福建舰完成首次海试 6park.com
今天下午，我国首艘电磁弹射型航母福建舰完成首次海试回到江南造船厂码头。官方媒体几乎与此同时公开了大量福建舰首次海试阶段的高清照片和视频。让我们得以对福建舰有了更深一步的了解。在下面这张照片上可以清楚地看到福建舰的烟囱并没有冒烟。那么是福建舰处在停止状态吗？显然不是，因为船尾浪花飞溅，显然福建舰处于高速航行状态。那么福建舰是在靠自己的动力在航行吗，明显是的。因为旁边既没有拖船，也不见拖缆。显然福建舰是在靠自己的动力在海上飞驰。 6park.com
福建舰在高速航行但烟囱并不冒烟 6park.com
那么动力来自哪里？靠常规动力的燃油锅炉吗？既然如此，那么烟囱为什么看不到冒烟。不但看不到烟，而且烟囱后方的三个球形天线罩都没有被熏黑。如果说烟囱里有热气流排出但是没有烟雾，那么烟囱后方的影像应该出现模糊才对。但是从上面这张高分辨率照片上仍然看不到任何图像模糊的迹象。即使有照片上都无法察觉的热气流冒出来，这也完全不像燃油锅炉工作的状态。如果福建舰使用燃油锅炉作为动力，高速航行时应该浓烟滚滚才对，但事实却不是这样。当然我们并不排除在很多照片上福建舰的烟囱是在冒烟的。所以上面这张照片确实是非常独特的。这是我们分辨福建舰到底是常规动力还是核动力的又一个重要判断依据。 6park.com
照片放大后还可以看到烟囱中间的活动盖板还在里面 6park.com
那么福建舰的烟囱为何如此神奇呢？其实这仍然符合我们前面所做的无数分析预测。那就是这个烟囱可能并不是给燃油锅炉使用的，而是给辅助动力燃气轮机使用的。只有这样才能解释在大部分照片上，福建舰烟囱冒出的烟都非常淡。福建舰的主动力可能是核动力。所以在福建舰高速航行状态下，有时烟囱会冒烟，有时烟囱却又不冒烟。这足以证明，福建舰的航行和烟囱冒烟之间没有必然的关联。也就是说福建舰的主动力可能是核动力，负责福建舰的动力推进。而辅助动力是燃气轮机，主要用以发电。两者单独工作互不关联。 6park.com
福建舰高速航行时也有烟比较浓的镜头 6park.com
官方报道说福建舰首次海试主要任务是测试动力和电力。需要测试燃气轮机的话可能就开一会，测试完就关闭了。而福建舰的推进动力可能是反应堆提供的。所以燃气轮机即使关了，烟囱不冒烟了，也不影响福建舰高速航行。这样就能解释为什么福建舰在航行状态下有时冒烟，有时又不冒烟。也就是说福建舰可能就是一艘标准的核动力航母，只是用两台左右的燃气轮机替代了部分柴油机发电而已。除此之外和美弟福特航母没有什么本质的区别，也不是什么核燃混合动力。因为两种动力各用各的，都没有混在一起，所以也就没有所谓什么混合动力。 6park.com
福特级航母使用的柴油机 6park.com
如果不用燃气轮机来发电就只能用柴油机。像福特级航母上就有非常多数量的柴油机用来发电。因为需要常规辅助动力提供的电力功率相当大。比如福特级首舰就是88兆瓦，后续是106兆瓦。而且这还只是航母所需电力的一部分而已。福特级上还有核动力系统提供蒸汽驱动汽轮发电机组发出的104兆瓦电力。这两部分电力合计足有210兆瓦，比福特级航母的推进动力还要高一点，福特级的推进功率是209兆瓦。福特级首舰的总发电量是192兆瓦。后续都是210兆瓦。 6park.com
论文里福特级172兆瓦的总发电量是早期计划阶段的数据 实际首舰执行的是192兆瓦 6park.com
至于为什么不用核动力提供全部的电力，我们前面有文章讲得非常详细，这里就不重复了。我们这里只简要说一下原因，主要是因为交给辅助动力发的那部分电是电力需求的峰值部分，工作时间短，而且功率变化幅度大。这部分电力如果交给核反应堆提供，对反应堆的安全稳定运转非常不利。另外也是为了保证系统可靠性而准备的冗余。因为核动力也不是绝对可靠的，同样需要使用常规辅助动力来做备份。 6park.com
常用的军用柴油机通常都只有几个兆瓦 6park.com
