美国“福特”级航母二号舰“肯尼迪”号从2019年10月下水到现在过了4年都没能完成舾装,这是很反常的现象,要知道,一号舰“福特”号从2013年11月9日下水,到2017年5月31日服役,连舾装带试航也仅仅用了三年半。
而据《防务邮报》的消息,美国海军已经确认,“肯尼迪”号航母将在2024年年初开始试航,2025年7月1日交付美国海军,这意味着,即使一切顺利,“肯尼迪”号的舾装时间也将超过4年。要知道,山东舰于2017年4月26日下水,2018年5月13日首次试航,用时也只有一年多一点,即使考虑到“肯尼迪”号装备有核反应堆与电磁弹射、拦阻、升降系统,比山东舰复杂很多,花4倍的时间舾装也是说不过去的,看来“肯尼迪”号换装超级电容的传言并非空六来风。
“肯尼迪”号一开始的建造速度还是挺快的,其备料和钢板处理是从2011年开始的,2015年8月铺设龙骨,2019年10月29日下水,虽然比原计划晚了约一年的时间,总体进度还是可以的,但是到了舾装阶段,“肯尼迪”号就莫名其妙的卡了壳,实在令人费解?
舾装指的是在船体主要结构完成并下水之后,对所有机械电气设备的安装,换言之舾装的工作就是要安装除船体和动力装置以外的所有东西。因此,无论美国航母还是中国航母,进入舾装前的状态都是基本一致的:舰体建造完成,内部主机、辅机完成吊装并初步试车。说白了就是,在舾装前,航母就象一个盖好主体结构的毛坯房一样,就等着装修和往里搬家具了。
对“肯尼迪”号而言,舾装的主要工作就是安装电磁弹射、雷达、航空管制、近防武器等系统。其中以电磁弹射系统最为重要,因为这不仅是一个包括弹射导轨、储能装置、电源、变电装置在内的庞大系统,技术含量很高,还是保证“肯尼迪”号航母战斗力的核心装备。
那既然电弹系统如此庞大,为什么不跟主机与辅机一块安装,非要等到舾装阶段才装呢?这是因为电弹系统大多数部件的精度很高,安装起来也是如此,即电气公差和机械公差都非常小。在这种情况下,如果提前装电磁弹射器,经历航母下水的巨大冲击后,各个部件大幅偏离原来的基准难以避免,那就不止白忙活一场了。
由此可见,“肯尼迪”号整个的舾装工作以电磁弹射器的安装难度最大,其它如雷达、船电、近防都无法与之相比。电磁弹射器安装不上,甲板上的工棚就无法拆除,也就谈不上进行调试和相关的电磁兼容测试了。但即使如此,在已经有“福特”号的现成装备和安装经验的情况下,“肯尼迪”号的电磁弹射器依然出现这么大的问题,是很不符合常理的,也就难怪坊间出现“肯尼迪”号储能装置由飞轮改为超级电容的传闻了。
飞轮储能技术是一种将飞轮,即转子加速,将电能转化为转子旋转能量的存储技术。“福特”号的电磁弹射器用的就是飞轮储能,虽然飞轮有储存和释放能量的速度快,能量密度高,寿命长等优点,但是更有成本高,体形庞大,特别是安全性差的缺点。毕竟在巨大飞轮高速旋转(“福特”号飞轮转速可达6400转/分)的情况下,一些看上去很小的缺陷都可能导致非常严重的后果。特别是当飞轮转速超过支撑装置的强度极限时,可能导致系统受损,乃至造成“飞轮爆炸”的严重后果,即飞轮储存的能量在航母内部瞬间释放,其破坏力不见得比航母被命中一枚东风26来得小。
如果只是安全性差,限定飞轮的转速基本就可以解决这个问题,无非是释放的能量和弹射的重量小一些,这对最大弹射重量可达45吨的电磁弹射器来说,还是可以接受的。但偏偏“肯尼迪”号的飞轮储能系统还很复杂,可靠性差。
“肯尼迪”号先要给交流电机供电,由电机带动飞轮旋转,弹射舰载机时就停止供电,由飞轮反过来带动交流发电机转动,再用交流发电机发的电去带动弹射器的直线电动机运转。整套系统的能量损失还在其次,最棘手的是很容易出故障。“福特”号的电磁弹射器平均每弹射70次就出现一次故障,其故障率之所以长期居高不下,与其飞轮储能系统过于复杂,可靠性差有很大关系。
反观超级电容储能系统就强多了。超级电容是用电容器储存电荷的方式来储存能量的,与飞轮储能相比,超级电容几乎不存在机械磨损和应力问题,故障率自然就下来了。不仅如此,超级电容的安全性还很高,由于没有像锂电池或铅酸电池那样的电解液,超级电容即使在碰撞、挤压,乃至极端的穿击测试时,都不会爆炸和起火。虽然从理论上说超级电容有一定的自爆可能性,但是只要在充电过程中保证不过充,安全性基本还是没有问题的。
美国当初之所以在其下一代航母的电磁弹射系统上用飞轮储能,而不是更先进的超级电容,一是因为战略误判,没有想到中国福建舰能跨越蒸汽弹射器,直接上电磁弹射器,更没想到还是用超级电容储能的电磁弹射器。二是因为美国没有攻克大功率超级电容储能及相关的中压直流技术。但即使“肯尼迪”号改为超级电容储能,也远没有那么容易,因为要沿用“福特”号的中压交流综合电力系统,就意味着“肯尼迪”号的超级电容跟飞轮一样,还是要配一个逆变器,但整个逆变系统又非常大,占地面积可达几百平米。
更重要的是,超级电容内阻较大,用于交流电路同样有很大的安全隐患,“肯尼迪”号舾装期间发生的一起火灾就让笔者禁不住怀疑是否是超级电容引起的。据美媒2020年7月21日报道,在舾装过程中的“约翰·肯尼迪”号航母曾在弗吉尼亚州的纽波特纽斯造船厂发生小规模火灾,好在火势并不大,没有造成人员伤亡,船员在事故发生后也被紧急疏散,但美国官方至今未公布事故原因,这从侧面反映了此次火灾发生的非常蹊跷。
总而言之,“肯尼迪”号航母舾装时间过长很值得关注,种种迹象表明其换装超级电容储能的可能性较大,但其换装像中国福建舰那样的中压直流综合电力系统的可能性却很小,因为这基本相当于推倒重来了,如此一来,美国前期的海量投入岂不是要付之东流。但超级电容与中压交流的整合难度摆在那里,这意味着“肯尼迪”号即使如期服役,大概率也会像“福特”号那样长期无法形成战斗力,美军日益老化的“尼米兹”级航母也就只能继续超龄服役下去了。
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