軍工世界丨改造航母的那些事兒

改造航母的那些事兒

■李由之

前不久，有外媒報道，英國皇家海軍計劃將在伊麗莎白女王級航母上安裝彈射器。眾所周知，伊麗莎白女王級航母是一種大型滑躍式航母，目前搭載的是F-35B垂直起降艦載機(jī)。不過，英國皇家海軍似乎并不滿足搭載F-35B，準(zhǔn)備引進(jìn)常規(guī)彈射起飛和攔阻降落的F-35C艦載機(jī)或F/A-18E/F“超級大黃蜂”艦載機(jī)。

目前，英國皇家海軍已經(jīng)公布初步改裝設(shè)計圖。從圖紙可見，該級航母的改造工程量不小——將艦艏的滑躍甲板整體拆除，采取安裝平甲板、加裝彈射器和攔阻裝置、重新調(diào)整航母起降指揮系統(tǒng)等一系列措施。但該方案能否順利實施，還得看英國的財政預(yù)算和軍工企業(yè)的執(zhí)行情況。

航母的發(fā)展，需要跟上現(xiàn)代戰(zhàn)爭加速演進(jìn)的步伐。無論是改舊艦還是造新船，成為一些國家發(fā)展航母繞不開的話題。直到今天，擁有航母的國家并不多，能夠?qū)嵤┖侥父脑斓膰彝瑯忧缚蓴?shù)。在這項復(fù)雜的系統(tǒng)工程中，彈射系統(tǒng)、艙室模塊、武器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等配套設(shè)施和技術(shù)都需要一一解決。

航母的改造既需要強(qiáng)大的國力作后盾，更需要完整又雄厚的工業(yè)實力作支撐。動輒幾十億甚至上百億的資金投入，讓很多國家只能權(quán)衡利弊、綜合考量，走出適合本國國情的發(fā)展道路。相比造一艘航母，改造航母有多難？一些國家為何寧可造一艘新航母也不選擇改造？改造航母成效如何？請看本期“軍工T型臺”。

英國皇家海軍伊麗莎白女王級航母。 資料照片

看點一　彈射系統(tǒng)加裝

張弓搭箭費(fèi)思量

此次伊麗莎白女王級航母升級的最大看點，是計劃加裝彈射器和攔阻系統(tǒng)。從滑躍式改為彈射式，這種改造在英國尚屬首次。

彈射起飛，優(yōu)勢在哪？對比艦載機(jī)常用的3種起飛方式：垂直起飛和滑躍起飛時，會限制艦載機(jī)起飛重量，且出動率較低；而彈射起飛的艦載機(jī)，能以幾乎滿油滿彈的狀態(tài)起飛，最大限度發(fā)揮出艦載機(jī)的作戰(zhàn)效能。那么，彈射器加裝，需要過哪幾關(guān)？

一是技術(shù)關(guān)。無論是蒸汽彈射器還是電磁彈射器，都對國家工業(yè)制造水平要求很高。開口氣缸和儲氣罐，是蒸汽彈射技術(shù)繞不開的兩個研發(fā)難題。彈射器的開口氣缸，不僅需要承受巨大的蒸汽壓力，還要確保開縫處的絕對密封；儲氣罐則需要具備良好的蠕變性能和抗拉強(qiáng)度，必須采用耐高溫特種合金鋼。而電磁彈射器可以在短時間內(nèi)釋放出巨大電能并轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，這是普通發(fā)電機(jī)難以做到的。再則儲能設(shè)備、耐高溫材料等一系列技術(shù)也十分復(fù)雜，讓絕大多數(shù)國家望而卻步。

二是資金關(guān)。當(dāng)技術(shù)難以突破瓶頸時，花錢引進(jìn)似乎是一種選擇，但所需資金一般國家難以承受。主打自主國防政策的法國，在改進(jìn)“戴高樂”號航母時，卻只能選擇從美國引進(jìn)彈射器，耗資達(dá)數(shù)十億美元。如果把拆除成本和攔阻裝置都算上，其費(fèi)用幾乎可以重新造一艘航母。有放就有收，攔阻索是攔阻系統(tǒng)的標(biāo)配。艦載機(jī)著艦時，飛行速度大約為300公里/小時，攔阻索在被勾住的瞬間，會產(chǎn)生上百噸的拉力。這幾根不起眼的繩索需要“剛?cè)岵?jì)”，才能在兩三秒內(nèi)讓艦載機(jī)穩(wěn)穩(wěn)停下。所以說，美軍航母上一根攔阻索要價150萬美元，也就不足為奇了。

