首次海试的福建舰

大家都知道我国目前有三艘航空母舰，在国家正式公布型号之前这三艘舰的序号是001、002、003。后来国家公布了这三艘航母的型号，分别是001型、001A型，002型。这也非常容易理解，001型就是我国购买自乌克兰的库兹涅佐夫级航母瓦良格号，该舰拖回我国时尚未完成建造，随后在大连造船厂续建之后就成了辽宁舰。辽宁舰于2012年9月25日交付人民海军。之后在辽宁舰基础上仿制改进之后建造了山东舰，2019年12月17日交付人民海军。因为山东舰是在001型基础上仿制改进的，所以叫001A型。而原计划的003号航母修改设计之后命名为福建舰，其型号就是002型。

我国首艘航母辽宁舰

众所周知福建舰曾经历过一次设计修改。这里我们把原计划的航母称为003，把修改设计后的航母称为福建舰。据金一南将军透露，003早在2015年就已经开工建造了。虽然当时年年都喊着八月航母舰上船台，但是003的船体模块出现在江南造船厂的船台上已经是2018年了。按照造船工业的惯例，航母开工后最多一年以内，船体模块就可以上船台了。但是003自2015年开工之后第三年才出现在船台上，这中间到底发生了什么事情？根据已公开的消息，在2016年也就是003开工之后的第二年，曾进行过一场蒸汽弹射器和电磁弹射器的对比测试。

经过对比测试 最终福建舰中途修改设计装备了电磁弹射器

这场对比测试的起因是我国海军工程大学马伟明院士带领的团队研制成功了电磁弹射器器。而我国原计划安装在003上的是蒸汽弹射器。虽然电磁弹射器的研制工作比蒸汽弹射器起步更晚，但是在马伟明院士团队的努力下电磁弹射器研制出来了。鉴于电磁弹射器相对于蒸汽弹射器的巨大技术优势，马伟明院士强烈建议上马电磁弹射器。但是此时福建舰已经开工，值不值得为此大动干戈修改设计，决策层也难以拿定主意。为此展开了一场电磁弹射器和蒸汽弹射器的性能对比测试。

右二和右一为时任海军司令吴胜利与马伟明院士

最终电磁弹射器在对比测试中完美胜出。于是领导拍板决定上马电磁弹射器，这样就必须对003原来的设计做出修改，这就是003开工后迟迟没有上船台的根本原因。那么003到底修改了哪些设计？仅仅是把弹射器从蒸汽弹射器换成电磁弹射器这么简单吗？实际上修改003弹射器的设计涉及到的修改范围是远远超出大家想象的，修改设计花费了近两年左右的时间才完成。围绕这个问题，我们这里将写一个系列的文章，探讨福建舰修改设计之谜。当然官方并没有正式公开福建舰的修改详情，我们只是沿着技术逻辑对福建舰修改设计的过程进行推测分析，分析结论仅供大家参考，如有雷同纯属技术必然。

福特级航母电磁弹射系统的电力需求是56兆瓦

首先福建舰的弹射器从蒸汽弹射器改成电磁弹射器后，要解决的第一个问题就是电力的供应问题。参考美弟福特级航母，这部分的电力需求是56兆瓦，因为美弟福特级航母是四条电磁弹射器，也就是每条电磁弹射器的电力需求是14兆瓦。虽然福建舰是三条电磁弹射器，但是我们要明白福建舰去掉第四条电磁弹射器的目的是为了提高弹射器效率，因为第四条电磁弹射器的使用率是非常低的。这就意味着福建舰虽然减少了弹射器数量，但是也减少了第四条电磁弹射器对第三条电磁弹射器工作的干扰。

