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晨枫小苑

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晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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第二个春天   

2016-04-09 10:51:49|  分类: 纸上谈兵 |  标签: |举报 |字号 订阅

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还有多少人记得这个老电影?

《第二个春天》是一部老电影的名字,说的是早年中国海军官兵与船厂员工携手合作,研制新一代导弹快艇的故事。中国海军早已超越了飞潜快的年代,但航母确实带来了中国海军的第二个春天。


“辽宁”号的入役确实给中国海军带来了第二个春天


据传这是中国在建的第二艘航母

2012年9月25日,中国第一艘航母“辽宁”号正式入列。2015年12月31日,国防部发言人杨宇军证实,中国启动了第二艘航空母舰的研制工作。这艘航母完全由中国自主开展设计,正在大连进行建造,排水量约为5万吨级,采用常规动力装置;搭载国产歼-15飞机和其它型号舰载机,固定翼飞机采用滑跃起飞方式;舰上将配有满足任务需要的各型设备。第二艘航母的设计和建造吸收了“辽宁”号的科研试验和训练的有益经验,在许多方面将有新的改进和提高。

关于第二艘航母,公开的信息不多,但也不少,引起人们的极大关注,其中首先是吨位问题。舰船的吨位或者排水量可分为空载排水量、标准排水量、正常排水量、满载排水量、最大排水量等。其中,标准排水量包含舰体、机器、武装、全额人员、弹药、给养、淡水,但不包含燃油、滑油、备用锅炉水。正常排水量为标准排水量再加上半数燃油、滑油、备用锅炉水等。满载排水量则是标准排水量再加上全额燃油、滑油、备用锅炉水等,保证达到全速或规定续航力。

杨宇军的发言中没有指明是哪一个排水量。“辽宁”号的标准排水量为55000吨,满载排水量67500吨。如果杨宇军所说的是标准排水量,那第二艘航母与“辽宁”号的大小相似;如果是满载排水量,那第二艘航母就比“辽宁”号要小。

航母不是越大越好,也不是越小越好,而是应该根据任务、配备和使用寿命的考虑来决定。歼-15是重型舰载战斗机,比“辽宁”号更小的航母不仅甲板空间很局促,不利于起飞、回收和调度,也不能携带适当数量的战斗机,战斗力很受限制,意义不大。另外考虑到军舰吨位的大趋势是逐步增加,考虑到未来性能更高但也重量更大的舰载战斗机和战斗系统的因素,第二艘航母比“辽宁”号更小的可能性不大。另一个因素是“辽宁”号的改装经验。“辽宁”号是从前苏联的“瓦良格”号改装过来的,但这已经远远不是一般意义上的改装,而是从头到脚、从内到外的彻底重造,除了舰壳钢板,已经没有多少原来的东西了。在这个过程中,中国不仅对“瓦良格”号进行了彻底的测绘,还制造了一整套航母特种装备,大体依原样重复制造第二套设备在经济上、技术上和后勤保障上都是最合理的选择,“一舰一样”只有印度这样奇特的国家才有胃口。因此“约5万吨级”应该指的是标准排水量,最可能的情况是第二艘航母与“辽宁”号基本相同。相比之下,美国喜欢把“尼米兹”级(未来将为“福特”级)航母称为“10万吨的外交”,这指的是满载排水量。同一艘航母使用“偏低”的标准排水量还是“偏高”的满载排水量取决于公关需要,需要炫耀武力的话,用满载排量量更加使人印象深刻;需要低调的话,用标准排水量就更合适了。


