全球首艘全電力推進航空母艦-英國伊莉莎白女王號

圖1 伊莉莎白女王號航空母艦

伊莉莎白女王號航空母艦(英語:Queen Elizabeth aircraft carrier,以下簡稱QE)為英國皇家海軍最新型的航空母艦。已於2014年7月8號下水,2017年服役。[1]

儘管遇到了資金、員額規模裁減等諸多困難,但英國還是量力而行,以逐步改進和完善的方式完成大航母之夢。伊莉莎白女王號是英國海軍首次用王室名字來命名航空母艦,此前只有二戰前的戰列艦才擁有此待遇。在一戰前英國曾以伊莉莎白一世女王的名字命名了一型戰列艦,該型戰列艦曾是當時最強大主力艦。而今用女王和親王的名字來命名新型航空母艦,無疑體現了這型戰艦在英國民眾心目中的地位。[3]

伊莉莎白女王號航空母艦排水量6萬5千噸,接近美國尼米茲級航空母艦,比現在英國無敵級航空母艦大了三倍,可搭載40架以上的固定翼飛機及直升機,這是英國有史以來建造的最大船艦和除美國之外世界上最強航空母艦。長280米,寬74米,僅甲板面積就達1.3公頃,可搭載40架短距/垂直起降的F-35艦載機和直升機。[3]

圖2與各型航空母艦之比較圖[1]

由於核能機組因為成本太高,所以該航空母艦所使用的是整合式全電力推進(IFEP,Integrated Full Electric Propulsion)系統,由勞斯萊斯Marine Trent MT30 燃氣渦輪引擎構成。

這型燃氣輪機由航空發動機Trent 800衍生而來,MT30燃氣輪機與Trent 800航空發動機有80%的通用件,Trent 800航空發動機用於波音757飛機和波音777飛機,裝機總台數為250台,從1996年使用開始已累計飛行500多萬小時,使用可靠性99.9%,MT30艦船燃氣輪機預計熱部件大修時間12,500小時,整機大修時間24,000小時,在艦上可修理的平均無故障時間2,000小時,平均修理時間除冷機時間外為4小時,可靠性好的另一表現是與其他衍生的艦船用燃氣輪機相比,MT30的零件、部件少50%-60%。[5]

經過實驗驗證後,放置動力系統的最佳位置為甲板下的大機庫下方,設計的兩具燃氣渦輪引擎單元,各放置於兩個艦島下(甲板右舷),一次加油可以航行10,000海浬(18,520km)。

該燃氣渦輪引擎為目前世界上動力輸出最強大的燃氣渦輪引擎,動力輸出為36MW並具有體積小(長度為4.5公尺)重量輕等特色(77公噸),QE設計為兩具燃氣渦輪引擎故總輸出可達72MW。該燃氣渦輪引擎除提供動力所需外,還包括武器系統、感測系統及指管系統。

圖3勞斯萊斯MT30[2]

QE設計了兩具柴油發電引擎(Wartsila 16V38)以增加效率及滿足最低負載需求,每具可輸出11.3MW,該柴油發電引擎具有組裝零件少、低油耗、可使用不同種類的燃油及低NOx的排放量,除上述的低負載發電引擎外,QE也設計了兩具緊急狀況使用的發電引擎(Wartsila 12V38),每具可輸出8.5MW的動力與16V38有相同的特色。

 

圖4 Wartsila 38柴油引擎[4]

圖5 Wartsila柴油發電系統總成(引擎加發電機頭)[4]

QE採用的是整合式全電力推進系統,除上述的電力生成系統外,還包含4具由Converteam UK所生產的20MW級AIM電力馬達(Advanced Induction Motor)並由Converteam VDM 25000的變頻器所驅動,藉由該變頻器產生不同的頻率就可以改變馬達的轉速故可以不必使用變速箱。

圖6 20MW 先進感應馬達[1]

總結以上敘述,QE的動力總成CODLAG(combined Desel-Electric and Gas Turbine propulsion)包含:

  • 兩具勞斯萊斯36MW的燃氣渦輪引擎。
  • 兩具Wartsila 16V38及兩具Wartsila 12V38柴油引擎。
  • 四具先進感應馬達,共80MW(95,000 SHP)。

下圖為QE單線動力系統圖:

圖7 QE單線系統圖[1]

英阿馬島戰爭結束20多年後,英國擁有3艘「無敵」級輕型航空母艦,由於受甲板面積和機庫限制,該級航空母艦的艦載機出勤率偏低,而且與很多國家裝備的第三代戰機相比,老舊的「鷂」式艦載機已失去任何優勢。於是英國用兩艘巨型伊莉莎白女王級航空母艦—首艦伊莉莎白女王號和二號艦威爾斯親王號(預計劃在2018年服役),提升皇家海軍的遠洋打擊能力。從這兩艘航空母艦頭戴女王和親王「桂冠」可看出,英國對打造新型航空母艦的寄於厚望,在與法國合作無望的情況下,英國不得不計劃單獨出資,整合最先進科技,建造兩艘大型航空母艦,並使其擁有不遜於美國「尼米茲」級核動力航空母艦的戰鬥力。[5]

 

資料來源:
1. Queen Elizabeth-class aircraft carrier

2. Rolls-Royce

3. 英國「伊莉莎白女王」號航母海試在即

4. MT30燃氣輪機配裝英國新航母 被美英海軍同看好