航母上常用的辅助动力就是柴油机，但是适合军用舰艇上使用的柴油机主要是高速和中速柴油机。这两种类型的柴油机单机功率都很难做大。通常都只有几个兆瓦。高速柴油机通常不超过5兆瓦，中速柴油机最多也只是10兆瓦左右。所以如果这部分电力都用柴油机提供的话。柴油机的数量会非常多，一、二十台是很正常的。我们知道柴油机的功率密度是比较低的，只有燃气轮机的三分之一到五分之一。像集装箱船舶上常用的低速柴油机体积更是非常巨大，甚至有四五层楼房那么高。但是在航母上，设备密度远远超过民用船舶，船上是非常拥挤的。所以能节省空间就尽量节省空间，我们可能使用两台左右的燃气轮机替代了一部分柴油机。 6park.com
使用燃气轮机为电力需求的峰值部分供电是非常理想的选择 6park.com
这样做有很多好处。一是大幅度压缩了辅助动力占用的空间和重量，腾出空间和重量可以多带燃料或者弹药。而且燃气轮机启动速度快，加速减速也非常快。非常适合给电磁弹射器、能量武器、大功率相控阵雷达等设备供电。这些设备工作时间短，峰值功率大，使用燃气轮机供电是非常合适的。而且虽然燃气轮机的使用成本比柴油机高，但是燃气轮机实际工作时间非常短，比如飞机弹射工作结束，燃气轮机的功率就可以降下来。如果不需要这部分峰值功率，还可以直接关机。这样燃气轮机的运行费用总额其实并不大。所以燃气轮机和柴油机的组合是非常完美的航母辅助动力系统。 6park.com
CGT-25M燃气轮机热效率是36.5% 排气温度有四五百度 6park.com
那么为什么不用燃气轮机替代所有柴油机呢，主要是柴油机的热效率现在还是超过燃气轮机的，比如我国CGT-25M燃气轮机，其热效率是36.5%。而柴油机的热效率目前是可以接近50%的。所以长时间工作的用电设备使用柴油机发电成本还是更便宜一些的。而且福建舰的烟囱也不够大，即使使用燃气轮机发的电最多也只有几十兆瓦，像CGT-25M燃气轮机发电功率只有21兆瓦，两台也只有42兆瓦。和一百多兆瓦之间的差额仍然需要柴油机来填补。另外还需要柴油机作为应急动力。 6park.com
福建舰的烟囱旁可以站人 6park.com
福建舰的烟囱也相当大，但是为什么燃气轮机需要这么大的烟囱呢。主要是因为燃气轮机的排气温度相当高，有四五百度。燃油锅炉的排气温度在二三百度。为了将排气温度降下来，就必须增加更多散热结构，引入更多冷空气和高温废气掺混。这样烟囱的体积就小不了。否则烟囱的红外特征会非常明显，这会招来红外制导反舰导弹的攻击。正是因为福建舰有一个比较大的烟囱可以把排气温度降到几十度的水平，所以烟囱旁是可以站人的，甚至把手伸过去问题也不大。 6park.com
山东舰的烟囱和桅杆之间需要保持距离 6park.com
但是使用燃油锅炉作为动力的常规动力航母就没有这么好的条件。因为燃油锅炉是主动力，其功率要比辅助动力的功率大很多。而烟囱可以提供的散热结构体积也是有限的。所以山东舰的排气温度要比福建舰更高一些。所以山东舰的烟囱旁边根本不敢站人。这就是为什么山东舰的烟囱和桅杆之间要拉开距离，而福建舰的烟囱和桅杆却可以挤在一起的原因。 6park.com
福建舰烟囱里的烟出现倒灌 烟囱进气格栅外面被熏黑 6park.com
在官方公布的照片上还可以看到，福建舰烟囱下方的进气格栅有部分被熏黑了。这主要是因为进气格栅其实是和烟囱里面连通的，以方便冷空气在烟囱内上升热空气的引射下进入烟囱。福建舰的燃气轮机功率比主动力的功率小很多，热废气的总量和流速比较低。热气流进入烟囱里的散热结构后体积膨胀比较大。热气流体积扩大后流速会下降，压力下降也会比较明显。所以在福建舰高速航行时，迎面而来的甲板风会灌入烟囱，烟囱里的压力又比较低，所以就会有部分烟雾倒灌，从部分进气格栅排出，造成进气格栅外侧部分被熏黑。 6park.com
高速航行且没有冒烟可能已经相当于官宣核动力了 6park.com
如果是燃油锅炉的烟囱，因为是主动力的烟囱，所以排气量大，排气温度高流速快，可以从进气格栅快速吸入冷却空气。烟囱内压力比较高，甲板风不容易倒灌进入烟囱，所以就不容易出进气格栅外侧部分被熏黑的问题。明白了以上问题的底层逻辑，我们就很容易理解这张照片上福建舰高速航行但烟囱又不冒烟的真正含义。其实这张照片的公开可能和官宣核动力也差不多了。当然很多人仍然会有不同意见，这也很正常。所以我们还是等正式的官宣吧。