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機械技術

建造航空母艦有哪些難點

時間:2016-09-23 21:28:24   作者:   來源:   閱讀:1982   評論:0

    建造航空母艦有哪些難點:

難點之一

  設計技術

  航母設計是否合理、完善對航母的作戰使用和保障維修起到至關重要的作用。

 

  雷達隱身設計

  航母體形龐大,氣勢逼人,然而,對反艦導彈和雷達探測系統來說,巨大的體積卻意味著良好的靶子。因此,現代航母設計時越來越注重雷達隱身設計。

 

  抗打擊設計

  一旦航母受到打擊,如何提升生存力也是重要的設計課題。英國新型“伊麗莎白女王”級航母采用了獨特的“雙島”式設計:兩個位于右舷的獨立艦島各司其職,前者專門用于航行操控,后者則以控制艦載機行動為主。這種設計大大提升航母的抗打擊能力,并減少了艦載機起降過程中的氣流干擾,開辟了大型航母設計的新思路。  

 

難點之二

  載機起降技術

  從某種意義上說,航母是一個大型海上浮動機場。因此,先進可靠的起飛和降落技術是航母性能的重要標志,也是決定航母戰斗力的關鍵要素。

 

  艦載機起飛技術

  從目前來看,只有美國真正掌握了可靠、有效的起飛彈射技術,其他幾個航母擁有國要么采購美國的蒸汽彈射器,要么采用滑躍式飛行甲板,借助滑躍甲板使艦載機騰躍升空。如今美國還在全力研制電磁彈射器,并已取得突破性進展,可望于2015年在“福特”級航母上使用。

 

  據悉,與蒸汽彈射器相比,電磁彈射器不僅使重量和體積減少一半,而且其加速性可根據艦載機的重量隨意變化,既可彈射更重、更快的艦載機,也可彈射小而輕的無人機。另外,還具有維修周期短,使用成本低等優點。

 

  艦載機降落技術

  使用攔阻索幫助艦載機降落看似簡單,卻直接關系到艦載機的安全。統計表明,航母艦載機60%~70%的事故都是在降落時發生的。所以,各個航母擁有國都在艦載機降落技術上投入了巨大的人力物力進行研究。英國的未來新航母計劃采用短距起飛和垂直降落方式,同時還要求艦載機利用矢量推力減緩飛機進場的速度,并保留機翼升力不變。  

 

難點之三

  艦載機技術

  艦載機是航母的主要進攻和防御武器,其先進性將決定航母作戰能力的高低。

  美國為其未來“福特”級航母量身定制了第五代戰機F-35C。為了進一步滿足其兩棲攻擊的特殊性,美國海軍和海軍陸戰隊還研制、建造了F-35B垂直/短距起降型攻擊戰斗機。其他國家的航母艦載機將繼續瞄準第四代或四代半來設計。印度在設計、發展未來航母艦載機時就牢牢把握三艘航母通用的原則,堅持發展適合滑躍式甲板的米格-29K艦載機。

  艦載無人機由于具有體積小、重量輕、成本低、效費比高、用途廣泛且可避免人員傷亡等優點,正逐漸成為未來航母的主力機種。2011年2月,美國X-47B艦載無人機進行了首次飛行測試。這標志著實戰型無人機正式上艦已為期不遠。該無人機的入役決非單純地填補美國航母艦載機機種的空白,更重要的是將有可能徹底改變未來海、空戰的作戰模式。

 

難點之四

  動力技術

  動力系統是航母的“心臟”。二戰后,美國航母的動力系統更替明顯加快。從“福萊斯特”級航母上的蒸汽輪機,到“企業”號航母上的A2W型壓水堆,再到“尼米茲”級航母上的A4W/AIG型壓水堆,美國現役航母已全部實現了核動力化,其續航能力和性能已相當出色。不過,美國海軍并不滿足,又為新一代“福特”級航母設計建造了更新型的A5W壓水堆。其產生的電力是現役航母的3倍,在航母50年的全壽命期內,A5W壓水堆不必更換堆芯。

  法國雖然發展了歐洲第一艘核動力航母“戴高樂”號,但自1999年“戴高樂”號試航以來,艦上的核動力裝置便故障頻頻,艦上核輻射超標,而且航母的航速也只能達到27節,滯后于護衛艦只。以至于法國在未來的PA-2航母上重新啟用常規動力裝置燃氣輪機。

