随着国内市场的养分在不断缩小差距。

比如火电设备，上海外高桥第三发电厂，用的锅炉是上海锅炉厂的超超临界锅炉，汽轮机也是上海汽轮机厂产品，整体热效率达到了惊人的54%

然而作为锅炉厂子弟，这两家厂都是属于年年亏损，什么时候都破产都不奇怪的状态。

这就不得不提柴某人，什么穹顶之下

著名的MTU396，054和052的巡航机组，因为断供直接影响了军舰出口订单。

欧美因为多年来的环保政策和产业空心化等，蒸汽机的进步很缓慢，多作为燃蒸联合循环的余热锅炉存在，燃蒸联合循环能达到陆地65%以上的热效率，由于使用天然气本身不含硫，排放处理成本也极低。

但随着俄乌战争引发的粮食大战和天然气供应问题，欧洲企图重启煤炭工业和火力发电。

军用技术和民用技术的发展也是交互的，化工重要的三酸两拣，化肥厂战时直接就可以生产炸药和毒气。

相对于民用产品追求经济效益，军用品更追求部分性能的极端，军品民品标准不同，但基础技术是相同的。

投入军用技术的回报主要就是国防安全或者通过对外战争的掠夺产生收益，和平时期过大规模对军事技术的投入却不能扩展到民用领域进行回收投资必然不能长久。

陆地火电厂为了追求热效率并且处理污染规模庞大，有相当的电力是用来吸附排放烟气中的粉尘，船舶尤其是军用船只由于空间有限（后者就是空间宝贵）只能考虑功率密度和体积，这也是为什么20世纪60年代军舰燃气轮机化的趋势那么强，因为燃气轮机不管功率密度还是热效率明显都甩开蒸汽轮机，这一趋势直接导致各国军用和民用船舶的蒸汽轮机配套生产体积的破产倒闭潮。美国的现役综合补给舰“萨拉门托”级还在用二战的库存蒸汽轮机，要是再造蒸汽轮机主动力舰船，怕是得把合众国号邮轮给拆了。虽然核电和火电一样是使用汽轮机，但是蒸汽参数并不一致并且要求要低得多。在60年代蒸汽机已经达到540度8.4兆帕的情况下，核反应堆的配套一回路320度二回路280度。而我国001和002目前蒸汽参数480度6.4兆帕，热效率要比小鹰级还要低一个量级。

即便是后来的004等舰能用上蒸汽参数更高的锅炉汽轮机在不增加船油载量的情况下，就能提升20-30%的续航。并且本身也不挑燃料，相对石化设备那样的挑原油种类不同，蒸汽轮机使用的船用重油通过石油简单炼化就能用。

结语

作为原油生产大国，虽然本国石油品质更适合生产化工产品而不是燃料，但是不论如何都不会缺船用重油的，进口原油主要还是民生需求。其实并没有核动力的需求，更没必要生产所谓核巡航常加速的半吊子核航母。

用更便宜的常规航母才是正途。哪怕多台高速柴油机发电使用电传动航母也能同样达到核航母的烟道布置方面的优势。因为我们已经电亮电传动，综合电力系统，综合电力推进，电磁弹射等科技树。用柴油机，比如中低速柴油机驱动传动轴，高速柴油机发电等。