徐 峰，周心桃，李德聰，吳國(guó)民

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064)

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，航空母艦是以攜帶一定數(shù)量艦載機(jī)為主要武器的大型水面戰(zhàn)斗艦船。按排水量分為大型航空母艦、中型航空母艦和小型航空母艦；按戰(zhàn)斗使命分為攻擊航空母艦、反潛航空母艦、護(hù)航航空母艦和多用途航空母艦；按動(dòng)力分為核動(dòng)力航空母艦和常規(guī)動(dòng)力航空母艦。它攻防兼?zhèn)洹⑴灆C(jī)一體、?？詹⒅?、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，有很強(qiáng)的實(shí)戰(zhàn)能力和威懾作用，主要用于攻擊水面艦艇、潛艇和運(yùn)輸艦船，襲擊海岸設(shè)施和陸地戰(zhàn)略目標(biāo)，奪取作戰(zhàn)海區(qū)的制空權(quán)和制海權(quán)，支援登陸和抗登陸作戰(zhàn)。在第二次世界大戰(zhàn)以及后來的地區(qū)沖突中，航母以其機(jī)動(dòng)性和巨大的攻擊性扮演著十分重要的作用。

1 美國(guó)及各國(guó)航母概況

1.1 美國(guó)航母概況

自二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)發(fā)展了5個(gè)級(jí)別的航母，分別為“福萊斯特”級(jí)常規(guī)動(dòng)力航母（4艘），“小鷹”級(jí)常規(guī)動(dòng)力航母（4艘），“企業(yè)”級(jí)核動(dòng)力航母（1艘），“尼米茲”級(jí)核動(dòng)力航母（10艘），以及目前在建的“福特”級(jí)核動(dòng)力航母（3艘，含服役1艘），詳見表1。目前，“福萊斯特”級(jí)、“小鷹”級(jí)、“企業(yè)”級(jí)航母均已退役，在未來較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，“尼米茲”級(jí)航母是美國(guó)艦隊(duì)的主力作戰(zhàn)航母。

圖1反映了美國(guó)航母造價(jià)增長(zhǎng)情況，1961年服役“企業(yè)”號(hào)航母，其造價(jià)為4.5億美元?！澳崦灼潯奔?jí)航母從1967年開始研制，首艦1975年服役，共建造10艘，其造價(jià)不斷攀升，從首艦“尼米茲”號(hào)的7.3億美元到10號(hào)艦“布什”號(hào)的63億美元，增長(zhǎng)8.6倍?！案Ｌ丶?jí)”航母造價(jià)更是高達(dá)129億美元。

表 1 美國(guó)航母一覽表Tab. 1 List of American aircraft carrier

1.2 各國(guó)現(xiàn)役航母概況

美國(guó)：擁有“尼米茲”級(jí)10艘大型航母，在建“福特”級(jí)航母3艘（含服役1艘）。

俄羅斯：現(xiàn)役只有1艘排水量為6.5萬噸的“庫茲涅佐夫”號(hào)航母。

法國(guó)：現(xiàn)役只有1艘3.6萬噸級(jí)“戴高樂”號(hào)航母。

英國(guó)：6.5萬噸級(jí)“伊麗莎白女王”級(jí)航母2艘，其中“伊麗莎白女王”號(hào)航母2016年服役，“威爾士親王”號(hào)航母預(yù)計(jì)2018年服役；以及1艘2萬噸級(jí)的“卓越”號(hào)航母。

意大利：現(xiàn)有1萬噸級(jí)的“加里波第”號(hào)航母和2萬噸級(jí)“加富爾”號(hào)航母，共2艘輕型航母。

西班牙：現(xiàn)有1艘滿載排水量1.69萬噸的“阿斯圖里亞斯親王”號(hào)輕型航母。

印度：現(xiàn)有1艘滿載排水量2.78萬噸的“維拉特”號(hào)輕型航母。

韓國(guó)：現(xiàn)有1艘滿載排水量1.9萬噸的“獨(dú)島”號(hào)輕型航母。

巴西：現(xiàn)有1艘滿載排水量3.2萬噸的“圣保羅”號(hào)航母。

泰國(guó)：現(xiàn)有1艘航母，即1997年8月從西班牙購買的滿載排水量為1.15萬噸的“查克理·納呂貝特”號(hào)輕型航母。

中國(guó)：現(xiàn)有1艘航母，6.5萬噸的“遼寧”號(hào)航母。

美國(guó)“尼米茲”號(hào)級(jí)航母是世界現(xiàn)役排水量最大、水面作戰(zhàn)能力最強(qiáng)、現(xiàn)代化程度最高的超級(jí)航母，是美國(guó)第二代核動(dòng)力航母。

