| crystal13 发表于 2021-1-27 01:23 只看TA 1楼 |
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[原创] 弹射器推算，以及003航母动力选择。 首先，看看弹射到底需要占用多少能量——其实这只需要一个动能公式E=1/2*m*V^2.下面会假设一些数据，我会尽量保持精确，但是肯定会取高值，毕竟要多点余量。 理所当然的，我会准备摸着鹰酱过河： 0，参考对象。 借用美军福特级的电磁弹射器设计调整后的设计 弹射速度范围：28~103m/s 末速度偏差：0~1.5m/s 弹射能量：122MJ 弹射周期：45秒 补充能源需求：6350千瓦 当然这只是理论的设计需求数据，实际上福特的弹射间隔是75秒，相比其45秒的理论值，能源补充问题严重，难怪川普闹着要换蒸汽弹射器，毕竟蒸汽弹射的周期也不过60秒。。 1，质量。 用老美的数据，F14弹射数据33.75吨，E-2也差不多，F35最大满载也就31.7吨，F18E/F满载29.7吨。。。。Emmmm，国内的J15满载貌似是32吨多点，毛子Su33的数据是34吨，不过考虑到国内比毛子更好的减重技术，以及制约载重最实际的挂点。。32吨多满载真不是技术不过关，重载挂架不够倒是很有可能。 另外就是J20舰载型，满载未知，FC31舰载型，满载估计33吨左右，考虑到马院士曾经说过中国的电磁弹射器“40吨没问题”，姑且假设J20的舰载型是满载40吨（是不是太肥了点？） 2，速度。 在弹射器的实际使用中，飞机自身的推力也是不容忽视的——满载情况下飞机都被要求开满加力。。当然丢脸的F18E/F不算，29.8吨的满载单独看很可观，但是放在能弹射33.75吨的F14的弹射器上，只要求油门而不要求满加力也是可以理解的。 套用动能公式E=1/2*m*V^2 美军福特级电磁弹射器122MJ的弹射能耗，F35满载31.7吨。 通过公式计算，弹射器提供的速度大概是27.7m/s，换算一下，大概是100km/小时，54节。 这个速度与满载33.75吨的F14起飞所获得的26.9m/s左右的加速度是很接近的，也与福特级弹射器最低末段速度28m/s接近。。毕竟允许误差就有1.5m/s 也就是说弹射器最终只为F35提供了100km/h，或者54节的加速度，考虑到F14起飞速度都是108节，而F18E/F的起飞速度是148节，飞机自身的推力，以及航母的逆风全速航行速度（风速 30节航速），我们姑且计算未来的国内舰载机需要弹射器提供30m/s的满载起飞速度好了，算起来也简单点。 3，能量转换效率。 这大概是最重要也是最大的坑，毕竟能量转换效率决定了弹射能耗的多少，而弹射能耗和补充电能的转换效率，决定了对舰艇能源的需求。 比如美国最新（？）的C13-2蒸汽弹射器，关于功率的说法有很多，一说104MJ的功率，一个是93MJ的功率，还有一个是134MJ，这类说法的数据误差大概是来自于蒸汽弹射器应对不同重量的弹射物时，蒸汽的能量转化效率的波动——毕竟蒸汽能源的转换效率只有4~6%。 这也能解释为什么尼米兹级26万马力的最大动力所能提供的蒸汽，居然能在全速只放飞32架飞机之后，就要进入半个小时的萎靡状态，航速掉到一半不说，蒸汽也需要补充。 以及尼米兹级名为10万吨的超级航母，其26万马力的动力反而赶不上8万吨级的常规航母小鹰级28万马力的动力，但美国人还是喜滋滋的一口气造了12条。。 毕竟核能嘛，蒸汽转换效率再低，不用烧油就很美好了啊。。。得要多大的油舱给全速放飞战机时半小时工作，半小时萎靡的尼米兹补燃油！ 参考直线电机的能量转换效率，弹射器大概在0.6左右，比旋转电机0.8左右的效率更低。 也就是说福特级理想的电磁弹射器一次弹射总耗能122/0.6≈203MJ。 美军要求弹射一次耗时45秒。 203/45=4.51MW，这个数据和试航时福特电弹的补充能源需求：6350千瓦(6.35MW)相差有点多，都有30%了——回头想一想传言里福特的电磁弹射器供能并非是通过反应堆供应的电力，而是专门配置的柴油发电机。。所以这30%的差异似乎也是可以理解的，毕竟能量有转化效率嘛。。美帝财大气粗。 所以计算一下，我们得到了一个补充能源的转化值，大概是1.3倍弹射功率（柴油机）——之所以注明柴油机，是因为国内的航母准备上综合全电控制系统，进行全舰的电力调度，而且这还是一套直流系统，不是美帝的交流系统，这就很容易给电容充电，也不一定需要柴油机，在能量转换效率上肯定是占有优势的。