艦隊航母的動力選擇
雙鶴一鳳是日本帝國海軍航母技術的巔峰，推進功率 120 兆瓦。
光輝級共建造 4 艘，是二戰時期英國皇家海軍的頂樑柱，推進功率 81 兆瓦。
建造 2 艘的怨仇級是光輝級的改進型，推進功率 110 兆瓦。
美國海軍的埃塞克斯級是歷史上產量最大的艦隊航母，其生產計劃一度達到 32 艘，實際完成 24 艘。該艦推進功率 110 兆瓦，與怨仇級相當，但體型更為修長，噸位與最大航速均在怨仇級之上。
誕生於艦隊航母黃金時代的上述型號均由蒸汽輪機提供動力。彼時燃氣輪機與核動力幾乎與如今的翹曲引擎般科幻，柴油機雖然燃油效率更高，但在功率與可靠性等方面均無法與蒸汽輪機競爭。蒸汽輪機因而成為大型主力戰艦動力核心的不二選擇。
蒸汽彈射器是英國海軍的發明，1950 年裝上 R51 珀爾修斯號航母進行測試。
SCB-27A 構型埃塞克斯級，使用 2 條 H 8 型液壓彈射器。
SCB-27C 構型埃塞克斯級則安裝了 2 條 C-11 型蒸汽彈射器。
二戰結束後，隨著航空噴氣化，武器原子化時代的到來，艦載機的速度與體型急劇膨脹，起飛推重比卻大幅度下降。對於新世代艦載機而言，依靠自身動力滑行起飛很快變得不切實際。艦隊航母的飛行作業模式相應地從滑跑起飛攔阻回收，過渡至彈射起飛攔阻回收。英國發明的蒸汽彈射器綜合性能最為優異，在競爭中擊敗了美國海軍的液壓彈射器 (功率不足) 與內燃彈射器 (推力可預測性與可靠性太差)，很快便完全統治了西方海軍艦隊航母的飛行甲板。
要使用蒸汽彈射器，就必須擁有充足可靠的高溫高壓蒸汽源。彈射起飛攔阻回收型航母的動力選擇就此被鎖定在了：1) 燃油型蒸汽輪機，也就是通常所說的蒸汽輪機；2) 原子熱水型蒸汽輪機，也就是通常所說的核動力。蒸汽彈射王朝一天不倒，上述兩個選項以外的動力模式就沒有討論的必要。
艦艇用核動力系統原理示意圖。主冷卻迴路冷卻水受到核燃料輻射，無法直接用於驅動蒸汽輪機，必須在蒸汽發生器內進行二次熱交換，由此產生的高溫高壓蒸汽隨後驅動推進渦輪與發電渦輪旋轉，為推進系統與電氣系統提供動力。使用蒸汽彈射器的核動力航母還需要為彈射器供汽。
1972 年是個神奇的年份。當年美國海軍量產型核動力航母首艦 CVN-68 尼米茲號下水，最後 1 艘燃油型蒸汽輪機動力水面戰艦 FF-1097 開工建造，法國海軍末代燃油型蒸汽輪機戰艦首艦 D610 圖爾維爾號下水。
歐美國家的水面戰艦從上世紀 60 年代開始逐漸進入燃氣輪機時代。燃油型蒸汽輪機在功率重量比，冷啟動速度，可維護性等方面完敗於燃氣輪機，熱效率則不及低端艦艇廣泛使用的柴油機，「群眾基礎」 也日趨薄弱 (燃氣輪機的背後是歐美稱霸的航空工業，柴油機廣泛應用於各類交通工具，蒸汽輪機只在大型電力設施等少數場合能夠找到用武之地)，在動力選型競爭中節節敗退。到上世紀 70 年代中期，西方世界海軍新世代水面戰艦的動力供應完全被燃氣輪機與柴油機所瓜分，只有美國海軍的兩棲攻擊艦與輔助船還在使用二戰技術標準的燃油型蒸汽輪機。核動力艦艇已成為蒸汽輪機的最後避難所。
