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福特级航空母舰

发布时间:2019-07-09 21:56 来源:未知 编辑:admin

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  福特级航空母舰全名为杰拉尔德·R·福特航空母舰(Gerald R. Ford-class aircraft carriers),在其第一艘“福特”号(USS Gerald R. Ford)正式定名之前,本级航空母舰原本被称为CVN 21未来航母计划(CVN 21 Future Aircraft Carrier Program,其中“21”意指这是进入21世纪之后的第一个航母设计)。

  本级航空母舰的第一艘“福特”号于2005年8月11日开工建造,2013年11月9日正式下水,2017年7月22日服役,是美国乃至全世界最大的航空母舰。本级航母计划在2058年之前建造10艘,取代尼米兹级成为美国海军舰队的新骨干。

  Gerald R. Ford-class aircraft carriers

  CVN-21福特级航空母舰起源自1975年尼米兹级航空母舰(CVN-68~70)订购首批三艘时,美国海军展开一系列

  关于尼米兹级之后未来航空母舰的概念方案,称为CVNX,涵盖小型、中型和大型航空母舰,总共研究15个舰体大小不同的方案的船模水线性能,而起降方式则涵盖传统使用弹射器/拦阻索的CTOL、使用滑跃短距起飞/拦阻索降落的STOL、使用滑跃起飞/垂直降落的S/VTOL等三种,每一种方向又包含传统甲板布局与新设计之分,当时CVNX总共有约50种设计方案。

  1996年美国海军开始正式研究尼米兹航空母舰的后继项目--也就是CVNX项目,在CVNX项目中,美国海军考虑到了多种构型的航母,最后确定新一代航母仍是一种以核动力为推进系统的大甲板弹射航母,满载排水量为10万吨级,舰载机联队扩展到75架,具备更加强大的出动能力。

  美国海军要求新型航母在飞行甲板、航空设施、电力供应及任务系统等方面能够适应新世纪要求,能够配合二到三代舰载机的使用,尤其是要求能使用无人作战飞机,为了体现这些新技术,新变化,CVNX项目也被改称为CVN-21项目。依照1970年代中期以来的研究基础,CVN-21最初曾有不少十分前卫、超脱现今航空母舰设计的构型,不过考虑到成本、风险与实用性,最后还是返璞归真,由小鹰级到尼米兹级一脉相传的美国航空母舰构型进行改良。原本美国海军打算将最后一艘尼米兹级──布什号航空母舰(USS George HW Bush CVN-77)作为CVNX的装备验证舰,不过考虑到开发时程以及经费、风险,最后CVN-77的装备不会与里根号航空母舰(USS Ronald Reagan CVN-76)有太大的差异。

  2008年9月10日,美国海军与诺格集团签署价值51.6亿美元的后续合约,全面展开CVN-78“福特”号的建造工作。在

  2009年11月13日,(纽波特纽斯造船厂)安放了首舰“福特”号的龙骨。依照原订计划,“福特”号应于2015年9月交舰,接替服勤超过半个世纪的企业号(USS Enterprise CVN-65)。总计首舰“福特”号的研发与建造总经费共将耗资137亿美元,其中研发经费为32亿美元,建造费用(含所有先期的规划、准备)则高达105亿美元 ,其中有1/3的经费早在2001年就已编列作为前期武获款项;总计前三艘CVN-21预计耗资360亿美元,其中317亿5000万美元为建造经费,43亿3000万是研发经费,成为美国海军有史以来造价最昂贵的舰艇 。

  福特级的二号舰(CVN-79)原订于2012年开始建造,不过在2008年9月爆发的全球金融海啸之后,2009年初新上任的奥巴马政府决议将CVN

  -79的建造工作延至2013年才展开,同时缩减在2010年度的先期投资。在2009年1月15日,美国国防部与纽波特纽斯造船厂签署CVN-21二号舰(CVN-79) 的先期筹备工作,包括设计、规划、采买等,总值3.74亿美元;在同年5月初,美国海军与纽波特纽斯造船厂签署先期备料的修正合约,总值7726万美元,这项先期合约于2010年10月执行完成 ,并紧接着在11月11日签署一个后续的设计与工程发展价值1.892亿美元合约。CVN-79在2011年2月26日于新港纽斯厂切割第一块钢板。2015年8月22日,约翰·F·肯尼迪号核动力航空母舰(CVN-79)铺设第一根龙骨。该舰预计于2018年下水,并在2020年服役

  肯尼迪号第一块钢板切割下线日,美媒披露称,美国海军与亨廷顿·英格尔斯工业的纽波特纽斯造船及船坞公司签订了建造两艘航母的合同,这将是美国海军的第三艘和第四艘福特级航母。美国海军的声明说,新建造的两艘航母在设计上有更新,可供F-35C闪电II战斗机起降,安装MK 38舰炮系统,并可配备舰载MQ-25“魟鱼式”(Stingray)无人驾驶空中加油机,加强了攻击能力。声明还说,这些设计更新相当于又节省了大约1亿美元。

  2005年8月11日,福特级航母首舰CVN-78切割了第一块重达15吨的钢板;