如果不需要柴油机，优势很大，如果要柴油机，优势就比较小了。 4，弹射器周期 继续摸鹰酱的脑袋，弹射周期45秒。 然后进入正题： 先列出前面的条件：40吨重的舰载机，弹射加速的末端速度是30m/s，弹射器转换效率0.6，电能储能转换效率是1.3，求弹射器系统最终需要消耗的功率，或者满足弹射器工作条件的需要的功率。 1/2*40（吨）*1000（公斤）*10（牛）*30^2（m/s）=180MJ 带入弹射器效率 180/0.6=300MJ 带入储能转换效率 300*1.3=390MJ 带入周期 390/45=8.67MW 也就是说一条弹射器想要以45秒为周期，以30m/s的速度弹射满载40吨的飞机，需要消耗8.67MW的功率。 如果003上4条理论中的电弹射器，大概是34.68MW，如果是3条，26MW，两条，17.34MW。 以下是对比： 尼米兹级，10万吨级核动力超级航母，航速31节,26万马力，约194MW 小鹰号，8万吨级常规航母,航速35节28万马力，约210MW 伊丽莎白女王级，6.5万吨，航速27节，动力是燃气轮机组是36MW两套和若干柴油机辅助动力，柴油发电机，累计108MW 重点来了：我兔引进UGT25000国产化的QC-280 的功率是28.67MW，055级万吨大驱装了4台，114.68MW，电力超过女王。 而055舰长180米，宽23米，能装下4台燃气轮机，相比之下，003以辽宁为参考，辽宁吃水线舰长270米，宽38米，003在长宽上肯定还要再超出一些，怎么说一个满载6万吨，一个满载8万吨。 那么003能不能装下8台QC-280？如果装下8台，动力就能达到甚至超过小鹰号的程度，8台接近230MW，超过尼米兹不说，甚至超越的这部分36MW，都足够4条弹射器使用。 就这还没算改进型的QC-280ICR，官方公布的数据是40MW。 当然鉴于辽宁，山东的航速（27节满），以及护卫舰052D（29节满）的航速，003的完全不需要塞下8台那么多的燃气轮机，只需要有4台QC-280ICR，就能提供160MW的功率，供养2~3台电磁弹射器和自身的航母设备（毕竟飞机少）在舰艇能源方面完全就是挥霍。 同时4台燃机不论是从续航还是航速控制，都是很好的选择，与055这些也能形成比较完美的航速配合，再配上几台柴油发电机作为备用和调峰等临时电力配置，在全舰电力综合系统的电力统一调度下，几乎可以说完美。 相比之下，核动力确实会带来续航的优势，但且不说目前反应堆的成熟度问题，这个续航优势对于国内的核动力航母，也是很难体现出来的——毕竟航母没有护卫舰，是不敢单舰出击的，又不是毛子那样的载机巡洋舰。。 既然无法单独出击，那么即使航母出动就是出动一个战斗群，航母可以依靠核动力无限续航，但是，航母的滑油，飞机航油等油料消耗是避免不了的，充其量就是多延续一段时间。 而且，即使航母控制飞机出动率，但航母不需要补给，护航舰艇就不需要补给么？？ 财大气粗的美国人在最疯狂的时候曾经组建过全核舰队，但最终还是回归了常规动力——这又体现了一个核动力的劣势。。。真贵，用在高价值主力舰上没问题，但是中低价值的护航舰就很亏了。。偏偏航母出航，这些中低价值的护航舰还少不了！ [ 本帖最后由 crystal13 于 2021-1-27 20:00(GMT+8) 编辑 ] |
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| 90909aeiou 发表于 2021-1-27 13:48 只看TA 2楼 |
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| 如果是常规动力的话大概率还是用蒸汽轮机吧 |
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| anye214 发表于 2021-1-27 15:57 只看TA 3楼 |
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| 放多少燃气轮机不能参考055大驱。两种舰艇侧重不同。大驱关键是防护，雷达能探测多远，探测精度，同时应对目标多少，这些是它的主要任务。大驱的高耗电设备更多，需要的电力也就更多。航母减弱了防护功能，需要更大的空间放置舰载机，燃油和航空人员，我感觉参考002的空间更合理一些。 |
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