戴高樂級航母進入具體設計階段時，歐美國家的燃油型艦用蒸汽輪機工業早已墳頭長草 (液化天然氣船仍在使用蒸汽輪機，以貨艙中揮發出來的少量天然氣為燃料，但這玩意與艦用燃油型蒸汽輪機完全不是一碼事)，核動力成為唯一可行的技術路線，其巨大優越性更是令人無法抗拒。法國海軍航母建造批量太少，全新研製高功率艦用堆不切實際，選擇現成的 K15 型潛艇堆因此完全合乎邏輯。
與通常的想像不同，所謂的無限續航力並非航母選擇核動力推進的主要理由。實際上，由於體型龐大，航母的耐力天生驚人，是海軍主要作戰平台中最沒有必要依靠核動力提升長跑能力的選手。
正如民航飛機的最大飛行速度受到音障的限制一樣，常規排水型船舶的最大航速受到行波消散速度的制約，也存在一個理論極限，可類比音障，稱為波障。船舶在水中運動時產生的行波波長與船隻水線長度相當，傳播速度則與波長的 1/2 次方成正比，即：
速度 (米/秒) = [(水線長 x 重力加速度) / (2 x 圓周率)] 的 1/2 次方，將速度單位轉換為節後，可得出以下近似結論
行波傳播速度 = 2.43 x 水線長的 1/2 次方。
低速航行時，行波傳播速度遠大於航速，能量迅速消散，波高很低，船舶總阻力由以摩擦阻力為代表的粘滯阻力主導，隨著航速提高，興波阻力逐步增大，中等航速時與摩擦阻力平飛秋色。中低速航行時，阻力與航速的 2 次方成正比，推進功率因此與航速的 3 次方成正比。
高速航行，船速接近行波傳播速度，即波障時，興波阻力的主要來源船首波無法及時消散，能量不斷疊加，波高迅速增大，興波阻力主宰阻力構成，並成航速的 4-5 次方增長，推進功率於是以航速的 5-6 次方提升。
水線長度越長，波障航速越高。尼米茲級航母的水線長度達到 317 米，波障航速超過 43 節，全速衝刺時仍遠未進入高興波阻力區。相比之下，水線長 142 米的 DDG-51 伯克級導彈驅逐艦的波障航速只有 29 節，高速航行過程中必須時刻與興波阻力進行艱苦卓絕的鬥爭。儘管排水量不到尼米茲級的 1/10，伯克級的設計推進功率卻達到尼米茲級 (設計推進功率基線值為 24 萬軸馬力) 的 44%，功率密度幾乎是尼米茲級的 5 倍。
顯而易見，同樣以設計最高航速狂奔時，即使大型航母的自用燃油係數不到驅逐艦的 1/2，其續航力仍能達到驅逐艦的 2 倍以上。正因為這樣，當美國海軍開始籌劃核動力作戰平台時，優先順序緊隨潛艇之後的並不是艦隊航母，而是理論計算與戰爭實踐均反覆確認的短腿油老虎 - 驅逐艦。
對於艦隊航母而言，核動力的真正價值在於：
1. 消滅進排氣系統
2. 動力響應迅速
高速行進中的 CV-67 肯尼迪號航母，其廢氣煙雲清晰可見。
CVN-78 福特級的艦島體積緊湊且位置非常靠後，為航空器在飛行甲板上的調度保障提供了最大限度的連貫空間。
核動力航母的艦島無須支持常規動力系統的進排氣管道，體積小且位置靈活，有利於降低艦島尾流，優化飛行甲板布局，提高艦載機飛行作業的效率和安全性。高溫廢氣排放的消失意味著上層建築和停放在甲板上的飛機不再受到燃燒產物的腐蝕，地勤人員擁有更為清潔健康的工作環境，下降航道上的艦載機吸入污染物煙雲的問題也迎刃而解。