  2007年1月16日,美国官方将CVN-78正式命名为“杰拉尔德·R·福特”号;

  2011年2月26日,福特级航母的第二艘-CVN-79切割第一块钢板;

  2011年5月29日,美国官方将CVN-79正式命名为“小约翰·肯尼迪”号;

  福特级是美国第一种利用计算机辅助工具(CAD)设计的航空母舰,应用了虚拟影像技术,在设计过程就能精

  确模拟每一个设计细节,并且预先解决相关的布局问题,对各部件实际制造的掌握精确度也大幅提高,此外也容许多组团队在同一时间分别进行设计开发,节约时间。乍看之下,福特级的布局似乎与尼米兹级大致相似,不过实际上仍做了相当多的改良。飞行甲板布局方面,如同前述,CVN-21在规划之初曾出现全新的构型,例如一个将降落区、起飞区分于舰身两侧的大胆构想;不过考量成本与风险后, 福特级仍以现役美国航空母舰的配置为基础进行改良。

  福特级航空母舰与舰载机队的相关运作大幅改进,加上舰内的设备全面网络化与电脑化,

  因此它的整体自动化程度较尼米兹级大为增加,有效降低人力需求,航空母舰操作人员将从尼米兹级的3190人减至2000人左右;减少的约1200名人力中,维持航空母舰本身运作的人员占了800名,其余400名是支援舰载机队的相关人员。此外,美国航空母舰新一代舰载机队机型种类也比以往降低许多, 故舰载机联队的人员编制也可能获得相当程度的缩减。由于人员减少,福特级的平均起居水平也有所增加,不仅每个人的空间更有隐私性,每一间住舱都有厕所。

  福特级与现役美军航空母舰相同,拥有四具弹射器,两具位于舰艏,另外两具位于斜角甲板;只不过一向被美国航空母舰采用的蒸汽弹射器, 在福特级上将被新

  研发的(Electromagnetic Aircraft Launch System)取代。传统蒸汽弹射器是将由反应炉制造的大量高压蒸汽储存于汽缸中,使用时用蒸汽推动牵引飞机的弹射梭,以270km的时速将飞机弹射升空;可想而知,蒸汽输送时将产生多少损耗,储存高压蒸汽的汽缸或者输送蒸汽的管线亦需颇大的空间,高压弹射系统中的活塞、管路与筏门等零件承受的损耗也十分惊人。现有C-13-2弹射器最常出现故障的部位是调节蒸汽压力的活门以及储存蒸汽的汽缸(两者都需要定期的预防性保养),此外弹射轨与牵引飞机鼻轮的梭车因高温摩擦而失火的情况也时有所闻。

  美国海军为福特级研发弹射器时,便不再走蒸汽弹射器的道路,而改发展革命性的EMALS。电磁弹射器的原理则是载流导线在磁场中受力,利用磁通量巨大的

  瞬间变化而产生的感应电磁斥力,将飞机弹射升空。电动马达的基本原理是在定子(stator)上通以方向不断改变的电流,利用电流改变造成的磁通量变化而产生磁场,进而使带有磁性的“转子”受力而产生运动。传统马达的定子采用环状排列,使得转子产生原地旋转运动;而电磁弹射器则采用两侧式线性感应马达(Double Sided Linear Induction Motor),定子分为两侧直线排列,充当弹射器的轨道,而转子则在两排定子之间进行直线运动,转子上头便连接了用于牵引飞机鼻轮的梭车(shuttle)。

  福特级用先进飞机回收系统AARS(Advanced Aircraft Recovery System)来取代传统式的拦阻索。传统式拦阻索由拦截钢缆与液压缓冲

  机构成,以尼米兹级的MK-7 Mod3为例,能把一架降落速度130节(240km/hr)、重25吨的飞机在两秒之内于100m之内截停,共吸收64.4MJ的能量;不过这也接近这类系统的性能极限。在以往,美国海军舰载机的武装以廉价无导引武器为主,如果在任务中没有用完,降落前大可将其抛海以减少降落时的重量与风险;然而,现美国舰载机主要都配备精密昂贵的导引武器,如果没有用完就必须携回。因此,美国航空母舰上的拦截回收系统的能耐必须强化,才能有效拦住返航重量日益提高的舰载机。

  福特级与尼米兹级相较,在飞行甲板布局方面最主要的改良是油料与弹药补给的动线。

  后期型尼米兹级拥有三具甲板弹药升降机,分别位于前方弹射器中央、右舷两座靠前方的飞机升降机之间,以及舰岛旁边;进行弹药补给作业时,舰上人员必须先透过弹舱升降机,将武器从水线以下的弹药库(分置于数层舰底甲板)往上送至03甲板(即下甲板机库的再下一层),然后借用位于03甲板的舰上餐厅餐厅空间,在餐桌上完成武器的组装设定,接着透过输送车将弹药运至甲板弹药升降机部位,才能送上飞行甲板。

