“海四”?“新四”?这都哪出现的代号呢?首先明确下,无论是“海四”还是“新四”,这些只是广大网民对未来的臆测,而不是实际机型。从歼-20的工程发展来看,这些机型的型号极大可能是3位数字。例如歼-20就是“718工程”,歼-10可以理解成“010工程”。这些代号才是真正的机型,这个是首先需要明确的一点。
目前来看,未来海军需要的第四代战斗机究竟是什么样,也是个难题。虽然陆地上电磁弹射器测试已经进行多次,可毕竟没有实际装舰,是否会有其他问题仍很难确定。就美军“福特级”面临的情况,电磁弹射器的在舰上遇到的情况远比地面测试要复杂数十倍。在弹射器不定的条件下,究竟是采用核动力还是蒸汽动力又成了一个难点,我们现在也没有专用的核动力水面船舶,这使得未来航母无论是技术要求还是定位上都存在极大的不确定性。
如果航母不定,舰载机就很难开始设计。尽管现在有大量的传言说已经有了“海四”型号,某飞成功中标拿下了订单等等消息,可实际上都不是确切的实际消息。就中国目前航空工业的技术水平和积累来看,设计一款海军专用的第四代战斗机并不困难,困难的事如何优中选优,在歼-20成功的基础上进一步设计一款更紧凑高效的舰载机。
至于“新四”的需求,并不旺盛。如果歼-20能够成功大规模量产,歼-10和歼-16都能保证产能的条件下,中国空军的打击体系已经构建完成,此时留给“新四“的空间极少了。海军倒是有可能需要“新四”,但是本来舰载第四代战机都有了,还建造什么“新四”呢?
以上为个人对这个问题的粗浅的认识和资讯整合,仅供抛砖引玉,欢迎更多深入讨论。
所谓的海四就是指我国海军航空母舰未来使用的采用隐身设计的第四代战斗机,而这个划分是根据老的战斗机划分标准而来,依据国际通行的标准可以叫做“海五”。
目前我军装备的隐身战斗机是成飞生产的歼-20战斗机,这是一款按照国际标准的第五代战斗机,具备隐身能力,超音速巡航能力,超视距打击能力和超强机动能力。
目前中国海军装备的航空母舰舰载机是沈飞生产的歼-15飞鲨战斗机,这是一款世界上最重的舰载机,最大起飞重量达到了33吨。而美国空军目前正在换装F-35C战斗机,这是一款具备隐身能力的舰载机,从性能上看,歼-15战斗机完全不是F-35C的对手。
之前有传说沈飞的FC-31获得了海军户口,即所谓的“海四”,不过从第12届中国国际航空航天博览会上看FC-31还是以外贸产品的形式进行展示,这个代表海军未来的舰载机并不是FC-31。
所谓的新四代机也是传闻而已,目前除了美国拥有两大系列第五代战斗机、其余国家还没有这个实力。
核动力航母的续航有多恐怖?
核动力航母和常规动力航母其实本质上都是蒸汽轮机驱动,而蒸汽轮机说句不好听的就是高级版烧开水,只不过一个是用油炉烧开水,另一个则是用原子炉烧。常规动力航母的油一般是热值较高,安全性高,廉价的石油副产品重油,而所谓核动力原子锅炉则是利用核反应堆进行铀235燃料棒的裂变反应释放热能,加热锅炉。
(航母蒸汽轮机动力原理)
既然都是烧热水,我们只需要比较二者之间所能释放的能量多少就能直观的得出结论。一千克铀235所能释放的能量值约为8.2×10 ^13,相当于2700吨煤炭燃烧所释放的能量,而一千克煤约释放29MJ能量,而一千克重油约释放31MJ能量,所以一千克铀235燃烧后释放的能量约等于2000吨重油!也就是说一艘常规动力航母即使装载1万吨燃油,其实也不过相当于核动力航母的5千克铀235而已!两者差距,可以说是天壤之别!
以我们最熟悉的辽宁舰为例,它的动力为4台国产化的TB-12蒸汽轮机和8台增压锅炉,采用四轴四桨推进,总功率约20万马力。辽宁舰的燃油舱最多能够搭载约8000吨重油,在以32节的最高速度航行时,能够一次性航行约3850海里(7130公里),而以18节的经济航速航行时,它的续航力能够达到7000海里(1.3万公里)。这样的续航力已经足够辽宁舰在西太平洋的广大海域尽情驰骋,但是如果要进行全球部署作战,即使搭配上最新的901型补给舰进行伴随燃油补给,仍旧是有些力不从心!
(辽宁舰)
而反观动力充沛的核动力航母则完全没有燃油短缺的顾虑!世界上第一艘核动力航母为美国在1961年服役的“企业号”航母,它的标准排水量约7.5万吨,采用8座A2W压水反应堆,4台威斯汀豪斯蒸汽轮机,驱动四个重量达到29吨的大型螺旋桨推进,总动力达到了28万马力!也正是因为这样充沛的动力,企业号航母的最高航速达到35节,是世界所有航母之最!
