航母?当然越大越好!

2020-9-14 14:22| 查看: 495| 评论: 0

过去几年中,美海军许多文章和观点都提出了更省钱的航母发展思路——通过建造更多、更小的航母来实现“分布式作战”的愿景。未来航空母舰应该基于类似LHA 6“美利坚”级两栖攻击舰的船体,改成所谓“闪电航母”,而减少核动力超级航母尼米兹(CVN -68)和福特(CVN-78)的数量。然而USNI在9月份发表一篇主题文章《航母?越大越好!》



尽管LHA的建造成本比CVN便宜(30亿美元对100亿美元),但该论点却忽略了一些关键原则,这些原则使CVN拥有更强的火力投送能力(实际上高出一个数量级),并且运作更为经济,战斗力远超过2-3艘“小航母”


伽利略定律 

1638年伽利略写了他关于流体力学方面的一个发现:为什么小的物体在流体中的阻力比大物体更大:“Observe then how much greater resistance, arising from the contact of the moving body with the medium, in the case of small bodies than in the case of large.



在上图中,三艘船在横向补给:巡洋舰圣哈辛托号(CG-56),补给船拉拉米号(T-AO-203)和詹姆斯·威廉姆斯号(DDG-95),航速航向相同。

注意船尾的尾迹。尾迹越白,说明推进器的搅动越剧烈。搅动越剧烈,说明船舶推进系统需要克服的船舶阻力越大。与满排4万吨的补给船相比,两艘1万吨以下的战舰的尾流更白。即使这些船比补给船外形更小,但较白的尾流表明,与较大船相比,战舰承受的阻力更大。伽利略的立方平方定律以及其他两个因素可以解释这种阻力差异。

第一个因素是粘性阻力,即水对船体的摩擦力。它的作用与湿面积成正比,并随航速的增加而线性增加。此外,伽利略会注意到,虽然长度差不多,但大型船的体积比小型船的体积大得多(4:1),小型船推进器的剧烈搅动是“小固体的湿面积相对大物体更大”这一事实的结果。较大的。” 

第二个因素是兴波阻力,它在较高速度下呈指数增加,并进一步增加了阻力。水面舰艇在水中运动时会产生重力波gravity waves,从而阻碍其运动。当它加速并产生与舰船一样长的重力波时,该速度称为船体速度hull speed。超过该速度,重力波的大小成倍增长,因此兴波阻力也成倍增加。因此,船越长,其固有船体速度hull speed就越高。对于水面舰艇而言,这是最佳速度,而无需增加更多动力。计算公式为:船体速度(节)= 1.34乘以英尺为单位的船体长度的平方根。具有1,000英尺船长的航空母舰的船体速度为42节,而具有500英尺船体的驱逐舰的船体速度约为30节。 

因此,通过通过增加流体中交通工具(集装箱船、油轮、大型客机)的体积,它们可以扩大尺寸以承载更多的有效载荷(并且带来的动力代价没那么高),而它们最大的生命周期成本即为推进燃料-与没有按比例放大的表面积成比例。这就是“大”的好处。确实,巴拿马运河的新船闸被建造得更大一些,也是为了适应更大的商船。旧船闸长1,050英尺,宽110英尺;新的船闸长1,400英尺,宽180英尺。用来通过旧船闸运送集装箱的船被称为Panamax巴拿马型船,可以运送5,000个集装箱。新巴拿马型船可运载13,000个集装箱。大有大的好处,航母也一样。

现在,让我们考虑用LHA或LHD代替CVN。国防部在1996年的任务需求声明中明确规定了航母的职能:“航空母舰的机翼必须独立于陆上基地,同时必须执行侦察,在战场上占主导地位并在今后的扩展作战行动中进行打击。”“Independent of land bases, the aircraft carrier’s airwing must simultaneously perform surveillance, battle-space dominance and strike in extended combat operations forward.” 

让我们依据这个来看看小航母的不足。


监视预警

在“美利坚”这样的小航母不能起降E-2D“鹰眼“预警机飞机。因为没有弹射器来弹射它们,也没有带拦阻索的倾斜甲板来收回它们。在高空飞行时,E-2D的雷达可以看到巡洋舰或驱逐舰上的“宙斯盾”雷达的距离的三倍,并且E-2D可以在战场上的移动的速度比“宙斯盾”舰快十倍。因此,LHA小航母的舰载机无法像CVN的舰载机一样有效地执行预警监视任务。



制空制海权

这是掌握海空潜立体空间的能力。E-2D可以与位于打击群中心的“宙斯盾”战舰上的航母打击小组空战指挥官协同,也可以与距编队数百英里的战斗空中巡逻队(CAP)的战斗机进行通信。CVN可以携带75架或更多飞机,包括44架战斗机,可以进行远程防空和反水面作战。而福特级更强,在飞行甲板有56个战斗机机位,机库里还有24个。