歼-15是第二艘航母最可能配备的舰载战斗机


未来有可能转用技术水平与歼-20相当的更先进的舰载战斗机

舰载战斗机继续使用歼-15也是最合理的选择。歼-15是从得自乌克兰的苏霍伊T-10K7改进过来的。T-10系列是苏-27家族的原型,T-10K系列是苏-33的原型,其中T-10K7是7号机,十分接近定型的苏-33。沈飞结合T-10K7和歼-11B的技术,研发了歼-15,目前已经在“辽宁”号上使用。作为重型战斗机,歼-15具有优良的载弹量和航程,与苏-27的血缘则保证了出色的机动性。在隐身、超巡已经成为第四代战斗机典型特征的今天,歼-15依然足够先进。战场上不二的法则是消灭敌人、保存自己,隐身、超巡都是达到消灭敌人、保存自己的手段,但不是唯一的手段。在武器智能化的今天,电子战的作用越来越大,诱使敌人和来袭的武器“聪明反被聪明误”是有效的反制手段。电磁压制即使不能取代隐身,至少能在很大程度上补偿非隐身平台的不足,迷惑敌人的探测,压制雷达制导的导弹。另一方面,机载吊舱式的激光武器也将成为现实,低功率激光可以迷盲红外制导,高功率激光可以弱化导弹弹体,迫使追踪导弹在剧烈机动中自我解体,甚至直接击毁来袭导弹。歼-15宽大的机体和载重量正好适合这样的“电子战化”改装。至于网络战能力,这本来就不是第四代战斗机独有的。歼-15在可预见的未来海空战场依然有足够的战斗力和生存力。

航母是搭载舰载战斗机的平台,航母的优点也在于此:更换舰载战斗机,就能迅速升级战斗力。在航母的全寿命里,舰载战斗机可望至少更新一代。以歼-15为基准战斗机的“辽宁”号和第二艘航母将有足够的空间,适合在新一代战斗机完成研制的时候予以搭载。相比之下,过小的航母的选择就比较有限,印度的“维克拉玛提亚”号和法国的“戴高乐”号航母都偏小,只能搭载米格-29K或者“阵风M”一级的中型战斗机,勉强搭载歼-15一级的重型战斗机的话,即使甲板长度足够,也有搭载战斗机数量的问题,太少的战斗机是形不成有效战斗力的。


传统上,美国采用蒸汽弹射


从“福特”号开始改用电磁弹射


俄罗斯则用滑跃起飞


“辽宁”号也是滑跃起飞


有说法这是中国的电磁弹射试验设施,如果属实,中国有可能弯道超车,在未来跳过蒸汽弹射,直接上电磁弹射

航母最关键的技术或许就是起飞了。传统上,美国用蒸汽弹射,俄罗斯用滑跃,各有优缺点。蒸汽弹射可以把较重的飞机打上去,但有可靠性、重量、维修工作量的问题。弹射本身是几近无控的过程,对飞行员和机上设备的过载很大,弹射到飞行员自主控制的安全过渡也对飞行员的训练和心理素质要求很高。在系统上,蒸汽弹射需要耗用大量高纯淡水,对航母的动力系统是一个不小的负担。在特别寒冷的海区使用时,蒸汽系统和甲板的防冻结还是一个麻烦事,这也是俄罗斯不用蒸汽弹射的一个重要原因。高压蒸汽是一个很难伺候的系统,汽蚀、水锤、热应力等都是很不好办的东西。滑跃起飞省却了弹射系统,增加了出动率,飞行员对起飞全程控制,飞行员和设备的过载小,但飞机总重受到最大推力的限制,不能太高。两者相结合是取长补短的好主意,但蒸汽活塞不能曲线运动,很难结合。电磁弹射就不一样了。

电磁弹射是用直线电机的原理,把通常电机的旋转运动转化为直线运动。轨道相当于一线铺开的定子,挂在起落架上的弹射小车相当于转子,在技术上和磁悬浮的推 进部分是一个意思。磁悬浮的轨道是可以弯曲的,电磁弹射轨道也同样可以弯曲。美国最新航母“福特”号采用电磁弹射,但依然采用平甲板,而不是滑跃。平甲板有增加调度和待命区域的好处,也和美国海军的技术传统和飞行员训练体制有关,但这不等于中国就不能把两者结合起来,形成新的独特优点。

滑跃与电磁弹射结合起来的好处有三个:一是可以增加起飞重量;二是把电磁弹射从唯一的加速手段“降格”为助推手段,大大降低了电磁弹射的技术要求,降低了技术难度;三是在电磁弹射故障或者还没有成熟的时候,可以用滑跃起飞先形成战斗力。根据多方报导,中国已经在电磁弹射技术方面取得可喜的进步,从滑跃起步、预留空间以备未来改装是与中国的电磁弹射技术和海航训练现状是相适应的。电磁弹射还有容易调节推力的好处,特别适合弹射不同重量的飞机,比如轻于鸿毛的中小型无人机。