  事實表明,除了美國之外,其他國家要讓大型戰艦用上核動力還有相當難度。

 

難點之五

    鋼材及建造技術

  航母作為一種作戰艦艇,其船體必須能承受住9級以上風浪。因此,航母對鋼材的要求遠比一般民船要高,主要有以下突出特點:

  第一,高強度。隨著航母噸位增加,長度加長,船體在海洋中承受的波浪載荷也越來越大。建造航母所用鋼材強度必須足夠高。

  第二,高韌性。航母不僅要承載波浪載荷,還要承受飛機起降沖擊和武器發射的反沖作用。因此,高韌性鋼材對于航母安全十分重要。

  第三,耐腐蝕。航母常年在海上服役,船體會受到海水腐蝕,為了使航母能夠獲得較長的服役期限,船體必須采用耐腐蝕鋼材建造。

 

  高標準焊接能力

  航母的主體結構是龐大的焊接構件,因此,焊接技術高低,直接關系到航母的建造周期、建造質量和建造成本。數據表明:航母的焊接工時要遠超民船的焊接工時,最高甚至達到總工時的50%。在航母的焊接結構中,焊接接頭往往是最薄弱的部位,焊接質量將直接關系到船體結構的安全可靠性。

 

  精密建造能力

  航母制造技術也是一個重要環節。當今世界上,有很多國家能夠制造大型船舶,但這并不等于它們擁有了建造航母的能力。在航母的制造過程中,要經過很多道工序和大型設施。

  根據美國海軍工程規范,美國航母建造時要經過船體放樣、船體機件加工、船體裝配、設備安裝等12道“高精尖”工序;其中航母的船體放樣最為關鍵這道工序堪稱航母“胚胎期”,它需要標準化的大型試驗水池、風洞及超高速計算機作為依托,目前世界上只有不到10家公司有能力完成這些工作。


(1)航母的設計與建造準備

  航母的建造是一項龐大的系統工程。在航母上船臺之前,研制機構和船廠要做的工作包括:設計準備、計劃準備、技術準備、工藝準備、人員材料和設備準備、工廠場地和設施準備等。

建造航空母艦有哪些難點

    各階段的圖紙準備計劃

  設計準備(主要是指生產設計準備)和計劃準備的主要工作是完成審核設計圖紙,按照合同要求的工期制定出詳細的建造周期計劃,人員、材料、設備、安全文明施工等專項計劃。船體、涂裝、內裝、機、管、電等各專業的設計交底,讀圖講圖等。

  技術準備主要有船舶建造技術、船舶舾裝技術、船舶涂裝技術、船舶焊接技術、船舶建造精度管理技術等等。

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供應材料的廠家也是很重要的

  工藝準備。其中最重要的是新技術新材料的應用,有的船廠為了新產品的制造,特意建造模擬分段和模擬艙,以熟悉工藝。

  材料和設備準備。由于航母建造對比民船需要的材料種類十分復雜,而且數量龐大,所以設備廠商應根據原材料(鋼板)大型鑄鍛件和主要機電設備納期表,對到廠的材料和設備按照技術要求和造船規范進行驗收和入庫保管。

    工廠場地和設施準備。根據承建船舶的需要,對專用工裝和工夾模具提前進行設計、制造和訂貨。對船廠原有的場地設施,如平臺、船臺、滑道、船塢、碼頭、起吊設施、下水設施和各種設備進行動力供應等,應根據承建船舶的要求特點進行必要的準備,甚至改造。此外還對涉及軍工產品區域的安全保衛工作做好準備。

鋼材預處理流水線、船體放樣與號料

鋼材備料是一個造船業的專有名詞,指的是將造船所用的鋼材送入預處理線,進行矯平、噴砂除銹、底漆等處理工作。

航母船體結構使用的板材和型材常因軋制時壓延不均,軋制后冷卻收縮不勻或運輸、堆放過程中其他因素的影響而存在各種變形和銹蝕。為保證質量,航母使用的板材和型材從鋼料堆場取出后,先分別用多輥鋼板矯平機和型鋼矯直機矯正,以保證號料、邊緣和成型加工的正常進行。在切割前需要進行除銹,噴涂車間底漆和矯正,這個過程叫做鋼材預處理。