福建舰采用了三条弹射器的设计 避免了第四条弹射器的影响也增加了停机面积

而且福建舰的舰载机数量和福特级最多只差一两架，我们此前专门有文章分析过，这里就不重复了。感兴趣的话可以参考以前的文章，链接放在本文末尾。也就是说福建舰对弹射器弹射器能力的需求和福特级没有多大的差别。福建舰三条电磁弹射器的总弹射器能力不会比福特级的四条弹射器更差，否则就没必要砍掉第四条电磁弹射器。而这就意味着福建舰三条电磁弹射器对电力的需求不会低于福特级四条电磁弹射器的总电力需求。那么我们就按照56兆瓦的功率来计算福建舰电磁弹射器的电力需求。

航母上的辅助动力主要是柴油机 无论常规动力还是核动力均是如此

我们之所以要分析电磁弹射器的电力需求以及003的电力供应情况，是因为这是003修改为福建舰的最底层技术逻辑，搞清楚这件事就知道了从003修改到福建舰到底修改了什么。实际上福建舰要解决的电力问题远不止56兆瓦这么简单。因为从山东舰到福建舰，电力需求的增长是爆炸式的。我们只要研究一下美弟航母的发展就知道了，从使用蒸汽弹射器的小鹰级到使用电磁弹射器的福特级航母。航母的电力需求从15兆瓦增长到了210兆瓦，这不光是因为弹射器增加的电力需求造成的，同时也是航母上大量增加的其它用电设备造成的。小鹰级航母的电力主要来自主动力，也就是燃油锅炉提供蒸汽通过汽轮发电机发出了12兆瓦的电力，还有三台辅助动力柴油机发出的3兆瓦电力。

福特级航母计划阶段电力配置曾有172兆瓦的设计 实际首舰执行的是192兆瓦

到了福特级航母上，电力需求猛增。福特级上有四台26兆瓦的汽轮发电机，使用反应堆提供的蒸汽发出共计104兆瓦的电力，另外还有多台辅助动力柴油发电机组共发电106兆瓦。而福特级的首舰发电功率略低一些，比后续舰少了两台90吨的柴油机，其辅助动力柴油机的发电量只有88兆瓦。也就是说福特级的总发电量是210兆瓦。这已经比福特级航母的推进功率都要大了，福特级的推进功率是209兆瓦，全部来自反应堆。换句话说福特级级航母的主机功率是209+104=313兆瓦。

福建舰的用电设备非常多 光相控阵天线就有32面

对福建舰来说情况更复杂，因为此前的山东舰和辽宁舰根本就没有弹射器。到福建舰上增加电磁弹射器之后，要为弹射器增加56兆瓦的电力。同时因为排水量的增加，以及其他用电设备的增加，比如福建舰上那32面相控阵天线。福建舰的动力系统相对于此前的辽宁舰和山东舰要做出大幅度修改，以便增加电力供应。首先是动力主机的功率需要大幅增加，参考福特级航母舰，主动力的功率需要提高到320兆瓦以上。而且因为我国的福建舰要比福特级晚出现了十几年，对电力的需求会更高，福建舰的主机功率需求可能在320~350兆瓦，辅助动力的功率需求大概在110~120兆瓦。

俄罗斯航母上使用的燃油锅炉

对于修改设计前的003来说，其采用的是蒸汽弹射器，那么动力设计应该是以燃油锅炉为主动力的常规动力系统。燃油锅炉提供蒸汽推动力主汽轮机，经由变速箱经传动轴驱动螺旋桨，同时也提供蒸汽给蒸汽弹射器和汽轮发电机组。因为在我国研制核动力航母之前需要有一型大甲板的常规动力蒸汽弹射型航母作为过渡。为了减小过渡过程中的技术风险。该型航母应该继续改进山东舰上的燃油锅炉增大功率，或者增加锅炉数量。以应对蒸汽弹射器对蒸汽的需求、用电设备电力需求的增加以及排水量的增加。