2 “尼米茲”級(jí)航母總體特性

2.1 總體概況

“尼米茲”級(jí)航母從結(jié)構(gòu)組成上大致可分為主船體、左舷臺(tái)、右舷臺(tái)、島式上層建筑（艦島），4部飛機(jī)升降機(jī)分別布置在左右舷臺(tái)，其中左舷1部、右舷3部，如圖2所示。

圖3為“尼米茲”級(jí)航母機(jī)庫區(qū)域橫剖面示意圖（從首向尾看），飛行甲板以上的“島”式結(jié)構(gòu)稱為上層建筑，大致可分為8層，飛行甲板以上依次為05甲板～012甲板?！澳崦灼潯奔?jí)航母的“島”式上層建筑比常規(guī)動(dòng)力航母的島要小很多，沒有煙囪，占用甲板面積很小，有利于艦載機(jī)在飛行甲板作業(yè)。

飛行甲板以下約可分為11層，依次為吊艙甲板，02甲板，01甲板，主甲板，第2甲板，第3甲板，第4甲板，1平臺(tái)，2平臺(tái)，內(nèi)底，底艙。

2.2 主要外形尺寸參數(shù)

圖4為“尼米茲”級(jí)航母主要外形尺寸圖，“尼米茲”級(jí)航母總長(zhǎng)332.9 m，斜角甲板長(zhǎng)237.7 m，飛行甲板寬 76.8 m，飛行甲板面積約為 20 000 m2；從基線至桅桿總高76 m，飛行甲板至基線高30.63 m，至水線高19.11 m，推測(cè)水線位置在第3甲板和第4甲板間；水線寬40.8 m；機(jī)庫長(zhǎng)約200 m，約占艦長(zhǎng)的2/3，寬約為32.92 m，約占船寬的3/4，機(jī)庫面積約為6 000 m2，機(jī)庫高度為 8.08 m，凈高 7.80 m，占 3 層甲板層高，由此可推測(cè)“尼米茲”航母平均甲板層高在2.7 m 左右。

3 “尼米茲”級(jí)航母主要艙室布置

3.1 總體布局特點(diǎn)

圖5為“尼米茲”級(jí)航母總體布局艙室分布示意圖，艦島布置在右舷，主要布置雷達(dá)等電子設(shè)備；飛行甲板用于艦載機(jī)起降、停放，布置有蒸汽彈射器、攔阻索等艦載機(jī)相關(guān)設(shè)備；首尾布置有“密集陣”近程武器系統(tǒng)，用于航母自身防衛(wèi)；機(jī)庫用來停放艦載機(jī)，通過飛機(jī)升降機(jī)運(yùn)送至飛行甲板；反應(yīng)堆、主機(jī)艙、彈藥庫布置靠底部的船中部區(qū)域。

3.2 艦島

艦島主要功能為承擔(dān)編隊(duì)司令、航海和航空艦橋功能；各種電子天線（雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)等）、各種信號(hào)設(shè)施（旗、燈光）安放場(chǎng)所。圖7為“卡爾文森”號(hào)航母艦島布置示意圖，艦島布置在航母右舷，分為04甲板～011甲板，共8層。艦島頂部是主桅，布置“塔康”、對(duì)海雷達(dá)、天線等設(shè)備；艦島外壁布置有對(duì)空雷達(dá)、火控雷達(dá)、電子戰(zhàn)裝置等設(shè)備。

3.3 飛行甲板

“尼米茲”級(jí)航母的飛行甲板面積約20000 m2，是用來保障艦載機(jī)安全起降和艦面航空作業(yè)的最重要場(chǎng)所，由直通甲板和斜角甲板組成，是供飛機(jī)起飛、降落和調(diào)運(yùn)的作業(yè)場(chǎng)地，飛行甲板上共設(shè)有4部蒸汽彈射器、4部舷側(cè)飛機(jī)升降機(jī)、3部舷內(nèi)武器升降機(jī)，如圖7所示。