反过来,目前“美利坚”两栖戒备群只能部署5架F-35B。2016年,海军展示了搭载12架F-35B 的概念。但是,以LHA作为主要母舰的ESG编队可以在多大程度上进行纵深对空防御呢,因此在LHA飞行甲板上只有大约20个战斗机停机点,在机库最多还有10个点而已。

在CVX项目于1998年对新航母进行的替代选择分析(AOA)中,国防部审查了三种尺寸的航母和载机数量:1)小型载机40架;2)中型载机60架;3)大型载机80架。国防部首先拒绝了那种小型40架飞机的小航母,因为其舰载机联队没有足够飞机数量来同时执行防空和空袭任务。因为,目前一个典型的CAP空中巡逻空域每12小时需要12架战斗机执勤或伙伴加油任务。这样一来,就可以剩下其余32架战斗机去同时执行空袭任务。即使是严重空中威胁下需要两个CAP空中巡逻区域即22架战斗机,那么也能剩下其余22架战斗机去执行空袭任务。这就是大型航母的“攻防兼备”。

反过来,自1998年以来,没有任何技术或战术革新可以让LHA / LHD上的小舰载机部队能更加有效地执行这三个任务。LHA的飞行联队没有足够的F-35B来有效地在战场上执行夺取制空权和空袭任务,更无法操作E-2来提供监视,指挥和控制功能。弱鸡啊。


携带弹药数量

再次回到立方平方定律,CVN上的弹药库尺寸明显大于LHA上的弹药库。目前LHA的航空弹药库尺寸是大约16000立方英尺,但Nimitz-和Ford-级航空母舰是375000立方英尺 -也就是足够的弹药来维持长达2个星期的典型的空袭和空战行动。



如果把弹药库的弹药平铺在一个美式橄榄球场,就能直观看出二者的巨大差异。CVN的弹药能铺满高度为10英尺、长78码的面积,一大半。而LHA的弹药在球场上仅占据右端区域的三分之一。归纳起来,CVN的弹药数量是LHA-6的23倍以上!


核动力与常规动力

核动力航母一次加料能绕地球60圈,而LHA的不加油航程仅仅为12,000英里。CVN的另一个优势还体现在福特的推进装置设计中。使用核能节省了500,000立方英尺的舱内面积。如果用燃气轮机驱动,那么宝贵的内部空间就要用于安排进气和烟囱。而核动力节省下来的大部分空间都用于使CVN的弹药库和舰载机的油库上去了。而且,核动力航母的舰岛不必位于推进装置的上方以优化烟囱的布置。取而代之的是,就像“福特”级,舰岛可以进一步向后移动,以使飞机升降机位于该岛的前方,并在飞行甲板下方添加现成的弹药准备库。此设计元素消除了飞行甲板上的“炸弹农场”,使得意外造成弹药爆炸的危险进一步减小(福莱斯特,企业,泪奔)。


战斗实践

大型载具的实际价值在用于确定最终载具尺寸的CVX AoA中显示。使用波斯湾的战役模型来比较中型和大型航母上不同尺寸的飞行联队的性能。大型飞行联队和航空母舰产生了8,000架次打击。而中型联队和航空母舰只能产生4,000架次。

有趣的是,根据国防部PA&E的研究,当中型联队临时部署到大型航母时,甚至中型联队的飞行架次数也增加了。仅只是换到了更大的航母,中型舰载机联队的架次就达到5,600架次,增加了40%。随着更大的航空燃料容量和更大的弹药库,更大的航母可以使较小的舰载机联队保持更高的任务出动率和时间。

大型航母的灵活性优势通过两种重要方式得到证明。首先,在战时,相比较小的航空母舰,大航母的余量更大,可以将更多的飞机和机组人员迅速添加到大航母上,就像当年“高潮演习”一样。尤其是,可以根据其任务需要来增加特定的机型甚至中队。例如,2014年,当伊拉克的伊斯兰国战斗人员获得了先进防空雷达和导弹后,中东美军迅速增加了更多的电子战机EA-18G。这种更大的作战灵活性也只有大航母才方便。

海军需要的船只的大小、组合是一个不断变化的多元变量方程。随着威胁的变化,船只的种类和应对威胁的策略都必须适应。然而,至关重要的是要了解不同类型船舶之间的基本物理学差异以及确定这些差异的物理原理,以做出正确的权衡和最佳的船队编成决策。人们很容易想到,但从1+1的数字游戏上,两个小航母编队似乎可以比一个大型核动力航母编队拥有更低的成本和相等的火力,然而通过我们上面的深入分析会发现,事实并非如此。伽利略的立方平方定律解释了为什么今天的CVN可以跑得更远,更快地出动更多的飞机投射更多的武器,同时还能更好地、更灵活地执行所有作战任务。 

作者简介:Talbot Manvel上校,1972年海军官校毕业,机电专业。曾在三艘航母上服役,航母CV-66的首席工程师,参加过海湾战争。协助指导了2艘“尼米兹”级的建造,组织开发了标准维护战略,并领导了“福特”级航母的初始概念设计。

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