願乘長風破萬里浪——關於航母核動力裝置你不知道的事兒

核動力與常規動力居然是一奶同胞？

目前全世界除了英國人的「伊麗莎白女王級」航母特立獨行的採用了燃氣輪機加綜合電推的動力組合方式，其他所有航母無一例外都是採用蒸汽輪機驅動。蒸汽輪機所用來燒開水的鍋爐被分為常規動力的「燃油鍋爐」和核動力的「原子鍋爐」，二者都是使用鍋爐燒開水產生高溫高壓水蒸汽，然後水蒸汽衝擊汽輪機葉片，從而帶動轉子另一端的螺旋槳運轉，最後推動航母前進。人們為了區別燒開水的方式，於是就誕生了核動力航母和常規動力航母的的說法，殊不知兩者其實不過是一奶同胞的兄弟罷了！

（核動力其實也是驅動蒸汽輪機）

美軍尼米茲級航母的主動力雖然看似是兩具A-4W反應堆，但是真正最後做功的卻是4具總功率約26萬馬力的蒸汽輪機。現在有人質疑並嘲諷蒸汽輪機落後，完全就是無稽之談，連最先進的尼米茲級和福特級都使用這種動力，動力充沛，經濟實用的蒸汽輪機在未來很長很段時間仍然是大型航母的首選動力，又何來落後一說？

（福特級航母剖面圖，最下方為核反應堆）

反應堆的運轉原理以及核動力航母如何調整自身航速？

雖然同樣是燒開水，但是與傳統燃油鍋爐的直接點燃重油就開煮不同，原子鍋爐是同時具備兩個迴路系統的，而且反應堆內的熱水並不直接參与蒸汽輪機的運轉。反應堆內一迴路中通常放置的是高潔凈度的純凈水或者重水，這些水也被稱為冷卻劑，當反應堆開始運轉產生大量熱能後，這些冷卻劑水就循環不斷地將熱量持續帶走，並在這一過程的盡頭傳導至二迴路，二迴路中的水就被加熱併產生蒸汽，而後蒸汽在經過蒸汽輪機的增壓噴嘴後，就會高速噴射至轉子葉片，從而帶動轉子旋轉，以此推動螺旋槳旋轉和航母航行。

（艦用核反應堆結構原理圖）

航母航速主要取決於螺旋槳轉速，而螺旋槳轉速則取決於蒸汽的產量，燃油鍋爐可以通過增加減少燃料的加入量來控制火勢大小，從而準確把握蒸汽的產量，以此來調整航母航速，那麼高大上的原子鍋爐是怎麼進行這樣的操作呢？核心就是傳說中的反應堆控制棒！航母反應堆主要是臨界狀態核燃料進行自發的鏈式裂變反應，而核裂變主要原理就是熱中子轟擊鈾-235原子，而後鈾原子炸裂後又釋放大量中子，以此循環往複，所以要減緩或者終止核裂變，只需要控制中子數量即可，而這就需要反應堆控制棒登場了。

（鏈式核裂變反應過程）

反應堆控制棒通常是由硼、鎘、碳化硼、銀銦鎘這些對中子吸收能力強的材料製造而成，當控制棒完全插入反應堆芯底部時，中子被全部吸收，反應堆處於停堆狀態，當拔出來一段時，部分中子被釋放出來，反應堆小功率運轉，當控制棒完全拔出來時，反應堆則滿功率運轉。所以只需要調整控制棒的插入深度就能夠控制蒸汽的產量，進而操控航母的速度。

（核反應堆控制棒）

核動力航母的優勢何在？

核動力相對於常規動力最大的優勢就是續航性能的無限提高，原子鍋爐燃燒一千克鈾235釋放的能量約等於2500噸煤炭或者2000噸柴油。美國最後一型常規動力航母「小鷹級」最多能夠攜帶7800噸艦用燃油，可以讓滿載排水量8萬噸的「小鷹級」以20節的經濟航速連續航行1.2萬海里，高速32節時則只剩下4000海里的續航能力。而現如今的尼米茲級和福特級航母因為採用了核動力，理論上可以支持航母以最高時速無限航程盡情狂奔，所以一旦熱點地區形勢突變，美軍航母總能第一個趕去鎮場子，這就是核動力的優勢。

（企業號航母和長灘號巡洋艦進行無燃料補給環球航行）

與民用電站的核燃料棒有所區別，艦艇用反應堆體積小，功率大，更換維護困難而且成本較高，因此為了儘可能的減少燃料棒的更換周期，就必須提高燃料棒丰度！相對於民用丰度僅為3.5%的核燃料棒，軍用艦艇反應堆的核燃料丰度都高的離譜，法國戴高樂號航母上使用的鈾燃料棒丰度為20%，尼米茲級鈾燃料棒丰度為40%，而俄亥俄級核動力潛艇甚至是直接使用丰度在90%以上的武器級鈾235，有的甚至是直接從退役核彈頭上拆解下來的！

（濃縮鈾）

一般來說，一次性能夠裝入反應堆的燃料棒丰度越高，質量越大，更換核燃料的周期也就更短。各項數據表明，戴高樂號航母平均更換一次核燃料的時間只有7年，這和它照搬核潛艇動力導致小馬拉大車，能耗太高有著莫大的關係。而尼米茲級更換一次燃料平均時間則達到了15年，在更換燃料的同時還可以進行大修，算是一波美滋滋的操作了。而福特級因為採用了新式的A1B反應堆，燃料更換周期大幅提高到40年左右，也就是說在福特級航母整個服役期都不需要進行任何燃料補給，這已經是逆天存在了！而這種天生優勢也正是美軍將其水下潛艇以及水面航母全部轉換為核動力的最大動力！

（俄羅斯核潛艇進行核燃料棒更換）

核動力也並不單純！

核動力航母雖然名曰核動力，但其實也是配置了常規動力裝置的，而這些常規動力裝置通常是用作應急，以備不時之需！美軍裝備最多的尼米茲級航母一共擁有4個直徑為6.4米的5葉大傾斜螺旋槳，而每個螺旋槳的驅動軸除了連接蒸汽輪機之外還另外加裝了一個8000馬力的大功率柴油機，一旦核反應堆出現停堆或者其他突發事件，總功率達到3.2萬馬力的4台柴油機依舊可以推動航母慢速航行，在和平時期可以免於興師動眾呼叫緊急救援的尷尬，戰爭時期則不至於因為拋錨而淪為敵人的固定靶子！

（福特級航母螺旋槳傳動軸內部特寫）

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