第二艘航母采用常规动力,这也是合理的选择。核动力是理想的航母动力,但技术门槛高,造价高,退役后的拆解处理也很麻烦。燃气轮机是英国“伊丽莎白女王”级航母的动力,结合电动推进的话,汽电联合的燃气轮机动力比柴油机和蒸汽锅炉的热效率都高,燃气轮机的轴功率用于直接驱动发电机,高温尾气则进入废热锅炉,产生高压蒸汽,推动汽轮机发电,极大地提高了全系统的热效率。但大功率舰用燃气轮机现在还是中国的短板,这样的先进动力组合可能对已经建造中的第二艘航母还不现实。柴油机则重量、噪声、振动都大,而且不适宜经常加减速,并不适合航母使用。因此,第二艘航母的常规动力最可能是蒸汽轮机。

蒸汽轮机是传统的大型船舶推进方式,蒸汽锅炉产生的高压蒸汽推动汽轮机,汽轮机直接驱动螺旋桨,功率大,运转平稳,技术成熟可靠。据外电报导,“辽宁”号已经采用蒸汽轮机动力,8台锅炉的总功率达到20万马力,驱动4具螺旋桨。

以“辽宁”号的经验为参照十分重要,这不仅因为“辽宁”号提供了一个完整的蓝本,也因为“辽宁”号已经凝聚了海量的中国技术,代表了中国对航母的理解和使用经验。1998年被拍卖的时候,“瓦良格”号已经安装的主要设备被拆除,中国以2000万美元的价格买了下来,但这是一艘没有动力、缺乏船舵、无法操纵的空壳子,连起码的自航能力都没有,更谈不上电子系统和武器装备。要从这样一个起点开始修复,这是对没有研制航母经验的中国造船工业的巨大挑战,当然也是巨大的机会。坊间一直流传中国从乌克兰获得了“瓦良格”号的全套图纸和设计资料,有人就开始遐想,既然有了全套图纸和资料,就可以容易地修复“瓦良格”号,安装所有缺失的设备,可以很快形成战斗力。但事情不那么简单。

对于中国来说,按原样修复实际上不可能。即使中国从乌克兰得到了“瓦良格”号的全套图纸和设计资料,也不能排除有很多关键资料缺失。乌克兰自己的资料到底有多全就是一个很大的问号。俄罗斯在为印度改装“戈尔什科夫”号的过程中,遇到大量图纸和资料缺失或对不上的问题,严重影响改装的进度。沈飞在苏-27的引进生产中,也遇到过类似问题,以至于沈飞被迫在几个车间的地面上,把所有对不上的部件摊开,把俄罗斯专家招来一个一个核对,迫使俄罗斯方面承认问题,用了一年多时间,更改了超过一半的图纸和超过80%的工装,才使引进生产得以继续。这还是正在生产中的苏-27,而不是已经停产20年的老产品。这不一定是俄罗斯方面故意捣鬼,更可能是设计局提供的资料版本落后于生产线的实际。苏联技术对于图纸资料的完整性和精确性向来比较散漫,尤其对原始设计完成后的改动所涉及的图纸和技术资料更新比较“自由主义”。“瓦良格”号的图纸资料和船坞里的实际脱节不奇怪,而中国想把专家招来都无从入手。

即使不算舰体本身资料缺失问题,非本厂建造的关键系统(如雷达、战斗管理、动力、升降机、舰载武器)只有安装尺寸、重量、配套系统等衔接方面的数据和图纸,并没有也不需要有分系统、部件到元器件水平的设计和制造相关的图纸和技术资料,离开这些资料想原样恢复都无从谈起。事实上,缺失设备从俄罗斯和乌克兰重新订货都不可能,一是相关工厂是否存在都成问题,二是已经装舰的关键系统在船被拖往中国前被拆除,这个事实本身就说明了俄罗斯和乌克兰不愿意这些技术流到中国。另外,“瓦良格”号在飞行甲板下安装12管垂直发射的P-700(北约代号SS-N-19)远程反舰导弹和24管垂直发射的3K95(北约代号SA-N-9)防空导弹(总备弹192枚),这些不是中国海军的标准装备,中国没有计划引进,航母装备重型导弹火力这种独特的苏联海军做法也不被中国海军所认同,把这些空间转用于更多的机库空间本身就要求对舰体到系统进行全面的重新设计。中国只有自己动手,以我为主,重造“瓦良格”号,再造之后的“辽宁”号实际上已经与“瓦良格”号是完全两回事了。