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船廠干凈整潔的車間場地

 

  目前,常用的除銹和涂漆是由鋼材預處理流水線完成的。鋼材預處理流水線是由鋼材的除銹、噴漆、烘干等工序形成的自動作業流水線。利用傳送滾道與鋼料堆場的鋼料吊運、號料、邊緣加工等后續工序的運輸線相銜接,以實現船體零件備料和加工的綜合機械化及自動化。

  鋼材預處理流水線詳解:首先是下料車間。船舶制造的第一階段工序,按照工程師放樣(圖紙上的位置設計放到實地位置)結果,確定制造船舶所需鋼材的形狀、數量和質量,接下來再進行鋼板的加工操作。鋼板到廠后,首先要進行校平,成為平整的鋼板才能使用。先用電磁吊將鋼材吊放到輸送輥道上。輥道以3-4米/分的速度送入加熱爐,使鋼材溫度達40~60℃,目的是去除鋼板表面的水分,使氧化皮、銹斑疏松,便于除去,同時可增加漆膜的附著性。

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航母建造流程表(推測)

  接著去除銹,常用的除銹方法有拋丸除銹(使用離心式拋丸機的旋轉葉輪將鐵丸或其他的磨料高速噴射到鋼板的表面,使氧化皮和銹斑剝離)和化學除銹(使用某些酸液將氧化皮和銹斑反應掉)。航母一般使用的是拋丸除銹,鋼板進入機器后,拋丸裝置自動地向鋼板兩面拋射丸粒(丸粒可回收再使用),并用熱風除去鋼板表面的灰塵。

  在鋼材除銹并清潔后,進入噴涂室噴涂車間底漆(一般為無機硅酸鋅底漆、環氧富鋅底漆、環氧鐵紅底漆)。噴涂作業是在半封閉的噴涂室內進行的。為了適應不同寬度的鋼板,噴槍往返的行程可以調節。為了使涂層連續并保證一定的漆膜厚度,輥道的輸送速度應與噴槍噴涂速度相配合,這可通過電氣控制進行調整。

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船廠的下料車間、鋼板校平機,到廠的鋼板首先在這里校平。(注:配圖為大型民船建造現場及所用材料)

  鋼板離開噴涂室后,進入干燥室進行烘干。使漆膜烘干的方法有紅外線、遠紅外和電加熱等。無論用哪種方法,一定要有通風裝置,以利于噴漆溶劑的揮發,加快干燥過程。鋼板烘干后從干燥室出來,經質量檢驗合格(檢查鋼板表面有無麻點缺陷等)并進行標記。這樣經過預處理的航母鋼板才能送入加工車間進行切割。

  號料就是將航母設計的型線圖、結構圖按比例進行放樣展開,以得到船體構件的真實形狀和實際尺寸,然后再將這些已經展開的零件,通過構件樣板、圖紙、數控等不同的號料方法,在平直的鋼板或型材(球扁鋼、角鋼)上劃(割)出構件的切割線及加工線等。同時還要在材料上合理的排列各構件圖樣,以求省料省工,這一工作稱為套料。一艘航母需要放樣的圖紙是一個天文數字,可以用“汗牛充棟”來形容——當然現在沒有牛車了,裝航母圖紙得用卡車。

  航母的船體放樣和號料均由計算機完成(樣板制作依然需手工完成,不過依據的圖紙也是由計算機完成的)制作,主要是利用相關生產設計或專門放樣的軟件進行展開,給出零件套料圖(一般以分段為單位,方便后續零件的堆放和轉運)、數控切割程序(切割機下料使用)以及零件加工數據。一般分為結構線生成、零件生成和套料。

 

(2)航母的構件加工

    航母船體構件加工

    航母用的鋼板經過預處理和號料之后,就可以開始用來制造航母構件了。航母船體構件的加工可分為船體構件的邊緣加工和成型加工兩個部分。

  邊緣加工共分為兩個大步驟,第一是按照號料后在鋼材上劃出的船體零件實際形狀,利用剪床或氧乙炔氣割、等離子切割進行剪割分離。第二是切割完的部分零件的邊緣還需要用氣割機或刨邊機進行焊縫坡口的加工。

