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航母核动力到底是什么原理来驱动的?

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航母核动力到底是什么原理来驱动的?

问题:航母核动力到底是什么原理来驱动的?

核动力与常规动力居然是一奶同胞?

目前全世界除了英国人的“伊丽莎白女王级”航母特立独行的采用了燃气轮机加综合电推的动力组合方式,其他所有航母无一例外都是采用蒸汽轮机驱动。蒸汽轮机所用来烧开水的锅炉被分为常规动力的“燃油锅炉”和核动力的“原子锅炉”,二者都是使用锅炉烧开水产生高温高压水蒸汽,然后水蒸汽冲击汽轮机叶片,从而带动转子另一端的螺旋桨运转,最后推动航母前进。人们为了区别烧开水的方式,于是就诞生了核动力航母和常规动力航母的的说法,殊不知两者其实不过是一奶同胞的兄弟罢了!

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核动力其实也是驱动蒸汽轮机

美军尼米兹级航母的主动力虽然看似是两具A-4W反应堆,但是真正最后做功的却是4具总功率约26万马力的蒸汽轮机。现在有人质疑并嘲讽蒸汽轮机落后,完全就是无稽之谈,连最先进的尼米兹级和福特级都使用这种动力,动力充沛,经济实用的蒸汽轮机在未来很长很段时间仍然是大型航母的首选动力,又何来落后一说?

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福特级航母剖面图,最下方为核反应堆

回答:

反应堆的运转原理以及核动力航母如何调整自身航速?

虽然同样是烧开水,但是与传统燃油锅炉的直接点燃重油就开煮不同,原子锅炉是同时具备两个回路系统的,而且反应堆内的热水并不直接参与蒸汽轮机的运转。反应堆内一回路中通常放置的是高洁净度的纯净水或者重水,这些水也被称为冷却剂,当反应堆开始运转产生大量热能后,这些冷却剂水就循环不断地将热量持续带走,并在这一过程的尽头传导至二回路,二回路中的水就被加热并产生蒸汽,而后蒸汽在经过蒸汽轮机的增压喷嘴后,就会高速喷射至转子叶片,从而带动转子旋转,以此推动螺旋桨旋转和航母航行。

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舰用核反应堆结构原理图

航母航速主要取决于螺旋桨转速,而螺旋桨转速则取决于蒸汽的产量,燃油锅炉可以通过增加减少燃料的加入量来控制火势大小,从而准确把握蒸汽的产量,以此来调整航母航速,那么高大上的原子锅炉是怎么进行这样的操作呢?核心就是传说中的反应堆控制棒!航母反应堆主要是临界状态核燃料进行自发的链式裂变反应,而核裂变主要原理就是热中子轰击铀-235原子,而后铀原子炸裂后又释放大量中子,以此循环往复,所以要减缓或者终止核裂变,只需要控制中子数量即可,而这就需要反应堆控制棒登场了。

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链式核裂变反应过程

反应堆控制棒通常是由硼、镉、碳化硼、银铟镉这些对中子吸收能力强的材料制造而成,当控制棒完全插入反应堆芯底部时,中子被全部吸收,反应堆处于停堆状态,当拔出来一段时,部分中子被释放出来,反应堆小功率运转,当控制棒完全拔出来时,反应堆则满功率运转。所以只需要调整控制棒的插入深度就能够控制蒸汽的产量,进而操控航母的速度。

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核反应堆控制棒

谢邀,核动力航母是靠和反应堆驱动的。

核动力航母的优势何在?

核动力相对于常规动力最大的优势就是续航性能的无限提高,原子锅炉燃烧一千克铀235释放的能量约等于2500吨煤炭或者2000吨柴油。美国最后一型常规动力航母“小鹰级”最多能够携带7800吨舰用燃油,可以让满载排水量8万吨的“小鹰级”以20节的经济航速连续航行1.2万海里,高速32节时则只剩下4000海里的续航能力。而现如今的尼米兹级和福特级航母因为采用了核动力,理论上可以支持航母以最高时速无限航程尽情狂奔,所以一旦热点地区形势突变,美军航母总能第一个赶去镇场子,这就是核动力的优势。