所有類型熱機的燃效均隨負荷降低而變差。中速航渡過程中常規動力航母往往關閉部分原動機以節省燃料。美國海軍的常規動力中大型航母裝有 8 個燃油鍋爐 (每對鍋爐驅動 1 台主推進輪機)，巡航狀態下其中 1/2 處於閉缸狀態，指揮官可隨時調用的有效功率從 8 台鍋爐全部點燃時的 200 兆瓦以上銳減至 100 余兆瓦，在滿足基本的推進與電氣功率需求後所剩無幾。蒸汽輪機熱慣性巨大，熱電設施使用的千兆瓦級蒸汽輪機冷啟動耗時可長達 10 小時以上。航母使用的小傢伙自然沒有如此誇張，但冷啟動仍需至少 90 分鐘，軍情如火之際顯然是緩不濟急。燃油型蒸汽輪機航母因此必須在省油但動力響應遲鈍的閉缸經濟擋，與 8 缸全開，動力響應迅速但油耗急劇上升的運動擋之間進行非此即彼的選擇。
由於剩餘功率不足，1/2 鍋爐閉缸的常規動力航母從 10 節加速至 20 節耗時達到 150 秒。加速至 30 節需要等待閉缸鍋爐冷啟動完成，足夠看完一部動畫長片。相比之下，核動力航空母艦的原子能鍋爐時刻處於熱機狀態，動力隨叫隨到，從 10 節加速至 20 節只需 90 秒，從 10 節加速至 30 節僅用 30 秒，動力既充沛且線性。平台功率密度相同時，核動力航母的加速能力絕不會遜色於以燃效出色的柴油機滿足基礎負荷，由冷啟動能力優秀的燃氣輪機應對高峰負荷的柴燃聯合動力航母。
英國海軍的女皇級是具有代表性的柴燃聯合動力航母，依靠電傳動技術極大地改善了艦島布置的靈活性，燃氣輪機上置則有效地減少了大截面進排氣系統對艦內空間的侵蝕。女皇級的柴油發電機組典型負載耗油率為 177 克/千瓦時，MT30 燃氣輪機滿負荷工況耗油率 207 克/千瓦時，中等負載油耗不超過 275 克/千瓦時。相比之下，CV-63 小鷹級航母的蒸汽輪機典型負載油耗為 375 克/千瓦時，但近年來建造的大型液化天然氣船 56 兆瓦級蒸汽輪機的典型工況耗油率已下降至 240 克/千瓦時。
核燃聯合併不是航母動力的合理選擇。電傳動雖可規避動力艙室與傳動系統複雜化，以及艦島位置受到限制的問題，艦島肥化與廢氣排放的雙重缺陷卻仍然無解。高位安裝於右舷的燃氣輪機發電模塊不僅侵蝕了寶貴的頂層重量，也令大甲板艦隊航母普遍存在的右重(艦島在右，飛機升降機多數/全部在右)左輕現象雪上加霜，從而需要採取額外的配重措施實現平衡。況且對於法國的緊湊型核動力航母而言，電傳動實在是遠遠超越時代，遙不可及的雲端餡餅。
實際上，戴高樂艦最為核心的弱點並非動力羸弱，而是體型太小。
戴高樂號全長僅 261.5 米，飛行甲板空間極其緊張，被迫選用 2 條做功行程裁短 18.3 米的閹割版 C-13-3 型蒸汽彈射器，彈射能量較美國海軍使用的全尺寸版本下降超過 1/4。假設艦體線型不變，若將設計航速從 26.5 節放寬至 25 節，戴高樂艦的排水量將可上浮至 55000 噸，全長增加到 285 米，從而得以部署完整版 C-13 型蒸汽彈射器。以損失 1.5 節甲板風速交換 1/3 的額外彈射能量，這生意簡直是肥得流油......
