原创2021-11-08 12:51·军武次位面
原创 血刃 军武次位面
国产航母必然要更大更先进
自中国首艘国产航母山东舰服役以来，国内很快又开始关注003号航母的情况，种种迹象表明该舰不但具有弹射甲板，而且吨位几乎与美国当年的小鹰级航母近似。然而新的问题也随之而来：003号的后续型号航母是否会更大，换而言之中国是否有能力建造更大的航母呢？
从003号来看，中国航母发展在某种程度上已开始带有美军的部分色彩，因此动力系统和吨位也多半会得到较大进步。作为体积最大的作战兵器，大型航母的设计和建造本就堪比一座金字塔，需要每个组件都达到完善，才能最终成型。在这些部件中，动力系统相关设备几乎是最重要的。
值得注意的是，中国近年来在超巨型船用螺旋桨领域中取得了技术突破，不但打破了早年间西方的技术封锁，甚至还实现了对原有先进国家的反超。根据目前中国最大型螺旋桨的规格来看，吨位甚至超过福特级的未来国产核动力航母已不再是遥不可及的幻梦。
▲中国大型船用螺旋桨已位居世界顶尖水平
螺旋桨的本质是什么？有何特点
螺旋桨是一种常见的动力机械，其重要组成部分、桨叶会在空气或水里按照特定规律和速度进行旋转，常见于飞机和舰船。舰船螺旋桨包括轮毂、桨叶、叶根、随边、叶稍和导边。会有两个或多个桨叶与毂连接，而桨叶向后的一面就是其螺旋面。在围绕轴承运转时，螺旋桨必须要使其各剖面在升阻比较大的仰角工作，这样才能让拉力达到最大值，最终让动力效率达到提升。因此，螺旋桨的桨叶角会从桨尖到根部逐渐加大，从这一点上看，螺旋桨类似可以扭转的飞行器机翼。
▲螺旋桨是舰船动力系统的关键组成部分
随着舰船技术的发展，它们使用的螺旋桨也有了自己的特点，各国技术人员在均衡加工难度、成本、静动平衡以及推进效率后，基本确定了三叶桨和五叶桨的发展模式（也有7桨叶和11桨叶的设计）。一些追求速度的特殊推进器一般采用三叶桨，而五叶桨则一般都用于大型舰船，例如美国尼米兹级航母的四个螺旋桨都各有五片桨叶。一般而言，桨叶越少，转速就越高，此外螺旋桨本身直径越大，拉力也就越大，这对于巨型舰船而言至关重要。
舰船的螺旋桨位于水线以下，因此它不但要克服水体阻力，而且还要具有很高的抗腐蚀性。随着技术的发展，螺旋桨的制作材料也有了明显变化。早年间的船用螺旋桨的主要材料是铜合金，当舰船吨位和动力得到迅速提升后，不锈钢则逐步取代了铜合金，而马氏体不锈钢更是在今天得到了广泛应用。此外，锰、镍等金属元素也会按照比例掺入其中。
▲大型螺旋桨对材料和制作工艺要求很高
在专用软件和计算机技术普及之前，螺旋桨的设计主要依靠相关技术专家的推理和经验积累，概念模型的构建也无法得到太多智能计算的协助。在计算机性能迅速升级后，数字化设计大力协助了螺旋桨的定型，甚至可以通过模拟环境来还原各种螺旋桨在相应环境中的表现。由此可见，尽管舰船用螺旋桨看似简单，但背后却涉及了材料学、工程学、流体力学等综合高端学科。
巨型舰船用螺旋桨也是国家技术和工业实力的象征
冷战中，美国航母开始了一条大型甚至巨型化之路，这就促使美国的舰船螺旋桨也越来越大。以尼米兹级航母为例，该舰总共有四个螺旋桨，其直径可达6.4米左右，几乎相当于两层楼的高度！而每个螺旋桨又各有5片桨叶，每片的重量就达到了30吨，因此这种核动力航母的螺旋桨部分重量就达到600吨！在这些巨型螺旋桨制造时，从曲面弧度、敞水效率到螺旋桨光洁度，都有很高的加工标准，如果没有高端的多轴联动机床，就很难达到要求。时至今日，美国的军用高端机床也保持着巨大的领先优势。
▲美军航母的螺旋桨之大，不难想象
新中国成立后相当一段时间内，中国在综合领域的多个学科上都和西方有巨大差距，更缺乏尖端机床、计算机以及设计软件，连螺旋桨用的很多合成材料以及零部件，都难免受制于人。所以高端的大型舰船用螺旋桨一直难以得到实质性发展。冷战时代的多数时间段，两大阵营集团都对中国进行严密的技术封锁，中国很早就提出发展航母的计划，最后却都无果而终，这其中很大因素就是航母工程的子系统技术难关导致的。
与其他技术难关一样，中国开始在困境中开始独立拼搏，无数设计人员开始共同努力，不知道多少个方案从灵感中迸发，并由此经历了设计、演示到不幸被推翻之路，国产大型螺旋桨就是在这样的坎坷中逐渐成型。当初辽宁舰接受升级改装时，一则报道就显示了该领域的成就，从辽宁舰的螺旋桨直径看，大约为尼米兹级的三分之二，其螺旋桨系统总重的对比也与之近似，这不但说明中国大型舰船螺旋桨实现了精密焊接、制造和安装的一条龙，也标志着中国造船技术得到了质的飞跃。
▲大型舰船用螺旋桨技术也是一个国家实力的标志
世界最大！中国船用螺旋桨跻身世界一流