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企业号航母和长滩号巡洋舰进行无燃料补给环球航行

与民用电站的核燃料棒有所区别,舰艇用反应堆体积小,功率大,更换维护困难而且成本较高,因此为了尽可能的减少燃料棒的更换周期,就必须提高燃料棒丰度!相对于民用丰度仅为3.5%的核燃料棒,军用舰艇反应堆的核燃料丰度都高的离谱,法国戴高乐号航母上使用的铀燃料棒丰度为20%,尼米兹级铀燃料棒丰度为40%,而俄亥俄级核动力潜艇甚至是直接使用丰度在90%以上的武器级铀235,有的甚至是直接从退役核弹头上拆解下来的!

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浓缩铀

一般来说,一次性能够装入反应堆的燃料棒丰度越高,质量越大,更换核燃料的周期也就更短。各项数据表明,戴高乐号航母平均更换一次核燃料的时间只有7年,这和它照搬核潜艇动力导致小马拉大车,能耗太高有着莫大的关系。而尼米兹级更换一次燃料平均时间则达到了15年,在更换燃料的同时还可以进行大修,算是一波美滋滋的操作了。而福特级因为采用了新式的A1B反应堆,燃料更换周期大幅提高到40年左右,也就是说在福特级航母整个服役期都不需要进行任何燃料补给,这已经是逆天存在了!而这种天生优势也正是美军将其水下潜艇以及水面航母全部转换为核动力的最大动力!

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俄罗斯核潜艇进行核燃料棒更换

看一下核动力推进的一个基本原理图吧:

核动力也并不单纯!

核动力航母虽然名曰核动力,但其实也是配置了常规动力装置的,而这些常规动力装置通常是用作应急,以备不时之需!美军装备最多的尼米兹级航母一共拥有4个直径为6.4米的5叶大倾斜螺旋桨,而每个螺旋桨的驱动轴除了连接蒸汽轮机之外还另外加装了一个8000马力的大功率柴油机,一旦核反应堆出现停堆或者其他突发事件,总功率达到3.2万马力的4台柴油机依旧可以推动航母慢速航行,在和平时期可以免于兴师动众呼叫紧急救援的尴尬,战争时期则不至于因为抛锚而沦为敌人的固定靶子!

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福特级航母螺旋桨传动轴内部特写

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核反应堆内的核材料裂变释放热量,将水加热到高温状态形成高压水蒸汽。水蒸气被导入到两个蒸汽涡轮机内。

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蒸汽涡轮机被水蒸气推动开始旋转。其中一个涡轮机直接链接到了齿轮箱内,驱动航母的主轴转动给航母前进带来动力。

另外一个涡轮机的主轴连接到发电机上,为航母提供电力。

这就是基本的核反应堆推进原理了。

最上面的图片实际上是一个核潜艇的推进方式,其实和航母没有区别,只不过核潜艇只有一个螺旋桨这样从原理图上看得更清晰一些。

航母的反应堆要远大于核潜艇的反应堆,提供的推力达到20万马力以上。

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当然了,推力大了,反应堆的体积以及外围设备也就都要比潜艇大很多了。

回答:

其实简单一点核反应堆就是一个用来产生蒸汽的设备,目前航空母舰采用的核反应堆都属于压水堆。核反应堆用来传递热量的介质是淡水,这些水受热之后变成了水蒸气,然后通过管路被输送到蒸汽轮机。蒸汽轮机就可以把水蒸气的热能转变成机械动力。
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有许多人这么形容核动力,就是把普通燃料烧锅炉变成利用核反应堆产生热量烧锅炉。而其中非常关键的就是蒸汽轮机,因为所有的动力转换都是需要通过蒸汽轮机来实现的。要说到蒸汽轮机的原理其实跟航空发动机类似。
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蒸汽轮机可以带动发电机产生电能,或者直接通过变速箱传递给螺旋获得船舶运动的动力。许多人以为核反应堆能够直接产生电能,其实这是一个误区,包括民用核电站都是采用这种方式来进行的。
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www.9927.com,目前先进的航空母舰都已经采用全电推进,这就是省去了从蒸汽轮机到螺旋桨之间的一个机械能的传递。世界上第一艘使用全电推进的核动力航空母舰是美国的福特级福特号航空母舰。