3.4 吊艙甲板

吊艙甲板位于飛行甲板以下，為機(jī)庫頂部，與飛行甲板組成雙層組合結(jié)構(gòu)，與機(jī)庫兩側(cè)的縱壁形成巨大的箱形結(jié)構(gòu)。吊艙甲板兩舷布置有全船性的主通道，住艙及生活艙室布置在首尾。

3.5 機(jī)庫高度范圍內(nèi)各層甲板

吊艙甲板至主甲板為機(jī)庫所在層，主甲板為機(jī)庫甲板，主要用于停放艦載機(jī)，如圖8所示。機(jī)庫周圍分3層，多為與飛機(jī)維修相關(guān)的修理間和倉庫；機(jī)庫前方布置有廚房、餐廳、設(shè)備維修間；靠艦首處是錨泊裝、置艙。此外，還可能布置空調(diào)、通風(fēng)機(jī)等各種輔助設(shè)備。

3.6 機(jī)庫以下甲板

機(jī)庫甲板至第2甲板主要布置住艙及生活保障艙室。

第2甲板至第3甲板主要布置與反應(yīng)堆相關(guān)艙室及管理部門。

第3甲板至內(nèi)底主要布置有核反應(yīng)堆、機(jī)艙（見圖9）、通用武器庫等。由于這些艙室體積龐大的設(shè)備較多，各艙層高多不相同，所以沒有全通的甲板。反應(yīng)堆設(shè)在艦體中央，配合多層防御隔壁和密封結(jié)構(gòu)形成嚴(yán)密的防護(hù)。內(nèi)底以下底艙主要為水艙和油艙等液艙。

4 “尼米茲”級(jí)航母主要甲板特性分析

4.1 艦船結(jié)構(gòu)組成

“尼米茲”級(jí)航母船體結(jié)構(gòu)是各種艦載武器和設(shè)備發(fā)揮作用的海上平臺(tái)，其主要功能是保證結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，保障艦載武器和設(shè)備的正常使用。艦船結(jié)構(gòu)為板材及型材組成的加筋板結(jié)構(gòu)，甲板結(jié)構(gòu)包括甲板板、甲板橫梁、甲板縱桁等；外板結(jié)構(gòu)包括外板板、肋骨、實(shí)肋板、龍骨等；艙壁結(jié)構(gòu)包括艙壁板、豎桁、扶強(qiáng)材等，如圖10所示。橫梁、肋骨、肋板組成橫向框架結(jié)構(gòu)；縱桁、首尾豎桁、龍骨組成縱向的框架結(jié)構(gòu)。全船由若干橫向和縱向框架交織形成的巨大的框架結(jié)構(gòu)。

4.2 “尼米茲”級(jí)航母結(jié)構(gòu)材料類型

圖11為“尼米茲”級(jí)航母用鋼示意圖，從圖中可以看出，飛行甲板、吊艙甲板、機(jī)庫區(qū)域主甲板、外板、舷側(cè)結(jié)構(gòu)等強(qiáng)力結(jié)構(gòu)使用HSLA-100鋼，強(qiáng)度等級(jí)為690 Mpa；第3甲板、內(nèi)底等重要結(jié)構(gòu)使用HY-100鋼，強(qiáng)度等級(jí)為690 Mpa；02甲板、01甲板、機(jī)庫區(qū)域外的主甲板、第2、4甲板、1平臺(tái)、2平臺(tái)等非強(qiáng)力結(jié)構(gòu)使用STS/HTS鋼（DH/EH-36），強(qiáng)度等級(jí)為 355 Mpa。

4.3 主要甲板板厚變化趨勢(shì)分析

圖12是美國(guó)二戰(zhàn)時(shí)期部分航母橫剖面示意圖，依次是“倫道夫”號(hào)、“中途島”號(hào)、“美國(guó)”號(hào)和“福萊斯特”號(hào)。其中前兩者為早期航母的開放式機(jī)庫，其主船體的強(qiáng)力甲板稱為“Main Deck”，相當(dāng)于現(xiàn)在的機(jī)庫甲板；后兩者為現(xiàn)代航母的封閉式機(jī)庫。圖中示出了主船體各主要甲板板厚值。美國(guó)航母的板厚尺寸均用磅（lb）值標(biāo)出，磅為用重量表示的厚度單位即每平方英尺的鋼板重量，1 lb相當(dāng)于厚度為0.626 mm。