在再造过程中,要对假象作战海区、假象作战对象、飞机起飞重量、飞机出动强度、甲板上飞机停放数量、甲板上作业方式、机库内飞机停放数量、机库内作业方式、维修区安排、生活区安排、指挥区安排、舰载武器的种类、数量和位置、飞行控制要求、舰载武器火力控制要求、护航舰队的指挥和协调要求等一系列设计基础按照中国海军的要求重新设计。取消重型反舰和防空导弹后,甲板下和舰桥前后的空间需要重新划分,甲板结构也要重新做过。中国海军对航母额定舰员和生活区的要求导致对生活舱室的重新划分。装用中国的雷达和战斗管理系统,也需要对相关舱室重新安排。按照中国海军对航母自卫火力的需要和可用的现有装备,甲板周边武器站的位置、性质要重新安排;中国的雷达、升降机和动力系统的大小、重量都和原设计不同,这些都将改变全舰重量分布,甚至改变总重量和吃水,需要对稳定性、损管、抗沉性等重新考虑,还要对供电、暖通、电磁兼容等重新考虑,这相当于在舰壳、舰桥基本几何尺度确定的条件下全盘重新设计了。

设计只是一方面,还要做危害评估和操作性分析。所有设备、管线、结构都要详细分解,考虑局部失效、故障、泄露、起火、爆炸、腐蚀、破损时,是不是会引起更大范围甚至全局性的灾难性事故。如果有这样的可能,需要如何用更改设计、报警和连锁保护系统或操作规程来避免灾害扩散。根据灾害的危害等级,有的只要考虑一个故障模式就够了,但危害较大的情况需要考虑双重组合甚至多重组合模式。更进一步的可靠性设计可以使用概率和故障树理论,根据每一个节点的故障概率,计算系统的故障概率。然后反过来根据对系统故障概率的要求,反推分系统乃至节点的故障概率要求,这样反复迭代,最后在设计上确保可靠性。所谓平均无故障工作时间、平均修复时间就是这样出来的。

危害评估是一个极其繁琐、枯燥的过程,但也是一个非常关键的过程。根据这个过程得到的数据,可以对断电、爆炸、漏水、火灾、通道坍塌、控制失灵、浓烟等紧急情况科学制定应急操作规程,明确规定抢救措施,指定平时抢救器材的位置和准备状态,避免临时抱佛脚、拍脑袋。美国海军军舰的抗战损性和抗沉性特别好,“斯塔克”号护卫舰在波斯湾挨了一枚“飞鱼”导弹,严重倾斜;“科尔”号驱逐舰在亚丁被炸了一个大洞,丧失自航能力;“旧金山”号潜艇在海底撞山,艇首撞没了;“哈特福德”号潜艇上浮时和水面船只相撞,可以穿透北冰洋冰层的坚固围壳也撞歪了;这些舰艇都没有沉没,设计时的危害评估和由此制定的危害控制手段功不可没。“瓦良格”号再造为“辽宁”号,这样的系统的危害评估和科学制定的危害控制手段必不可少。

另外,还要同时安装相关的管线。管线的要求与设备直接相关,原有设备全改了,即使还有管线留下,也只有去除重做。管线的布置实际上相当讲究,既要紧凑,又要留有空间可以维修,还要考虑在紧急的时候堵漏;高温管线和制冷管线要分开,电力线和信号线要分开,主要线和备份线要分开;要避免不必要的转折、扭转、死角,又要尽量利用边角空间;要减少接口以减少泄漏,又要留有足够的接口以便于分段拆换,还要为未来扩充升级预留接口;高压管线要在关键地方安装泄压阀,避免失控超压,还要安装隔离阀,便于分段维修、分区隔离;万一管线泄漏、爆炸,要避免几根主要管线一起受到损坏。这些管线的排布设计需要对舰内结构精确测绘,精确计算。

接下来还有包括施工和安装过程的考虑。在功能上合理的设计不一定便于安装或者维修,舱口尺寸或者安装顺序不对,设备可能根本安装不进去。另外在计算机辅助设计的今天,由于阴差阳错的原因,依然时不时有管线到安装的时候对不上的问题,这是对设计和工艺人员功力的考验。便于安装也不一定便于维修,需要经常维修的设备要安装在容易接触的位置才好,而不至于需要大动干戈拆卸很多挡路的设备才能做维修。