  航母鋼板的切割,在邊緣加工步驟的切割方法主要有機械切割法(剪切、沖孔、刨邊、銑邊),化學切割方法(氣割)和物理切割法(等離子切割和激光切割等)。由于各種切割方法都各有優點,所以在航母建造過程中,以上切割方法都有可能用到。

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成型加工車間

  經過切割步驟后的航母鋼板將進行焊接坡口的加工。部分焊接方式要求零件板邊進行坡口加工。造航母分段的時候,為了讓板頭板尾對齊、兩個或者更多的材料,運用焊接前預制焊口的處理,卷筒后避免發生金屬材料發生角差,針對于金屬材料邊緣進行處理的一種方式,它是機械設備制造行業為保證設備高精度高品質不可或缺的操作方式。

  航母艦體構件的成型加工主要是對艦體的彎曲構件在邊緣加工之后進行彎曲成型。可分為板材成型加工和型材成型加工。

  板材成型的主要方法有機械冷彎法和水火彎板法。對于具有曲度、折角或折邊等空間形狀的船體板材,在鋼板剪割后還需要成形加工,主要是應用輥式彎板機和滾壓機進行冷彎,或采用水火成形的加工方法,即在板材上按預定的加熱線用氧-乙炔烘炬進行局部加熱,并用水跟蹤冷卻,使板材產生局部變形,彎成所要求的曲面形狀。復雜曲度板要先加工出一個方向的曲度,然后再用水火彎板法加工出其他方向的曲度。對于用作肋骨等的型材,則大多應用肋骨冷彎機彎制成形。一般單向曲度板都采用機械冷彎法加工。

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大型三輥卷板機

  機械冷彎法加工常用的方法為(三星輥)輥彎、(液壓機)壓彎、數控彎板。

  壓機包括懸臂式和柱式液壓機,采用各種不同的壓模壓制出板件形狀。航母上需要用到它的地方包括:配件加工定型、沖邊、校正、模具、軸類、軸套類零件的壓裝、壓印成型、板材零件的彎曲、壓印、套形拉伸等工藝,大型的船錨還可能需要用到配套廠的大型水壓機。

  航母艦首的外飄較大,尤其是滑躍起飛方式的航母,艦首的高度、外飄度都十分可觀。因此,鋼質外板需要精準的曲面成形加工。

    航母的部件拼裝

    在完成以上這些步驟之后,我們的工人才算有了“基本零件”,可以開始航母的部件拼裝了。航母的船體部件拼裝,指的是兩個或者兩個以上的零件拼裝成組件(小組立),兩個或者兩個以上的組件拼裝成部件(中組立)的生產過程。常見的部件拼裝包括甲板和艙壁板組件的拼接、T型材裝配、肋骨框架的拼裝等等。

    部件裝配焊接又稱小合攏。將加工后的鋼板或型鋼組合成板列、T 型材、肋骨框架或船首尾柱等部件的過程,均在車間內裝焊平臺上進行。部件拼裝作業可以使用埋弧焊、自動角焊等高效率焊接方式,比較容易實現流水線作業。還有采用FCB(焊劑銅襯墊單面焊雙面成型埋弧自動焊)焊接、焊接機器人等先進方法,有效提高工作效率。

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彎管車間,可以看出是處理小管道。

  分(總)段裝配焊接又稱中合攏。將零部件組合成平面分段、曲面分段或立體分段,如艙壁、船底、舷側和上層建筑等分段;或組合成在船長方向橫截主船體而成的環形立體分段,稱為總段,如船首總段、船尾總段等。分段的裝配和焊接均在裝焊平臺或胎架上進行。

  平面分段流水線用于平面分段的生產,主要內容包括拼板、縱骨安裝、縱桁肋板安裝。對于一般的船舶而言,列為平面分段的船體重量往往有50%-70%,因此很多大型船廠都有類似的生產線。我們的航母就是在這種類似的生產線里生產的。

 

(3)航母的裝配與下水

    航母的裝配

    裝配就是將加工合格的船體零件組合成部件、分段、總段,直至船體的工藝過程。

    分段劃分的原則是:

  (1)分段重量和尺寸的選擇。首先分段的總重量(包括分段舾裝重量和臨時加強重量)不超過船廠的起重運輸能力(船臺船塢起重能力、裝焊場地起重能力、分段翻身和轉運能力);其次防止分段的尺寸太大導致的結構剛性不足(主要是指平面分段、曲面分段、半立體分段)。

  (2)生產負荷的均衡性。要使分段容積、形狀等方面近似,以達到各加工和裝配層次中均衡地分配作業;例如采用島式建造法時,上建分段要與主船體分段長度一致,以便開展舾裝作業。

  (3)結構強度的合理性。分段的對接縫位置不應設在應力集中區域。分段要有足夠的剛性和穩定的形狀,從而盡量減少臨時支撐和加強,使其不至于因為焊接、火工矯正和翻身吊運產生較大的變形。

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一般船體的裝配流程圖,航母雖然復雜很多,但基本流程一樣。

  (4)施工工藝的合理性。要盡可能考慮舾裝和涂裝作業的需要;擴大分段焊接機械化、自動化的范圍,使困難的焊接轉成容易的焊接;分段接縫要布置合理。

  (5)降低材料消耗。分段劃分時要充分利用鋼材,以鋼板規格作為依據。合理選擇胎架形式,減少臨時支撐和加強布置,減小輔助材料消耗。船體分段劃分的最終成果是分段劃分圖。

航母的船體裝配

  分為船體結構預裝焊和船臺裝焊,其中船體結構預裝焊又分為部件裝焊、分段裝焊和總組裝裝焊三道工序。船體結構預裝焊所使用的主要設備有起重、電焊、氣割和壓縮空氣設備,以及管道、平臺和胎架。其中胎架是制造船體曲面分段和曲形立體分段的形狀胎模和工作臺,它應具有足夠的結構剛性和強度,主要作用是支承分段,保證分段曲面形狀和控制其裝焊變形。胎架分專用胎架和通用胎架,航母分段的建造廣泛使用專用胎架和通用胎架的套管支柱式胎架。

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“伊麗莎白”號的船尾(04號底座)重11300噸,搬運工作耗時3小時,動用了450個遙控搬運器。

  專用胎架是專用某種分段使用的,比如航母的底部、舷側、甲板分段和首、尾柱分段。從一塊鋼板到可以稱為分段的時候,大概需要兩至三個月,三個月后分段數量開始增加,在“室內船臺”分段流水線上加工好的航母分段越來越多。由于航母的塢期較長,所以在航母入塢前,分段一定要有足夠多的數量,這樣才能減少在塢時間。分段是否能按時生產,對整個施工計劃的安排有決定性的作用。所以航母塢期期間,其余民船應該是停止了分段建造或在其他地方建造。

各國航母(兩棲攻擊艦)的建造方式

    船舶的建造方式一般分為六種:

(a)總段建造法。把總段作為船體總裝單元的建造方法。由于總段較大、剛性好,并有較完整的空間,可以減小船臺工作量和焊接變形,同時總段的預舾裝程度較高,并可提前進行密性試驗,不過對船廠的起重運輸能力要求較高。首先將船的基準總段(一般為船體中部或靠近中部的總段)運輸到船臺(船塢)固定,然后依次吊裝前后的相鄰總段,當兩個總段的對接縫結束后,即可進行該處的舾裝工作。

(b)塔式建造法。建造時以中部偏后的某一底部分段為基準分段(對于中機型船舶,也可取機艙分段),由此向前、向后擴展,自下而上,依次吊裝分段。在建造過程中所形成的已安裝區始終保持下寬上窄的寶塔形狀,故稱塔式建造法。塔式建造法安裝方法簡便,有利于擴大施工面和縮短船臺周期。但焊接變形不容易控制,完工后首尾上翹較大,可以通過加放反變形來緩解。

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蘇聯航母一般使用船臺建造,下滑入水的方式。

(c)兩段建造法。也稱為兩段建造水上合攏法或塢內合攏法。它是將船體分為兩段,在船臺或者船塢內分別建成,在水下或塢內(也可以是浮船塢、大型駁船)合攏成整個船體的建造方法。該方法可利用小的船臺建造更大的船,當兩段分別作業時,可縮短船臺周期,但在水上合攏需要建造龐大的隔水裝置。