  尼米兹级将甲板弹药升降机设在飞行甲板中间是因为配合弹药库的位置,这使得在透过弹药升降机将武器送上甲板时,所有的飞行起降作业都

  必须暂停。此外,武器送上甲板后,还需透过甲板运输车个别地送到每一架需要挂弹的飞机位置;相似地,飞机的加油作业也是透过穿梭在甲板各处的加油车直接开到需要补给的飞机旁进行。总而言之,每次尼米兹级的机队进行加油挂弹作业,总共需耗费2小时左右。

  福特级引进整合电力系统(IPS)的概念,因为电力系统在分配管理上十分便利,因此尽可能地用其取代原先航空母舰上的蒸汽次系统。然而不仅

  电磁弹射器、回收系统、升降机、烹饪、热水供应、洗衣及暖气等需要使用电力,各式侦测、作战和指管通情设施也是用电力驱动,因此福特级的动力系统必须提供远高于现役航空母舰的电力,并需配备更全面而完善的电力供应设施。

  在核反应堆选用上,长年为美国海军核动力航空母舰提供反应堆的西屋(Westhouse)公司提出新的A5W反应堆方案,然而在1999年的竞标中,西屋公司败给了位于宾夕法尼亚州的属于美国政府的贝蒂斯核子动力实验室(Bettis Atomic Power Laboratory),因此福特级的反应堆便称为A1B(B代表贝蒂斯)。福特级将配备两具A1B反应堆,功率较

  尼米兹级增加25%以上,同时配备13500V输配电系统,供电能力则高达20万千瓦,几乎是尼米兹级(6万4000千瓦)的三倍,能充分供给EMALS所需的电力;由于有充裕的电力,福特级成为第一种所有机房都设有冷气空调的舰艇,增加了操作人员的舒适性,并降低了机房内设备的维修保养需求。此外A1B反应堆的堆芯使用寿命长达50年,可以使福特级在服役期间的大部分时间都保持正常的动力功率,不需要回到船坞更换堆芯,从而增加了寿命周期内的执勤时间。

  除了新反应堆外,福特级使用了全新的整体轮机系统以及配电系统,因此电力的整合、分配架构也重新规划,例如在全舰各处设置分区供电系统,并设置一个电脑控制配电系统,使电力的分配合理化。最初福特级甚至打算连推进系统也采用电力推进,即以反应堆发出的电力驱动由电动马达带动的推进器(例如可转式囊荚推进器),然而由于供10万吨级舰艇使用的电力推进系统尚未发展成熟,因此前三艘福特级仍将以蒸汽涡轮直接驱动四轴螺旋桨推进,推进功率将达到104MW(约280000 马力),略高于尼米兹级。

  福特级大量采用先进的侦测、电子战系统以及C4I设备(包括CEC协同接战能力),以符合美国海军未来IT-21联网作战的要求,舰上的指挥管制中枢将是CommonC2Syste

  m共同作战指挥系统,能整合舰上一切指管通情与武器射控功能。舰上各型相控阵雷达、卫星通讯、资料传输链、电子战系统与联合精确进场暨降落系统的天线整合于舰桥结构内,或置于舰桥顶部的轻量化桅杆上。舰上的作战与指管通情系统将采用开放式的架构,大量使用民间商规组建,以利于服役生涯中的维护与升级作业;而舰上的整合通信系统则由Avaya公司提供。福特级的轻量化桅杆由复合材料制造,强度与钢铁相仿,但重量便显著地降低。在规划阶段,福特级最主要的侦测系统,是与朱姆沃尔特级驱逐舰相同的双频雷达系统(Dual Band Radar,DBR),包括AN/SPY-3 I/J频带多功能雷达(Multi Fuction Radar,MFR),以及AN/SPY-4 S长程广域搜索雷达(Volume Search Radar,VSR),两者都是最先进的数位波形控制主动相控阵雷达。

  不过在2010年6月,美国海军宣布DDG-1000取消VSR雷达,未来可能以更晚开发、增加反弹道导弹能力的AMDR相控阵雷达来取代,因此福特级也可能会以A

  MDR来取代DBR系统。以往美国航空母舰的舰岛都拥有两层舰桥,分别供舰长以及航空母舰战斗群指挥官使用;而福特级的舰岛仅设置一层宽广的主舰桥,并在主舰桥靠近舰岛左侧的上方与下方,各设置一层小型舰桥,上方应为舰载机管制室,下方则用于监视飞行甲板运作。这种较为紧致的空间配置,似乎是基于美国海军长年累积的操作经验,或者是降低雷达截面积等。自卫武装方面, 根据模型的照片,第一批福特级的防卫武器包括MK-15 Block 1B密集阵近程防御武器系统、RAM公羊短程防空导弹发射器、MK-29发射器(照明射控工作由SPY-3相控阵雷达负责)等,安装于两舷和舰尾外侧的平台上;此外根据想象图,福特级还打算舰尾左侧的舷外平台上安装MK-41垂直发射系统,装填海麻雀ESSM短程防空导弹,不过实际情况仍有待最后确认。未来福特级的武器系统可能会朝向电磁炮甚至直接能量的激光炮的方向发展,而福特级舰上极高的“电力化”程度将为这类高能武器的发展提供良好的先决条件。

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