卡特政府時期設想的 6.3 萬噸級滿載排水量 CVV 中型航母，設計推進功率不到 75 兆瓦，功率密度比戴高樂艦還要低差不多 18%。
無庸諱言，核動力性能優勢明顯卻也代價不菲。1998 年美國總審計署對 CV-9 埃塞克斯號至 CVN-76 里根號的 27 艘艦隊航母進行統計分析後發現，以 1997 財政年度的美元計價，常規動力航母平均造價為 35191 美元/輕載排水噸，核動力航母則達到 51549 美元/輕載排水噸，二者之比為 100/146.5。至里根號為止的 9 艘尼米茲級均價達到 39 億美元，幾乎是王師海軍末代常規動力航母 CV-67 肯尼迪號 21 億美元造價的 2 倍。總審計署據此認為，輕載排水 78741 噸的大型核動力航母造價將達到 40.59 億美元，而輕載排水 58268 噸的中大型常規動力航母則只需要 20.50 億美元。按照服役 50 年計算，大型核動力航母的全壽命使用成本為 148.82 億美元，比中大型常規動力航母的 111.25 億美元高出 1/3。
美國海軍對總審計署那幫吝嗇鬼的結論深感不以為然。根據海軍方面的評估，技戰術指標向尼米茲級看齊的現代化常規動力航母，滿載排水量需較尼米茲增加至少 5000 噸，而全壽命成本僅比尼米茲節省 7%。
美國海軍代表性常規及核動力航空母艦每輕載排水噸的採購成本(1997財年美元幣值)
美國總審計署1998年提交的服役周期為50年時常規動力航母與核動力航母的全壽命運作與支持成本(單位億美元，1997財年幣值)
美國總審計署1998年提交的服役周期50年時常規動力航母與核動力航母的全壽命成本(單位億美元，1997財年幣值)
帝國海軍及國防部提交的航母成本分析，服役周期為50年(單位億美元，1997財年幣值)
作為大甲板核動力航母路線的堅定貫徹者，美國海軍自然難以做到不偏不倚，但總審計署以裁減政府開支為最高使命，分析航母成本時方法論存在問題。總審計屬取樣的 4 級 17 艘常規動力航母全部完成於 1969 年之前，加入艦隊的平均時間點為 1952 年。而核動力航母除 1961 年服役的 CVN-65 之外皆在 1975 年之後服役，加入艦隊的平均時間點為 1986 年。由於系統複雜性增加，人力成本提高，生產批量降低，國民經濟去工業化等原因協同作用，二戰結束以來美軍大型武器平台的價格如雨後春筍般節節攀升。
以 2005 年美元計價，1967 年時美國海軍核動力航母的單價為 30.36 億美元，到 2005 年上漲至 60.65 億美元，年均實際增長 1.84%。以 1.84% 年率爬升 34 年後，常規動力航母的平均造價將從上世紀 50 年代初的 35191 美元大幅度上升到 80 年代中葉的 65362 美元，按輕載排水 58268 噸計算每艘造價達到 38.1 億美元，與同時期噸位更大的核動力航母已經沒有實質性差別。
當然這樣的計算並不完全科學。肯尼迪號開工後從 4 核島方案改回常規動力，單艘構成獨立亞型，對成本控制顯而易見造成了不利影響。然而，即使考慮到核安全標準不斷提高，柴燃聯合動力模塊價格相對低廉等因素，目前技術條件下，大型航空母艦採用核動力導致的採購價增量仍不超過 25%。
航母-艦載機武器系統全壽命開銷的最主要部分來自艦載機的維護保障費用。滿編艦載機聯隊的採購價大致與艦隊航母平台相當，全壽命期運作成本大致為購入價的 3 倍。航母平台服役周期內其艦載機至少完成 1 次更新換代。保守假設核動力化帶來的潔凈環境使得艦載機運作費用平均下降 5%，航母服役周期內節省的艦載機維護保障開支即可達到航母平台原始採購價格的 30%。