此外還有串聯建造法、水平建造法和島式建造法,一般用于民船建造,這里就不一一闡述了。


美蘇航母建造的船臺(塢)和下水方式對比

    美蘇(當時)建造航母關鍵的差別在于美國是船塢造船法,而前蘇聯是船臺造船法。前者相當于海邊或者河邊,使用鋼筋混凝土加固,來挖一個大坑,把水抽干關上閘門,就可以造船,建造完畢再把水放進來將船移出。而船臺造船法則是在海邊建一個斜坡,船建完了,順著軌道就可以滑入海中。1934年英國建造3.7萬噸的“瑪麗女王”號豪華郵輪船臺下水后,出現了船體板架變形的重大問題,美英等國普遍認為船臺造船法已經不適用于建造超大噸位艦艇。因此美國10萬噸的核動力航母都選擇船塢造船。但蘇聯由于歷史和地理上的原因,繼續挖掘船臺造船技術。為了建造58900噸的“庫茲涅佐夫”艦,蘇聯特別改造了下水滑道和水下支架和船頭加固裝置來保證下水安全。

 

(4)動力系統

    動力系統的選擇與安裝

  船舶動力系統通常有兩種類型,一是原動機與推進器機械聯接構成獨立的推進裝置,艦上輔助機械及生活系統所需的電能則由獨立的船載電站負責供應。二是原動機產生的機械能全部用于發電,這些電能分別配送給電動推進裝置、輔助機械及生活系統等。現有的艦船80%以上采用第一類動力系統。

  在原動機選擇上,在沒獲得滿足航母要求的核動力之前,常規動力是必然的選擇。航母由于噸位大,需要大馬力的主機,因而要么走大功率蒸汽動力方案,要么走燃氣輪機路線。在艦用燃氣輪機方面,最近幾年才出現了MT-30、LM2500+G4這樣的單臺功率接近5萬馬力的型號,在此前很長一段時間內,世界各國(包括英美俄)的艦用燃氣輪機單臺功率均在2~3萬馬力的水平徘徊。

建造航空母艦有哪些難點

由圖對比可見,對于航母而言柴油機由于功率小、壽命短是不適合的,其余三種方式都是有實際應用的。

  單發動力不足也是為何美俄(蘇)設計的航空母艦都沒有采用燃氣輪機動力的基本原因。英國設計的“伊麗莎白女王”級航母上使用了2臺MT-30燃氣輪機,該機是目前可用的功率最大的艦用燃氣輪機,但它的最高航速僅為25節,仍然較慢。

  因此,綜合各種指標考量,蒸汽動力就成為了最佳的選擇。而且蒸汽動力航母還可以較方便地使用蒸汽彈射器,全燃動力則和蒸汽彈射器不兼容,只能使用更先進的電磁彈射器,技術跨度更大。蒸汽動力雖然具有系統復雜、配置自動化系統較難、占用的艙容大、施工周期長、維護工作量多以及經濟性較差等缺陷,但是其單機功率大、技術成熟、壽命長、安全可靠、對燃料要求低的優點,十分符合航母這種大噸位水面艦艇。

  選擇蒸汽動力作為航母動力的另一個原因,是因為蒸汽動力和核動力的“后半段”——蒸汽渦輪系統是有技術延續性的,“換代”的時候可以直接傳承。

“庫茲涅佐夫”級航母使用的蒸汽輪機系統是5萬馬力的燃油鍋爐和汽輪機,和美國最后一型常規動力航母“小鷹”級(滿載排水量8萬4千噸)相比有一定的差距。“小鷹”級最高航速34節,動力系統為4軸,28萬馬力,單軸達7萬馬力。當然,由于“庫茲涅佐夫”級的噸位比“小鷹”級要小,因此前者的最高航速仍然可以接受。

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“戴高樂”航母的核動力推進系統

  換句話說,如果要研制滿載排水量超過8萬噸的航母,其動力系統的最大功率不能比“小鷹”級的數據差太多。如果建造一艘比“庫茲涅佐夫”級更大(7~8萬噸)的航母,在動力系統不變的情況下,航速可能只能維持在27~30節之間(法國的“戴高樂”號是26節,英國的“伊麗莎白女王”號是25節)。