小鹰级蒸汽弹射常规动力航母

那么003动力主机的功率应该是多少呢？这个可以参考小鹰级航母，因为小鹰级航母也是八万余吨排水量的常规动力航母。小鹰级的推进功率是206兆瓦，其实小鹰级航母的主机功率相对于其排水量来说是偏大的，主要是因为其动力主机同时也负责为蒸汽弹射器提供蒸汽。也就是说206兆瓦实际上是包含了推进功率和蒸汽弹射器的功率。003的主机功率是206兆瓦再加上电力的增加部分。因为003是新世纪才开始研制的新型航母，电力需求较大，其电力功率可以参考福特级航母。003的电力总需求相当于福特级的电力总功率扣掉电磁弹射器的功率，也就是154兆瓦，这个功率只少不多。

003主机发电功率应该占一半，也就是77兆瓦。那么003的主机功率应该是283兆瓦左右。003的主机发电功率为什么是总电力需求的一半呢？航母上的电力分为两部分，一部分是比较稳定的日常用电。另一部分是电力的峰值部分。日常用电和电力的峰值部分基本上各占一半。峰值部分的电力大部分时间是不需要的，需要的时候工作时间又比较短。电力的峰值主要就是电磁弹射器使用的56兆瓦电力。电磁弹射器只有在弹射舰载机时才会开机，弹射完飞机后就会关机。还有雷达、电子战设备以及近防武器系统提升功率所需的电力，这些设备大部分时间的功率不大，提升警戒级别后功率会大幅上升。另外日常用电设备也会有一些功率波动。

福特级电磁弹射器型航母

具体情况我们可以参考电磁弹射型航母福特级。福特级的电力就是一分为二的，动力系统主机提供一半，辅助动力提供另一半。福特级动力系统主机提供的电力是104兆瓦，辅助动力提供的电力是106兆瓦。电力供应分别由主机和辅助动力提供，这个主要是基于系统可靠性考虑，因为主机也不是绝对可靠的。部分电力由辅助动力提供可以实现可靠性冗余。对于福特级航母这样的核动力航母来说，不让主机提供全部电力还有另外一个原因，那就是基于安全性的考虑。也就是说即使福特级的反应堆有足够功率，也不会让反应堆提供全部电力。

法国戴高乐号航母使用的K15一体化反应堆

因为电力的峰值部分如果也让反应堆提供，那么反应堆就会被迫长时间处于频繁大范围功率调节状态，这是非常不安全的，几乎是在作死。所以核动力航母上即使可以把反应堆的功率设计得足以提供所有电力，但是也不会真的这么做。正确的设计是反应堆只用于提供推进动力以及电力需求中比较稳定的部分，这样反应堆始终处于比较稳定的工况下，有利于反应堆的安全稳定运行。而电力的峰值部分就交给辅助动力提供，功率调节工作也交给辅助动力负责。常规动力航母也有类似的需求，功率比较稳定的日常用电交给主机提供有利于主机的稳定运行，减少出故障的概率。

库兹涅佐夫级航母使用的燃油锅炉

搞清楚了003的主机功率我们就知道003的动力系统要怎么就修改了。我们知道辽宁舰的锅炉用的是俄制8台KVG-4型增压锅炉，配套4台GTZA TV-12-4蒸汽轮机。山东舰使用的锅炉是在俄制锅炉基础上仿制而来的。8台KVG-4型增压锅炉提供的的推进功率是149兆瓦，汽轮机发电功率是13.5兆瓦，主机功率就是162.5兆瓦。因为共有八台锅炉，那么平均每台锅炉就是20兆瓦左右的样子。如果003的主机功率是283兆瓦，那么其动力主机就需要14台锅炉，这锅炉的数量就太多了，动力舱根本就放不下。即使对修改设计后的福建舰动力舱来说，也没有足够空间放下这么多的锅炉。况且福建舰的主机功率需求更大，可能在320~350兆瓦。动力主机需要16-17台锅炉。那么如何设计003的动力系统？福建舰的动力系统又要如何修改呢？篇幅所限我们下一篇文章接着聊。