(航母用压水反应堆)
一般来说,航速越高,单位时间能耗就越高,航母的续航性就大打折扣,因此大部分常规动力航母在非作战情况下都是采用比较慢的经济航速航行,目的就是省油!而对于核动力航母而言,它的能量几乎相当于无限,所以无所谓什么巡航速度和最高速度,只要开心,可劲造就完了!1969年,企业号航母,长滩号和班布里奇号核动力巡洋舰、海狼号核潜艇进行了为期65天的环球航行,整个航程超过3.5万海里,全程不仅没有进行任何燃油补给,而且几乎都是在以20节以上的高速进行奔袭!(企业号核动力航母环球航行)
而企业号的动力其实远远不止于此,一般来说,民用核电站的核燃料铀235的丰度都在3%左右,因此即使是核电站,一次也要装填几吨的燃料棒,而航母内部空间狭小,装填拆解核燃料的难度大,成本高,因此都是直接使用丰度在30%以上的高丰度浓缩铀。企业号的核反应堆核燃料丰度在40%左右,每座反应堆初次装填约300公斤核燃料,也就是一共有120公斤左右的铀235有效燃烧成分,企业号一共有八座核反应堆,总共拥有960公斤铀235,约等于192万吨重油!也正是因为这么充足的能量供应,企业号在20节的高速下,续航里程依旧可以达到惊人的40万海里!即使在美军航母各种高强度的全球任务部署下,企业号的第一锅核燃料也用了将近15年之久!
(库尔斯克号核动力潜艇的燃料棒)
由于企业号八座反应堆太过于占据舰体空间,以后的尼米兹级和最新的福特级都减少为两座反应堆的布局。虽然反应堆减少,但是续航能力并没有降低,福特级已经开始采用丰度在90%以上的武器级铀,装填的燃料减少了,但是铀235的量却变相增加了,续航力也大幅提升。据说福特级使用的A1B压水反应堆已经可以做到全寿命不用更换燃料,续航力提高到百万海里的级别!常规动力与核动力的巨大差距一目了然,因此我们能做的就是加快核动力航母的建造服役,因为我们的征途是星辰大海!
(福特级航母)
核动力航母的续航能力与核反应堆直接相关。
目前世界上只有美国和法国有在役的核动力航母。世界上第一艘核动力航母企业号系列目前已退役,美国目前有十艘尼米兹级核动力航母和一艘福特级核动力航母在役,法国有一艘戴高乐号核动力航母。
图释:企业级航母
企业级航母采用西屋公司研发的8座A2W型压水堆,单台功率35000马力,首次换料周期三年半,我国三门核电采用的AP1000型商用压水堆也由此公司设计制造。
尼米兹级航母使用两座A-4W型号反应堆,A4W是A2W的升级版,仍由西屋公司供货,单座功率130000马力,总功率260000马力,连续服役约25年就要经历一次换料大修,换料大修时间长达36个月。
图释:A3W反应堆控制室,和上一代研究用反应堆控制室类似,比商用堆控制室要小很多
2017年服役的福特级航母,美国政府没有采用西屋公司的A5W反应堆,采用了由贝提斯原子能实验室研发的两座A1B核反应堆,推进功率280000马力,换料周期长达50年。
戴高乐号直接将核潜艇使用的反应堆搬上了航母,虽然安装了两座,但仍然有小牛拉大车的感觉,总输出仅76200轴马力,是全世界跑的最慢的航母,换料周期七年半,检修时间将近占了在役时间的一半。
那么决定堆芯的寿期的因素是什么?决定堆芯寿期的因素有很多,主要因素就是燃料富集度和燃料装载量。
核燃料富集度燃料棒中有效的裂变成分是U235,但是天然铀矿石中U235的富集度仅仅有0.7%,剩下的全都是U238,富集度就是指核燃料棒中U235与总的铀核子的数量之比,燃料富集度越高,有效成分越多,寿期就越长。
图示:燃料组件
目前国内核电站使用的核燃料富集度都不超过5%,一个寿期循环大概12个月到18个月。福特级和尼米兹级航母使用的核燃料浓缩度都达到了90%以上,有效延长了换料周期。
图示:反应堆堆芯
燃料装载着核燃料装载量越大,寿期当然也会越长,航母虽然空间比核潜艇大了许多,但毕竟空间有限,航母反应堆堆芯每座燃料装载量一般不超过4吨,不到一个卫生间大小,相比于200多吨的大型商运压水堆堆芯已经小了不少。
此外,反应堆运行方式,控制毒物的分布都会影响堆芯寿期。
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