  近代艦船鍋爐的結構形式基本可以分為兩大類:一類是美、日和西歐常用的D型爐膛鍋爐。二是俄羅斯(蘇)和中國常用的圓形爐膛鍋爐。D型爐墻規整,水冷壁易于布置,輻射受面多、傳熱量大。過熱器相對工作溫度較低,工作安全可靠。圓形的優點是爐內砌體動力條件好,爐膛容積熱負荷高,鍋爐結構緊湊,重量和尺寸小,比較難布置水冷壁,通常采用雙面燃燒,燃燒器的數量多。兩種鍋爐各有優勢。

  “庫茲涅佐夫”級采用的КВГ-3鍋爐是一種圓型爐膛鍋爐。在實踐中,中國已對“現代”級導彈驅逐艦所用的鍋爐(與“庫茲涅佐夫”級采用的КВГ-3同一系列)進行過許多測繪與改進,取得過不小成績,已掌握成熟的設計手段。

汽輪機

  需要說明的是,其實蒸汽輪機并不能算一個分支,核動力其實也是蒸汽輪機,只不過是用反應堆燒開水,而常規動力是用重油等燒開水,原理上都是蒸汽輪機。由于蒸汽輪機具有功率大、維護費用低廉的優點,工作可靠性高、效率高,造價也不高,因此航空母艦的動力裝置依然熱衷于使用蒸汽輪機。特別是采用核動力的話,也必須要用蒸汽輪機。

  高壓缸內缸承受蒸汽的溫差小、壓差大,而外缸承受的溫差大、壓差小。因此內缸壁中溫度梯度不大,引起的熱應力較小;外缸承受大溫差,但由于缸壁承壓小,在工況變化過程中,能承受較大的熱應力。低壓缸工作特點:保證足夠的剛度和良好的流動特性,盡量減小排汽損失;采用鋼板焊接結構,并用加強筋加固;排汽室采用徑向擴壓結構,以充分利用排汽余速動能;低壓缸進、出汽溫差大,為使外殼溫度分布均勻。

  當前安裝汽輪機組的航母,一般配置為4臺齒輪轉動式渦輪主機,都是雙殼體結構,由高壓渦輪和低壓渦輪組成,倒車渦輪分布在低壓渦輪個體中。在航行時,高壓缸的蒸汽通過容器室到低壓缸,最后到達冷凝器。渦輪主機有一個可以把功率分成兩部分的雙級減速齒輪,齒輪可以把來自渦輪的扭力矩傳遞給軸線。

建造航空母艦有哪些難點

吊裝主機,注意是直接吊裝進總段。

  艦船傳動裝置用于發動機與推進軸系之間,是艦船主動力系統中不可缺少的關鍵設備,一般由齒輪箱、離合器、聯軸器等傳動部件按動力裝置不同配置組合而成,是船、機、槳匹配的紐帶。通過配置適當的傳動裝置,可以將有限的幾型發動機組合成適合各種艦船需要的動力裝置,極大地擴展了主機的使用范圍。聯合動力裝置可彌補單機功率不足,實現一機多用:既可提高艦船巡航工況的經濟性,又可滿足加速工況的總功率要求,通過傳動裝置保證動力裝置各個艦船主動力機獨立或聯合工作,實現螺旋槳軸速度的轉換及把艦船主機的功率傳遞到另一根軸系等。船用齒輪傳動裝置的功能主要有:減速用于匹配主機與螺旋槳的扭矩-轉速;傳遞主機的功率至軸系;承受螺旋槳的推力(主推力軸承置于齒輪箱內);匹配主機與螺旋槳的轉向;主機交替運行工況切換;設置離合器,避免主機帶負荷啟動;實現正倒車或雙速傳動。輔助功能包括:低速盤動齒輪箱及推進軸系;靜態鎖住螺旋槳軸;動力分支驅動(PTO)驅動軸帶滑油泵、海水泵系統的液壓泵、調距槳液壓泵等。特殊功能包括:發動機碼頭(單獨)試車脫開軸系;掛裝調距槳配油器等。