三是操作關(guān)。除了甲板上的攔阻索，甲板下也有一整套系統(tǒng)與之相連，堪稱吸收飛機(jī)沖擊力的“幕后功臣”。在艦體內(nèi)部加裝這套系統(tǒng)，需要重新規(guī)劃線路和空間布置，工程量十分龐大。美國“中途島”號航母曾改造2年，安裝了3部蒸汽彈射器，艦艏2部彈射器可以正常使用，斜角飛行甲板上的1部彈射器利用率并不高。這是因為在航母設(shè)計之初并沒有安裝彈射器的準(zhǔn)備。而伊麗莎白女王級航母在論證研究階段，預(yù)留了艦艏前部彈射器和艦艉攔阻索的空間，是此次航母改造的有利條件。

看點二　艙室模塊改造

牽一發(fā)而動全身

航母設(shè)計之初，科研人員已經(jīng)規(guī)劃好了每個艙室的用途和結(jié)構(gòu)框架，航母承力結(jié)構(gòu)也會經(jīng)過復(fù)雜的計算和模擬過程。一旦設(shè)計定型后，哪怕是局部改裝都必須考慮航母整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可謂牽一發(fā)而動全身。以此次伊麗莎白女王級航母甲板由滑躍式改彈射式為例，其滑躍式甲板是一個整體模塊設(shè)計，安裝拆解起來都相對方便。

試想如果沒有預(yù)留充足空間，改造難度可想而知。印度海軍“維克拉瑪?shù)賮啞碧柡侥缸畲筇攸c是艦島過于靠近艦體中部。這是因為其前身“戈爾什科夫”號航母是直升機(jī)航母，配置了大量導(dǎo)彈和火炮，飛行甲板成為附帶品。印度不得不在這艘二手航母上進(jìn)行改造，耗費(fèi)了幾十億美元。

航母很龐大，可搭載上千名船員，說它是一座小城鎮(zhèn)也不為過。然而，即便再大的航母，每一寸空間都十分寶貴。在有限的空間里，要把各類人員和武器裝備安排妥當(dāng)，保證訓(xùn)練、指揮、作戰(zhàn)、后勤等各個系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可謂龐大又繁瑣。一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，代價是致命的。二戰(zhàn)時期，日本“信濃”號航母服役后首次出航，僅航行17個小時便被美軍艦4枚魚雷擊沉，是世界上最短命的航母。究其原因，“信濃”號航母是由未建造完成的“信濃”號戰(zhàn)列艦改裝而來。作為“半截子”工程，前期沒有做好設(shè)計規(guī)劃，甚至有些艙室的門還未安裝就草草派上戰(zhàn)場，被擊中后艦體大量進(jìn)水，最終折戟沉沙。

雖說航母改造復(fù)雜，但一些國家探索出適合本國國情的發(fā)展之路。伊朗國產(chǎn)“莫克蘭”號戰(zhàn)艦，被外界評論是伊朗直升機(jī)航母。這艘直升機(jī)航母由伊朗本國一艘巨型油輪改裝而來，在甲板上搭建平臺供直升機(jī)起降，這或許會為一些國家改造航母提供經(jīng)驗思路。

看點三　武器庫升級

門檻多工程量大

航母上的武器庫種類很多，其中，艦載機(jī)作為航母的戰(zhàn)斗核心，是航母改造升級的重要一環(huán)。一些軍事強(qiáng)國自行研制國產(chǎn)艦載機(jī)以滿足本國海軍特定作戰(zhàn)需要，而大多數(shù)國家只能通過購買世界軍貿(mào)市場上的貨架產(chǎn)品嫁接到本國航母上。那么，制造艦載機(jī)有哪些技術(shù)門檻？

機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。艦載機(jī)的起降距離非常短，艦載機(jī)要在3秒內(nèi)從靜止加速到起飛速度，又在攔阻索制動下從時速約300公里減速至靜止?fàn)顟B(tài)，其機(jī)體強(qiáng)度必須能夠承受高速飛行帶來的巨大沖擊力。艦載機(jī)的起落架系統(tǒng)也要能夠承受彈射器的巨大推力，研制難度比普通戰(zhàn)機(jī)更具挑戰(zhàn)性。