中国能够在大型船用螺旋桨方面有如此成就，很大程度要归功于镇江中船瓦锡兰螺旋桨公司。该公司技术精英们曾历经上千个日夜的刻苦钻研，一如当年两弹一星的技术先驱们，最终完成了新型的七轴五联动数控机床，这种机床在制作加工时，只需按照电脑编程即可完成自动化处理，最大限度保证品控质量，传统生产线上曾难以避免的精度误差也被最大程度消除了。与之相比，今天的美国都不敢说有能力做到如此。同时，中国还改变了此前多年使用的青铜锌锡合金，取而代之的则是国际主流的镍铝青铜合金。
▲七轴五联动无数控机床也是国产航母大型化的基础之一
据介绍，镇江中船完成的超大型螺旋桨的直径几乎是尼米兹级螺旋桨的2倍左右，总重量可想而知。当然，这么大的螺旋桨并不会用于航母，而是用于中国最新的40万吨超大型运砂船，这种巨轮的甲板面积相当于三个足球场，是航母的几倍。为了让这种庞然大物有足够动力，必然要有巨大的高性能螺旋桨。尽管如此，但这也足以说明中国有能力制造未来巨型核动力航母所需的高性能螺旋桨。
一般而言，传统的螺旋桨合成有三种方式，第一是环氧树脂粘，即通过类似胶水的效应，将主要部位粘在一起。但其弱点是会导致扭矩能力不足，所以充其量只能满足小型舰船的需求。第二种则是有键机械连接，即使用机械键进行连接，好处是可以传递较大扭矩。但这种方式的弱点是必须要有键槽，而扭矩力也都集中于此，难免会让螺旋桨存在损坏隐患，而超大型舰船对动力可靠性要求很高，所以这种方式同样存在弊端。
▲最大型螺旋桨的用户是巨型民用船舶
目前世界主流的大型螺旋桨拼接工艺是液压无键连接，其原理是利用高压油带来的扩张力，将螺旋桨进行拼接，进而将桨轴和螺旋桨拼接在一起，这样既不会对拼接处带来损害，又能保证动力。在航母以及其他大型船舶的建造工程中，这种合成拼接法得到了广泛应用，值得注意的是，镇江中船在拼合这部超大型螺旋桨时就应用了这种方式，这也充分说明中国从制造到拼合这一条龙作业中全程实现了看齐世界先进水平。
印度航母出洋相，责任也在螺旋桨
自1962年战争中惨败后，印度不但一直图谋复仇，而且还陷入一种条件反射式循环，即中国有什么武器或技术，自己不但也要有，而且还要更好，却完全不顾自身是否有这个实力。航母领域就是一个典型案例，印度海军拥有航母的时间远早于中国，然而近年来印度却只能眼睁睁看着中国航母在数量和质量上明显赶超自己。所以印度不但急切盼望其首艘自造航母维克兰特号服役，甚至还制定了2艘7万吨级核动力航母的建造计划。
▲维克兰特号这艘技术混血的印度“国产航母”一直毛病不断
近日的维克兰特号航母在新一次试航中再次因频繁“磕头”而大出洋相，这还不算，据印度方面的消息显示该舰多次测试最大速度时，居然难以突破28节大关！作为对比，辽宁舰和山东舰的最大速度却可达30节以上，可不要小看了这看似不起眼的差距，因为舰载机起飞时必须最大程度利用甲板风才能保证较高的成功率，而30节也是航母作战的公认速度门槛。维克兰特号之所以如此，除了其动力方面的不足外，也因为它的螺旋桨配置存在很大问题。
纵观维克兰特号全身上下，除了钢板和齿轮箱还算得上印度国产货以外，其余几乎全来自海外，例如意大利设计的舰岛、以色列的雷达和防空导弹、美国的发动机、俄罗斯的升降机和拦阻索，而它的螺旋桨则来自芬兰。这艘高度混血的印度“国产航母”采用双轴推进（一般航母为四轴推进），只有两部螺旋桨，每一台都得到两台LM2500系列燃气轮机驱动。很明显，这种非主流布局必然成为维克兰特号的隐患。
▲如果螺旋桨技术不过关，航母大型化就是空谈
在维克兰特号定型时，计划为其提供齿轮箱设计的艾列孔工程制造公司出现了严重失误，而柴油发电机的零部件同样事故不断，而这就导致的工期不断耽搁。由于最初阶段螺旋桨的完成进度较快，因此先行上舰，但不断节外生枝却使其长时间被迫泡在水里，由于其黄铜材质的抗腐蚀度不佳，加上工艺不过关，所以很快就被判定难堪大用。为此印度只能求助俄罗斯，但制造水平江河日下的俄罗斯也爱莫能助。就这样，印度只能求助芬兰的瓦锡兰集团才算勉强解决问题，但速度问题依旧没有被根治。
然而说到底，在航母螺旋桨问题上印度也只是完全依靠外援，而自身却根本没有借此让自己的大型螺旋桨技术得到快速进步。反观中国的中船设备公司同样和瓦锡兰这个螺旋桨制造业巨头合作成立联合企业后，很快就学到了其技术精髓并将其结合本国需求后改进自主化，自然和印度形成鲜明反差。所以就算印度未来继续开挂，搞定了核动力装置以及7万吨航母的其他技术问题，但大型螺旋桨自主化和高性能化无法解决，那么其新航母就很可能成为放大版的维克兰特二号。
不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。任何庞大的宏伟工程，都是由无数个看似不起眼的细节构成，而这些细节的局部提升，又反过来让工程整体的规模和质量得到巨大改变。对中国航母和其他超大型船舶而言，螺旋桨就是这样伟大而又不可或缺的细节。中国制造，必将让国产航母更大更强！