  單軸功率50000馬力以上的傳動裝置已是國外大型艦艇不可缺少的關鍵設備。由于大檔功率動力裝置覆蓋面大,應用范圍廣,各國非常重視大功率艦船傳動裝置的研究,無論是燃氣輪機動力還是蒸汽動力,都有多種規格的大檔功率傳動裝置已裝艦使用。

 

(5)推進裝置的那些事兒

推進裝置

    推進裝置的功能是將主機的扭矩傳給中間軸,再把中間軸上螺旋槳的推力傳給船體。由于航母的推進軸系、螺旋槳體積巨大,如美國“企業”號航空母艦上有4部螺旋槳,每個螺旋槳直徑達6米以上,重量近30噸。因此航空母艦軸系的數量并不多一般為2至4套,航空母艦所有的推進功率只能分攤在少量的軸系上,使每根軸系的功率變得很大。

 

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軸系的組成結構圖

  航母動力艙室的布局一般是在前后主機艙內(各)安置四臺汽輪機,每臺汽輪機的前部有兩座鍋爐為航母提供動力,汽輪機后部是水平異心傳動齒輪箱。由齒輪箱帶動軸系,如需多個汽輪機共同驅動一個主軸,則采用中間軸相連,主軸連接螺旋槳。1、2、3號動力艙分別由兩臺兩用柴油機和2臺渦輪發電機組成一個供電系統,4號動力艙由3臺渦輪機組成一個供電系統(注意這3臺渦輪機是在軸系的上部甲板上)。

  推力環:在滑油的動力作用下,推力環旋轉,推力塊繞支持刃偏轉一個小角度,使推力塊與推力環之間形成楔形空間,滑油被推力環帶入楔形空間,產生了動力油壓。推力環的推力通過動力油壓傳遞到推力塊上,并經調節圈傳遞給機座,同時通過地腳螺栓傳給船體,從而推動船舶前進。正常情況下,推力軸承是在液體動力潤滑下工作的。

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推力軸和推力軸承結構圖

  機架、機座的作用:內部安裝運動部件的導板和支承(如缸套、導板和主軸承)構成運動部件(如活塞、十字頭、連桿和曲軸)和傳動部件(傳動齒輪、鏈輪和凸輪軸)的運動空間。

輔機設備

  輔機是航母上除主機以外的動力機械。按用途輔機分為五類:1.船舶推進裝置服務:燃油輸送泵、滑油泵、海水泵、淡水泵、空氣壓縮機、分油機等。2.航母航行與安全服務:舵機、系泊設備、吊艇機、消防泵、艙底水泵、壓載泵等。3.裝載補給服務的:起貨機、通風機、制冷裝置、貨油泵、洗艙泵等。4.士兵生活條件服務:制冷及空調裝置、海水淡化裝置、飲水泵、衛生水泵、熱水循環水泵、通風機、減搖裝置、船用鍋爐等。5.防污染服務:油水分離器、生活污水處理裝置、焚燒爐、污油泵、污水泵等。

  “庫茲涅佐夫”級航母上有9臺ТГ-1500型渦輪發電機,每臺1500千瓦;6臺ДГР-1500型柴油發電機,每臺1500千瓦。這些發動機可以提供總功率高達22500千瓦的電力,有的航母還配備了有源相控陣雷達。為了保證航母的電力系統、全艦系統、裝置、日常生活所需要的能量以及汽輪機裝置組成里的輔助動力裝置能夠正常運轉。隨著新型航母電子設備、機電設備用電功率不斷增大,航母應該配備更加強的電力系統,總發電功率應達到30000千瓦以上。

航母上一般需要安裝海水淡化裝置,而當前的海水淡化裝置也同樣需要電力驅動。為了保證航母上的空氣調節系統正常運轉,還應該安裝大功率的渦輪壓縮機式制冷劑,每臺的制冷效率應有200萬千卡/小時以上。

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福特級航空母艦的螺旋槳

 

機械安裝步驟 

  采用塔式建造法的航母,分段的預舾裝比總段制造法的少。當主要分段合攏后,就開始了主要設備的舾裝,為了保證安裝的進度和質量,這個過程估計要3個月左右,這就是說在開工9~12個月之間,船廠中的航母的外觀都不會有太大的變化。主要都集中在主機,發電站,輔機設備,船舶自動化設備的安裝,分段的安裝也是在底部。


標簽:航空母艦 
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