美軍艦隊航母名義單價增長史。穩步上升的節奏早在核動力成為現實前就已確立
顯然，只要技術允許，即便沒有蒸汽彈射器這一決定性因素，大甲板艦隊航母也應選擇純核動力方案。
對於純滑躍起飛航母，或是使用內燃彈射器/電磁彈射器的彈射起飛型航母而言，為彈射器源源不斷地提供高溫高壓蒸汽不再是動力總成設計必須考慮的問題，平台總有效功率由推進功率與電氣功率兩大部分構成。電氣功率取決於計入增長餘量後的預期電力負荷，推進功率則主要由平台噸位與設計航速決定。
航空母艦該造多大已經無需贅述。平台設計航速則需要稍微掰扯掰扯。艦隊航母動力性能的核心驅動因素向來是戰術機動能力而非艦載機對甲板風的需求。若甲板風過強則地勤人員無法正常開展工作，艦載機的整體運作效率將相應下降。即使在平靜無風的天氣里，航母以 28 節速度前進時，飛行甲板上的風力就已達到 7 級。在浪高 1 米，風速 10 節的 3 級海況下，以 25 節速度逆風而行的航母，飛行甲板合成風速已達 35 節，相當於 8 級強風。實際上，放飛與回收艦載機時，航空母艦通常以中等速度航行。高速衝刺往往發生在飛行作業結束，航空母艦重新回到艦隊基準航向，全力追趕編隊其它成員的過程中。
艦隊航母的最大航速因此主要由下列因素決定：
1. 確保航母在正常運作艦載機的情況下能夠跟上以巡航速度前進的艦隊。根據英國海軍的計算，這意味著航空母艦的衝刺速度 (略高於最大持續航速) 必須比艦隊巡航速度高出 13 節。考慮到相對於驅逐艦等噸位較小的平台，航母實際航速受風浪影響更少，以及現代戰爭條件下單波次放飛規模下降的因素，該數值尚可適當放寬，但仍不宜低於 10 節。
2. 保證航母相對於敵方戰列艦擁有足夠的速度優勢，進可攻如雷霆，退時迅捷如兔。這是黃金時代航母設計者需要認真考慮的因素，在現代戰爭條件下早已不再適用。
3. 保證航母的持續快速機動能力。長時間高速航行有利於規避敵方的偵察監視 (位置不確定性隨航速的平方增長)，依託惡劣氣象條件掩護抵近目標發起突襲 (譬如二戰時趁著夜色刺入陸基航空兵力覆蓋範圍)，挫敗敵潛艇的攻擊企圖 (攻擊型核潛艇的低噪音戰術航速很少能超過 20 節)，即使在現代戰爭條件下也極具價值，是強國航母必須具備的基本性能。
4. 機動規避敵方來襲兵力兵器。
美國海軍主力水面戰艦的巡航速度達到 20 節，其航母兵力不僅用于海外干預，還需繃緊大國競爭這根弦 (後冷戰時期有所放鬆，但也沒有忘到九霄雲外)。美軍艦隊航母的設計航速因此始終高於 30 節。CVV 之類從一開始就不打算北上叩關的 「經濟型」 航母另當別論。
法英兩國海軍對於大國競爭早已放棄治療。其艦隊航母本質上是浮動的戰術航空基地，只求能夠修理卡大佐之流的菜鳥。由於遠洋任務有限，英法兩國水面戰艦的設計巡航速度往往只有 15 節左右，航母能穩定地跑出 25 節實際上就夠用了。
中國海軍多數現役水面戰鬥艦隻的巡航速度為 18 節，艦隊航母應能以 31 節航速衝刺。
得到推進功率，排水量，航速三個變數後，可計算出所謂海軍部係數 Admiralty Coefficient (噸位的 2/3 次方 x 航速的 3 次方後，除以推進功率)，以比較不同艦艇的水動力性能。海軍部係數數值越高，說明水動力性能和推進效率越好。艦隊航母體型龐大，衝刺速度遠離高興波阻力區，全速航行時的海軍部係數通常可達 260-280 (功率單位馬力，排水量單位噸，速度單位節)。取保守值 260，則 8 萬噸航母以 31 節速度航行時需要 21.3 萬馬力，也即接近 160 兆瓦的推進功率。10 萬噸航母以 31 節速度航行時需要 24.7 萬馬力，略高於 180 兆瓦的推進功率。