動力系統(tǒng)推力大。普通陸基戰(zhàn)機(jī)起飛依托機(jī)場跑道，滑跑距離長，瞬時推力不需要太大。而艦載機(jī)需要在較短的起飛距離內(nèi)獲得足夠推力，這對戰(zhàn)機(jī)動力系統(tǒng)要求非常高。一般來說，艦載機(jī)上的航空發(fā)動機(jī)推重比要比其他機(jī)種高得多，各國都是拿出研發(fā)的最強(qiáng)發(fā)動機(jī)產(chǎn)品裝配在艦載機(jī)上。

材料工藝制造難。艦載機(jī)工作在高濕高鹽高酸的海洋環(huán)境中，會加速機(jī)體結(jié)構(gòu)老化，影響發(fā)動機(jī)、飛行雷達(dá)、電子器件等設(shè)備正常工作。設(shè)計師要在結(jié)構(gòu)設(shè)計、防腐措施、材料和工藝選擇等方面進(jìn)行綜合考量，延長艦載機(jī)的使用壽命。艦載機(jī)滿足了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、發(fā)動機(jī)推力和耐腐蝕等方面要求，必然會以犧牲航程和載彈量為代價，這兩項數(shù)據(jù)恰恰是艦載機(jī)戰(zhàn)斗力的重要指標(biāo)。

為搭載更多新型武器系統(tǒng)，伊麗莎白女王級航母還要進(jìn)行大改造——艦艏的起飛坡道是為F-35B量身定制的，需要改裝才能適合起飛無人機(jī)和其他機(jī)型，配套設(shè)施的加裝會加大工程量；艦艉安裝攔阻索，需要重新調(diào)整航母起降指揮系統(tǒng)，更新為能夠指揮戰(zhàn)機(jī)彈射起飛、攔阻降落的新系統(tǒng)……這一件件工程都不是短期能夠完成的。

看點四　動力系統(tǒng)改進(jìn)

技術(shù)復(fù)雜代價高

擁有性能好的動力系統(tǒng)是航母改造繞不開的話題，其可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到航母作戰(zhàn)能力。航母業(yè)內(nèi)有這么一句話，航母跑得越快越好。高速航行狀態(tài)下的航母，會為艦載機(jī)創(chuàng)造強(qiáng)勁的甲板風(fēng)，有利于艦載機(jī)安全高效起飛。降落時，航母航行在茫茫大海上，猶如一片飄零的樹葉。持續(xù)的高速逆風(fēng)可降低著艦速度和飛行員操作難度，提高飛行安全性。

那么，升級動力系統(tǒng)，工程量有多大？通常來講，一艘8萬噸的常規(guī)動力航母，動力總功率相當(dāng)于一個能為20萬人城鎮(zhèn)供電供暖的熱電廠。如何在滿足航母空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提下，把重型設(shè)備放進(jìn)去，是一大挑戰(zhàn)。

不同國家有各自現(xiàn)實考慮。美軍“喬治·華盛頓”號航母寧可切割艦體，也要換裝新的核動力系統(tǒng)。反觀“戴高樂”號核動力航母，法國海軍沒有為它單獨(dú)研制核反應(yīng)堆，而是將2艘法國導(dǎo)彈核潛艇的K-15型反應(yīng)堆直接搬上了航母。雖然節(jié)省了設(shè)計經(jīng)費(fèi)，但“戴高樂”號的航速不足30節(jié)。一旦出現(xiàn)故障，維修難度也很大。

與常規(guī)動力航母相比，核動力航母持續(xù)高速航行能力更強(qiáng)，技術(shù)更復(fù)雜。核反應(yīng)堆功率體積比例與航母布局的關(guān)系、核燃料純度與控制技術(shù)的平衡以及安全和應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，都是棘手難題。所用的燃料不同，動力裝置不同，航母總體設(shè)計和布局也截然不同。美國小鷹級航母改造成企業(yè)級航母，工程量十分龐大。艦上取消了常規(guī)動力所需的粗大又笨重的進(jìn)氣管道和煙囪，留有較大的飛行甲板空間，以增加艦載機(jī)數(shù)量。全艦按照小鷹級航母布置，將8座重油鍋爐直接更換成8座反應(yīng)堆，航速最高可達(dá)35節(jié)。但這種設(shè)計十分浪費(fèi)空間，導(dǎo)致企業(yè)級航母艦身中段幾乎被輪機(jī)設(shè)備占滿，改裝費(fèi)用完全可以重新建造一艘新航母。