從模式堆的功率體積差異看裝備時間差異


對全球五常來說,從上個世紀50年代開始,就不斷的追求高效率的艦船核動力。因為核動力具備全過程不依賴空氣參與,而且具備極高的能量密度,使用期很長。這些特點,可以直接應用到核潛艇和大噸位的水面艦艇上。雖然當時我國在這方面幾乎是從零開始,而且國力薄弱,但是仍然提出了:一萬年也要搞出來的口號,絕對是高瞻遠矚。當時由于核動力的復雜性,各國基本都是先在陸地上先搞成模式堆,證明技術合格安全可靠,才會正式開工某型配套的潛艇或者是大型水面艦艇。所謂的模式堆,就是在陸地上安排與設計中的艦船一樣尺寸的空間內,運行與將來的目標環(huán)境一模一樣的堆型,看看功率、安全性、降噪性能、以及可維護指標是否全部可以達到要求。由于核潛艇的內部空間比核動力航母的動力艙的空間小的多,因此核潛艇在陸地上的模式堆。
從核心壓力罐到配套的附屬設施,包括蒸汽透平和冷凝系統(tǒng),都要比大型航母上的更緊湊。美國俄亥俄級核潛艇的反應堆是S8G、海狼級是S6W,這兩種堆的熱功率都是250兆瓦,也就是25萬千瓦,但他們的最大軸輸出馬力,只有6萬軸馬力左右。滿排接近2萬噸的俄亥俄級的S8G反應堆,裝入的鈾235的總重只有140公斤!一臺反應堆,配備兩個動力循環(huán)分系統(tǒng),每個分系統(tǒng)中包含一、二回路支回路,共用減速齒輪箱,單軸,推進一部七葉大側斜螺旋槳。堆芯直徑1.6m,高度1.7m,燃料元件約 60 盒。采用板狀元件,鈾鋯合金燃料,鈾 235 富集度為 40%,包殼材料為鋯4 合金。堆芯功率密度為80MW/m3。反應堆采用鉿控制棒,用于控制后備反應性,使堆芯具有長壽命。一回路系統(tǒng)壓力為16MPa,冷卻劑進入反應堆入口溫度280℃,出口320℃,冷卻劑流量約 3600噸每小時,主循環(huán)泵功率 169kW。

由上可見,龐大的俄亥俄戰(zhàn)略核潛艇,他的反應堆核心部分,只是一個不到一人高的 金屬罐而已。其他核潛艇的反應堆也差不多這么大!這類反應堆用的都是鈾鋯合金燃料板,通過特殊工藝讓高濃度鈾滲透到金屬鋯合金中去,作為反應堆燃燒材料。而不是民用核電站那種二氧化鈾陶瓷塊。能量密度成百倍的提高。而10.5萬噸的福特級核動力航母使用用兩臺A1B新型反應堆,實際熱功率總值是超過65萬千瓦的!因此,用核潛艇的動力包,強行推動核動力航母遠遠不夠用。兩臺A1B新型反應堆,在福特級內部占據(jù)了極大的體積和重量,兩臺反應堆本身加上蒸汽透平和配套的冷卻系統(tǒng),加上輻射屏蔽系統(tǒng)。幾乎塞滿了福體級的下層動力艙,雖然核動力航母比常規(guī)動力航母省掉了可以裝載近萬噸油料的燃油艙,但實際的體積和自重,并不比燃油鍋爐加萬噸級別的燃油槽的總重和總體積小到哪里去。因此甲板面積和機庫面積差不多的兩艘不同類型的航母,一艘是常規(guī)動力,一艘是核動力,那么核動力的吃水和噸位都比常規(guī)動力航母要大!

這種狀況,也造成為核動力航母配備的整個動力包,無論功率還是體積,都和核潛艇的動力包不是一個級別,它是介于陸地民用大型核電機組和核潛艇的小而緊湊的動力包之間的一種先進的動力裝置。因此它的陸地模式堆也必須從頭開始全新建造。用過去核潛艇的模式堆的廠房和基礎設施對付是不行的。從這點上看,兩種模式堆有明顯的差異,在第一種模式堆已經大功告成的情況下,第二種也會很快成功。