考慮到中國海軍航母船體線型受到基礎設施限制較小 (美國海軍航母的艦寬受到船塢限制無法增加，為了保證容積被迫選用較為方正，水動力性能較差的船型)，能夠為水動力性能充分優化，將海軍部係數值取為 280 是可行的。此時 8 萬噸航母 31 節航速需要的推進功率為 19.8 萬馬力即不到 150 兆瓦，10 萬噸航母 31 節航速需要的推進功率為 22.9 萬馬力即大約 170 兆瓦。
尼米茲級的電氣功率為 64 兆瓦，目前已顯得捉襟見肘。福特級的電氣系統裝機功率較尼米茲級增長 150%-200% (前者為底線值，後者為理想值)，可在單島停機的狀態下保證作戰能力。據此可以認為電磁彈射型大型艦隊航母的電氣功率至少應該達到 80-100 兆瓦。如果簡單地將推進功率 (推進系統採用機械傳動) 與電氣功率求和，那麼 10 萬噸級 31 節艦隊航母的總有效功率應該達到 260-280 兆瓦 (海軍部係數取保守值 260)。
如前所述，飛行作業時航空母艦實際上不需要全速航行，因此採用綜合電力推進的航母可以適當放寬總有效功率指標。海軍部係數 280 的 10 萬噸級航母以 28 節速度航行時，推進功率為 16.9 萬馬力/124 兆瓦。這樣全艦綜合電氣功率應該達到 220 兆瓦級，保險起見增加 10% 冗餘後為 240 兆瓦級。相比之下，英國海軍女皇級的綜合電氣功率為 110 兆瓦級，最大推進功率為 80 兆瓦。
如果選擇 4 核島方案，240 兆瓦全艦綜合電氣功率即分解為 60 兆瓦單島電氣功率。以目前的技術水平，空間限制相對較小的艦用反應堆的熱效率可達 30%，60 兆瓦電氣功率意味著 200 兆瓦級熱功率。美蘇兩國海軍冷戰末期推出的大功率潛艇堆的熱功率均已達到 200 兆瓦級水平，4 核島航母與潛艇共享基本堆型完全可行。通過技術改造，該型反應堆在服役周期內有可能將電氣功率提升至 70 兆瓦級 (在堆芯熱功率與全系統熱效率兩方面做文章)，從而使 4 核島航母的綜合電氣功率達到 280 兆瓦級。
除供應核潛艇 (受到潛艇動力艙空間限制熱效率較差，有效輸出功率將小於艦用型) 與航母之外。200 兆瓦熱功率反應堆還可用於驅動排水量超過 2 萬噸的大型導彈巡洋艦 (2 套)，排水量超過 7 萬噸的核動力快速戰鬥支援艦 (2 套)，大型豪華遊船 (1 套，另外安裝至少 1 台大功率燃氣輪機電站用於調峰)......其批量生產帶來的規模效益 (工業生產的普遍規律是，產品單價隨著產量的翻倍以固定比例下降，譬如第 2 台比第 1 台便宜 10%，第 4 台比第 2 台便宜 10%，依此類推) 將抹平 4 核島航母與 2 核島航母之間因動力模塊數量不同而導致的成本差異。對於缺乏海外基地的中國海軍而言 (基地群成本極高，美國海軍保障設施完備的基地全部依託發達國家布局，中國沒法這麼玩。另外還需要考慮大肆擴展海外基地群的政治代價)，遠洋作戰艦隊核動力化是必須認真考慮的課題，使用通用堆型的 4 核島航母因而頗具競爭力。
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