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從艦橋看003航母的設計創意

003是中國第一艘彈射起飛、攔阻索降落的“常規”大甲板航母。這當然借鑑了外國很多有用的經驗,但也有很多中國的創意。

顯而易見的當然是電彈。三電彈是世界上獨一無二的。美國航母都是四臺彈射器,不管是“小鷹”級、“企業”級到“尼米茲”級的蒸彈還是“福特”級的電彈。法國“戴高樂”級是兩臺。003的噸位與“小鷹”級相仿,但彈射器減少了一臺。003也只有2臺升降機,而不是“福特”級的3臺,或者“小鷹”級到“尼米茲”級的4臺,其中奧妙容另文敘述。003還有另一個創意:帶不對稱大翼橋的艦橋

所有艦船都有上層建築,在軍艦上就稱為艦橋。艦橋上不僅有指揮艙室,還是各種觀察、通訊裝置的安裝位置,艦橋頂上的桅杆在傳統上就是觀察哨的觀察位置。在電子時代,這裡也成為雷達和無線電通訊天線的理想位置。

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威風凜凜的戰列艦出征中,最引人注目的常常還不是大炮,而是高大的艦橋

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現代戰艦高大艦橋的作用更大,這是各種雷達、通訊、光電、電子戰天線的安裝位置

艦橋也是艦長的指揮位置。過去在戰列艦和一些重巡洋艦上,還分別設有艦長指揮台和艦隊指揮台,供艦長和艦隊首長指揮、控制作戰使用。說是指揮台,實際上也是封閉的,有的還有很厚的裝甲和細小的防彈玻璃觀察窗,避免在戰鬥中被首先擊中而失去指揮。

艦長指揮台不僅指揮作戰,也指揮航海。在大海上航行,艦橋上站得高,看得遠。但在碼頭靠泊作業時,需要的是看清艦側與碼頭的距離和姿態,從通常的指揮台上常常觀察不便,需要兩側懸空延伸出去的翼橋。

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很多艦船的上層建築側面都有翼橋,便於船長、大副、二副在靠岸或者近距離交會時的指揮和操作。簡單一點的就是開放的

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條件好一點則是封閉的,但一般都是兩側對稱的

航母艦橋與一般戰艦既有相同之處,又有不同之處。靠泊指揮不是大問題,反正需要駁船幫忙;交會更不是大問題,沒有船會在航行中離航母近到必須觀察舷側不會碰撞。最大的不同當然是航空指揮。作為艦隊的核心,航母通常兼任艦隊指揮部,統籌艦隊的作戰指揮。航母又是大艦,需要自己的航海指揮台。這些都需要寬大的指揮艙室。但航母也需要擔當塔臺的作用,指揮艦載機的起飛、著陸和甲板運作。

在陸地上,作戰飛機要求自主著陸,不過分依賴塔臺指揮,塔臺只要指定下滑路線和時機就可以了。但航母上的著陸比陸地機場複雜得多,也沒有犯錯誤的餘地,不能完全依賴飛行員,在甲板觀察員的配合下,塔臺指揮很重要。甲板上的排程更是華容道拼版,既要迅速,又要安全,才能保證高出動率。這更要求指揮人員明察秋毫。

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航母艦橋上,不僅要指揮航海,還要指揮航空

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著陸指揮更是飛行安全的重要保障

常規動力航母的艦橋還要為煙道留出位置,馬力越大,排氣要求越高。排煙的順暢直接影響到動力系統的效率,“憋氣”的煙道要嚴重影響馬力的發揮。為了降低紅外特徵,煙道還需要有噴水降溫系統。同時,排煙的尾跡應該偏離飛機的下滑航線,不影響飛行員的觀察,不影響飛機發動機的工作。煙道還應該與指揮、電子裝置和其他艙室之間有足夠的距離或者良好的隔熱,改善工作條件。核動力航母不需要煙道,這是核動力航母的最大好處之一。

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常規動力航母的艦橋需要留出巨大空間,供煙道使用,這是“肯尼迪”號,美國最後的常規動力航母

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核動力航母的艦橋就要小得多,這是“卡爾·文森”號

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“遼寧”號由於歷史原因,艦橋相當長大,佔用了太多的甲板面積

另一方面,航母的飛行甲板面積越大越好,艦橋佔用甲板面積不能太大,位置還有前置、中置、後置的講究。“遼寧”號是中國第一艘航母,但因為這是從蘇聯“瓦良格”號改裝而來,不是沒有遺憾的。遺憾之一是滑躍起飛,限制了艦載機的最大起飛重量,長起飛點不實用那個,不光出動率低,還佔用了降落跑道,回收都影響了;遺憾之二就是艦橋太長太大,佔用甲板面積過多,使得甲板上停機位有限。航母的機庫主要是為待維修飛機和不立刻出動飛機使用的,待命飛機都直接停放在甲板上,節省進出機庫和升降機上下的時間。“遼寧”號上艦橋佔地、艦載機長度和斜跑道位置無法更好地匹配,導致艦載機搭載數量較低,出動率較低。“山東”號是“遼寧”號的小改,艦橋有所縮短,但改進幅度受到基本設計的限制,還是不盡理想。

003是全新設計的。除了電彈和全平的前甲板,艦橋佔地大大縮小了,甲板上的停機位增加了,出動率可大大提高。問題是大大縮小的艦橋佔地還是需要提供至少相同(如果不是更加寬敞)的艦橋使用空間。採用底座較小、上部鼓出的“蘑菇形”可以在佔地較小的情況下,贏得較多的使用空間。美國航母都是這樣做的,“遼寧”號、“山東”號的艦橋也都採用了“蘑菇形”。