“辽宁”号已经已经交付海军使用,多次远航东海、南海,不仅在各种海情下评估舰上系统的性能和使用,还用于海航飞行员和舰上人员训练,培养使用经验,评估战法、舰队整合和海上保障,提供了大量第一手经验。每次远航归来的整补也是检验、测试和整改各种系统的机会,将实际情况与再造“辽宁”号开始时的设想和设计基础相对照,作为进一步改进和未来航母的设计依据。

在再造“辽宁”号的过程中,中国已经对航母技术和建造积累了海量的第一手认知和具体技术,事实上,除了基本舰体,全舰实际上是重造的。这是建造第二艘航母的基础,但也不可避免地留下一些遗憾。一部分是因为“瓦良格”号已有的舰体和舰桥结构的限制,过度改动超过现实可能性;另一部分是由于进度要求规定的设计冻结时间,不大动干戈返工的话,更新、更好的想法或者技术超过了冻结节点就难以再整合进去。 “辽宁”号的使用经验提供了进一步改进的方向。

另一方面,第二艘航母之后还会有更多的航母,在第二艘航母把“辽宁”号上没有走过的从零开始的航母建造之路走完,比贪多求全更为重要。第二艘航母应该是“辽宁”号的改进,而不是全盘重新设计。


有一天,中国海军或许也会有这样的阵势的,这是“里根”号、“小鹰”号和“林肯”号三艘航母编队航行

中国海军要保持航母在海上可持续的常年战备存在,需要至少保持一艘在海上巡逻,一艘在基地修整,另一艘在船坞大修、升级,最好还要有一艘在海上训练。这样需要至少4艘航母。从部署上来说,东海和南海各部署两艘,交替覆盖,也比较有利。这样的话,第二艘航母按照改进型“辽宁”号建造,大小、布置和技术大体相同,但具体细节和结构有所改进,不仅可以缩短建造周期、降低技术风险,还有利于小步快跑、积累航母建造经验。在此基础上,再进一步建造第二批两艘,就有了良好的基础。航母建造应该有一点批量,实现一定的标准化和技术共享,降低研发和制造成本,也便利海军的保障。但也不必拘泥于绝对一致,毕竟这是高价值、低数量战舰,有所差异是容许的。美国10艘“尼米兹”级航母也是每一艘都有所不同,后一艘根据前一艘的经验和更新的可用技术而有所改进。

第二艘航母的具体情况都只是估计,第三、第四艘就更是猜测了。首先是时间问题。中国的海军建设一方面只争朝夕,另一方面并不搞军备竞赛,没有必要一下子大干快上。相反,为了保持航母设计、建造能力的可持续性,相对均匀而合理间隔的连续建造反而是必要的。比如说,考虑到航母的使用周期至少40年,在未来一段时间内,每10年建造一艘新的航母,结合已有航母的进坞大修和升级,就可以保持航母设计和建造能力的连贯。一下子大量建造,反而造成两代之间很长一段时间设计和建造能力闲置的问题,而且到时候集中退役,需要集中建造下一代航母,在投资和产能方面都不利,也不利于连贯地应用新技术。

第二批航母在大小和布局上有更大的自由度。“辽宁”号的基本尺寸已经不能改变了,第二艘航母要保证足够的标准化也不宜过度改变,但第二批航母就有条件按照中国海军的要求更加科学地制定大小和布局要求。另外,第二批航母不仅在技术上可以更放手地结合前两艘航母的使用经验,也更有时间和条件采用新技术,比如说,全电推进。全电推进不仅省却沉重、精密的大轴,有利于灵活地分散布置动力系统,还能使用吊舱式推进系统,将推进与转向整合在一起。电动推进还有利于与电磁弹射一起整合进综合电动系统,使中国的新一代航母达到很高的技术水平。

中国海军已经走出了飞潜快时代,但还刚刚步入航母时代。航母是海上浮动的空中力量基地,从二战时代的珍珠港到海湾战争,空中力量在现代战场上的作用越来越显著。“辽宁”号带来了中国海军的第二个春天。明媚的春天已经到来,火热的盛夏就不遥远了。
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