將上述4型航母的主要甲板的厚度尺寸進(jìn)行對(duì)比，列于表2。

將表2數(shù)據(jù)整理成圖13所示，從圖中可以看出，美國(guó)航母的飛行甲板和機(jī)庫甲板板厚都有減薄的趨勢(shì)，推測(cè)美國(guó)現(xiàn)代航母飛行甲板厚度應(yīng)該小于44 mm，機(jī)庫甲板厚度應(yīng)該小于32 mm。

4.4 航母結(jié)構(gòu)重量統(tǒng)計(jì)分析

表3為美國(guó)二戰(zhàn)期間典型航母結(jié)構(gòu)重量占比，從表中數(shù)據(jù)可以看出，美國(guó)二戰(zhàn)時(shí)期的航母結(jié)構(gòu)重量約占正常排水量的50%左右。

隨著新材料新技術(shù)的應(yīng)用，美國(guó)航母材料強(qiáng)度等級(jí)越來越高，由STS系列發(fā)展到HY系列，再到HSLA系列，強(qiáng)度等級(jí)由355 MPa增加到690 MPa，更高等級(jí)的材料取代低強(qiáng)度等級(jí)的材料，將有效減輕航母的重量，減小飛行甲板等主要結(jié)構(gòu)的板厚，至少不會(huì)高于低強(qiáng)度等級(jí)的板厚；此外，美國(guó)二戰(zhàn)之后的航母，基于總體資源平衡的方面考慮，飛行甲板和機(jī)庫甲板均有減薄的趨勢(shì)。基于上述原因，可以推測(cè)，“尼米茲”級(jí)航母的結(jié)構(gòu)重量約占正常排水量的40%～50%。

“尼米茲”飛行甲板面積約20 000 m2，結(jié)構(gòu)重量約占正常排水量的40%～50%，結(jié)合現(xiàn)代航母飛行甲板重量在結(jié)構(gòu)重量的占比進(jìn)一步推測(cè)，“尼米茲”級(jí)航母飛行甲板平均厚度應(yīng)該在21～32 mm之間。

表 2 美國(guó)二戰(zhàn)時(shí)期典型航母主要甲板結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)比Tab. 2 Comparison of main deck structure of U.S. typical aircraft carrier during World War II

表 3 美國(guó)二戰(zhàn)時(shí)期典型航母結(jié)構(gòu)重量占比[4]Tab. 3 The structure weight ratio of U.S. typical aircraft carrier during World War II

5 結(jié) 語

本文通過收集國(guó)外資料進(jìn)行分析研究，介紹了美國(guó)航母發(fā)展概況以及各國(guó)現(xiàn)役航母情況，從總體特性、主要艙室布局、材料特性、主要甲板板厚特性等方面分析“尼米茲”級(jí)航母特性，總結(jié)如下：

1）自二戰(zhàn)以后共發(fā)展了5個(gè)級(jí)別航母，分別為“福萊斯特”級(jí)、“小鷹”級(jí)、“企業(yè)”級(jí)、“尼米茲”級(jí)、“福特”級(jí)，最新“福特”級(jí)航母造價(jià)約129億美元；

2）“尼米茲”級(jí)航母大致可分為主船體、左舷臺(tái)、右舷臺(tái)、島式上層建筑。上層建筑可分為8層，飛行甲板以下約可分為11層，平均甲板層高在2.7 m左右；

3）“尼米茲”級(jí)航母艦島布置在右舷，主要布置雷達(dá)等電子設(shè)備；飛行甲板布置有蒸汽彈射器，攔阻索等艦載機(jī)相關(guān)設(shè)備；機(jī)庫用來停放艦載機(jī)；反應(yīng)堆、主機(jī)艙、彈藥庫布置靠底部的船中部區(qū)域；

4）“尼米茲”級(jí)航母船體結(jié)構(gòu)主要采用STS/HTS鋼（強(qiáng)度等級(jí)355 Mpa）、HY-100鋼（強(qiáng)度等級(jí)690 Mpa）和 HSLA-100 鋼（強(qiáng)度等級(jí) 690 Mpa）。STS/HTS鋼主要用于02甲板、01甲板等非強(qiáng)力甲板；HY-100鋼主要用于第3甲板、內(nèi)底等重要甲板；HSLA-100主要用于飛行甲板、吊艙甲板等強(qiáng)力甲板。

5）“尼米茲”級(jí)航母飛行甲板平均厚度推測(cè)在21～32 mm之間，機(jī)庫甲板厚度推測(cè)小于32 mm，材料均為HSLA-100。