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“遼寧”號的艦橋採用“蘑菇形”,儘量在較小的艦橋底座上實現較大的使用空間

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但為了不過度增加右舷重量,“蘑菇形”只有在艦橋前後端,中段與底座是等寬的

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“山東”號是基本相同的設計

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艦橋中段也是等寬的

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美國航母艦橋也是“蘑菇形”,這是“布什”號

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湊近了看,“蘑菇形”更明顯,這是正面

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但也只有前段“鼓出”,後半是與底座等寬的,還是“布什”號

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“福特”級“福特”號(舷號78)和“尼米茲”級“杜魯門”號(舷號75)相比,艦橋有所縮短,“蘑菇”加大,但後段端依然是等寬的

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但總的來說,噸位大、艦橋相對重量較小使得美國航母能在右舷也得到很大的外飄,增加甲板面積,這是“福特”號

但“蘑菇形”並不能得到充分利用。過度增加的結構重量使得右舷重量大大增加,只能用縮小的甲板外飄補償,減小甲板面積和停機位。“遼寧”號右舷的外飄明顯小於左舷。“遼寧” 號只有艦橋前後兩端鼓出,艦橋中段沒有,就是為了降低艦橋重量,代價是不能充分利用艦橋底座的面積。“山東”號也一樣。實際上,美國航母也是一樣,“尼米茲”級只有艦橋前端鼓出成“蘑菇形”,後半還是與底座等寬的。“福特”級也一樣,儘管艦橋的形狀有所改變,還有所縮短。

過高的“蘑菇形”還有重心問題。額外的使用面積是優點,但過高的重心不利於穩定性和抗戰損性。航母的噸位大,對重心不像小噸位艦船那樣敏感,但還是有限度的。

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003則不同,艦橋朝向飛行甲板一側有較大的翼橋,而且是不對稱的,舷側一側並沒有對應的翼橋

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大型懸空翼橋不僅贏得很大的使用面積,還透過自身結構降低和容許大型主動相控陣天線位置降低而降低了重心,並把重量分佈向中軸線移動,有助於穩定性

003是常規動力的。艦橋需要留出煙道的空間。在隱身時代,煙道還不能像“肯尼迪”號那樣簡單粗暴。煙道決定了艦橋佔地不可能太小,航海、航空指揮要求決定了艦橋使用面積要求較高,重心要求決定了不能採用過大的“蘑菇”。003是用創造性的大跨度翼橋解決艦橋設計難題的。

這不僅贏得了很大的使用面積,還因為位置相對較低(但足夠航空和航海指揮所用),降低了重心。向飛行甲板的單側懸空則使得重量分佈向中軸線移動,有助於橫搖穩定性。

翼橋也避開了艦橋主結構,降低與煙道之間的隔熱要求,改善指揮艙室裡的工作條件。增加的平臺面積更是各種觀察、通訊、雷達、電子戰天線的天然安裝平臺。騰出的上層空間使得沉重的大型相控陣天線位置可以降低,進一步便利於降低重心,提高穩定性。

有意思的是,懸空的翼橋並不與甲板上的飛機調動相互干擾,真正是向高度要空間。

翼橋上的視野也非常好。英國“伊麗莎白女王”級航母的後艦橋也採用了外挑的翼橋,縮短後艦橋的長度。外挑幅度不如003,但視野已經很不錯了。

從艦橋看003航母的設計創意

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“伊麗莎白女王”級具有雙艦橋,後艦橋的翼橋用於航空指揮,其安裝位置也做到了儘量遠離後煙道,降低隔熱問題

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完全懸挑在外,使得航空指揮台具有良好的視野

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朝向前甲板的視野,這是用於控制起飛準備和出動的角度。可以看到,由於翼橋突出在外,前艦橋的遮擋有限

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朝向飛行甲板的視野,用於甲板排程指揮

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朝向後甲板的視野,這是控制艦載機著陸的關鍵角度

003的翼橋的懸挑幅度更大,具有無遮擋的前向視野,後向視野也非常好,航空指揮條件非常好,甚至可說是世界第一。美國的核動力航母的艦橋沒有煙道問題,理論上航空指揮台可以設在艦橋兩端,可以使得前後向視界最大化,便於降落指揮。但航空指揮不光要指揮降落,還要指揮甲板排程和前甲板的出動,遍佈前後的指揮台可以兼顧,但集中指揮的效率更高,而且降低沉重的雷達天線有助於降低重心,所以最後還是設在艦橋前端,只是透過加大的“蘑菇”贏得一點向後的視界。在這方面上,003的大翼橋做得好得多。這是世界首創。

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核動力航母要在艦橋前後都設定指揮台不難做到,但指揮中心需要集中在一個地方,散落開來降低指揮效率,這是“尼米茲”號

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“福特”級的航空指揮台在艦橋前端,“蘑菇”加大了,後向視界比“尼米茲”級的前指揮台改善了,但還是不夠理想

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003翼橋上的前向視界毫無遮擋,後向視界也比美國航母好得多,有利於航空指揮

大外挑翼橋的好處未必是中國人才意識到的。實際上,英國“伊麗莎白女王”級已經走上這條路,只是沒有003走得那麼遠。大外挑的代價是對結構強度的要求極大提高了。大外挑、無支撐的翼橋不僅要在正常航行時承受自身的重量,還需要在大風浪裡不能出現斷裂,在戰鬥中也必須不易因為戰損而坍塌。這是很高的要求,也只有003做到了。

隨著003的完工度的迅速提高,相信還會有更多驚喜。003是中國凝聚各國航母建造經驗的結晶,更是中國人創新的結晶。

分類: 軍事
時間: 2021-09-06

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