回答:

驱动的原理是核裂变释放能量,加热水蒸气驱动涡轮蒸汽机运转驱动螺旋桨。航母,是海军力量肌肉代表,是强国海军的代表。和普通民用船只不同,航母在起飞舰载机的时候,需要顶着风跑出超过30节的高速,这就需要一颗强有力的心脏来提供动力输出。而且随着航母的吨位不断增大,对动力系统的要求也越来越高,需要动力更强,持续性更强的动力系统。
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现代船舶多用的能源种类很多,从简单的汽油机动力,到复杂的核动力,天然气动力应有尽有。其中核能是一种相对特殊的能源,像美国的核动力航母,充一次核燃料可以跑几十年,拥有着任何一种能源都达不到的超强持续性!美国甚至还玩过灾难过后城市停电把航母开过去当充电宝使的骚操作。随着人类核裂变可控技术的发展,核能从最初的原子弹已经发展到了如今的船舶动力,甚至还有人提出可以将核能运用到汽车上。
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先来说说军舰的发动机吧。

大型军舰用燃气轮机,中型舰艇的话土豪一点的国家用燃气轮机,稍微穷一点的用燃气轮机加高速柴油机的联合动力系统,吨位再往下的舰艇则多使用的是高速柴油机。美帝的10万吨级核动力航母发动机用的就是蒸汽轮机。蒸汽轮机也分为两种,一种是原始的往复机械结构蒸汽机,另一种就是目前航母上使用的涡轮蒸汽机。蒸汽轮机有着3个明显的优势,第一,单机功率大;第二,工作稳定,摩擦部分少,所以可靠性高,寿命长;第三,因为不是内燃机,对燃料的要求较低,基本上只要能够燃烧就能驱动蒸汽轮机。
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燃气轮机是一种外燃机,原动力是汽轮机,燃料在锅炉燃烧室中燃烧,随着温度上升,锅炉中的水汽化成高温高压的水蒸气分为两个部分。一部分沿着管道进入到涡轮系统推动涡轮旋转,涡轮带动螺旋桨高速旋转。另一部分进入发电机推动发电机转子旋转,为航母其他部门供电。而多余的水蒸气则进入冷凝器重新变成水,进入下一个循环,为航母持续提供动力。核反应堆的作用就是蒸汽轮机的油箱,铀-235在反应堆中不断裂变,释放大量能量,加热锅炉,使水蒸气汽化。
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目前世界上拥有核动力航母的国家有两个,一个是美国,还有就是法国。法国的核动力航母比较勉强,排水量4万吨左右,用的是两座核潜艇的反应堆,功率不足,导致其航速非常尴尬,被喷得体无完肤。美帝的核动力航母就比较牛逼了,世界上没有一个国家能在航母上挑战美国的权威。
www.9927.com 20我国已经在70年代初研制成功核潜艇,已经熟练掌握核反应堆作为动力源的技术。目前我国的航母发展非常迅速,第一艘国产航母已经完成至少四次海试,003航母也得到新华社的官方确认,其分段已经在有序建造了。目前还没有任何消息表明我国正在研制核动力航母,不过目前核动力破冰船已经正在研制,按照目前我国技术发展进度可以推断,核动力航母不远了,用不了多久,属于种花家的航母也能遨游在大海之上。

回答:

核动力航空母舰,他的核反应堆是如何为航母提供动力的呢?实际上核反应堆和常规的重油锅炉一样,它的功能都是烧热水而已。无非就是核反应堆的效率更低,并且不用担心油耗吧,其他的没区别。
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上图是美国航母反应堆的示意图

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基本流程就是,裂变产生的高温直接加热一回路的淡水,将这些水加热到一百多度的高温以后,因为这些水是被堆芯直接加热的所以说不可能直接使用,毕竟里面有着大量的放射性元素,接着就是用一回路与二回路进行热交换,加热二回路的水。

再然后产生的蒸汽,通过高压蒸汽管道传输往航空母舰上面的蒸汽轮机,高压蒸汽推动蒸汽轮机运转,并产生动力。
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接着就是变速箱上了,再往后就是连接上航母的那几个大轴。

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