军用核能技术及其发展第6章-美国的船用核动力装置

军用核能技术及其发展核科学与技术学院（V20060628.20071102）军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置2第六讲美国的船用核动力装置6.1概述6.2美国船用反应堆的发展历程6.3技术发展趋势军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置36.1概述1939年，美国开始对舰船核动力装置的可能性进行初步探讨，二战期间由于集中力量研制原子弹而使研究工作暂时中断1946年，美国卡林顿研究所（现橡树岭国家实验室）提出了以加压水作为冷却剂和慢化剂的压水堆概念1948年5月1日，美国原子能委员会和美国海军联合宣布了建造核潜艇的决定1952年6月，第一座陆上模式堆S1W开始建造，次年5月31日开始发电，单堆热功率60MW军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置46.1概述（续）1954年1月，世界上第一艘核潜艇，也是美国海军第一艘核动力舰艇“鹦鹉螺”号下水1960年，第一艘核动力航空母舰“企业”号下水1961年，第一艘核动力导弹巡洋舰“长滩”号下水至1998年，美国已建成核潜艇191艘，建造潜艇用堆192座—攻击型核潜艇（SSN）131艘，装堆132座；—弹道导弹核潜艇（SSBN）59艘，装堆59座；—研究艇1艘，装堆1座军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置56.1概述（续）冷战时期，美国和俄罗斯（前苏联）的攻击型核潜艇是执行全球进攻或防御战略的重要力量，着重追求高航速、大潜深、低噪音等全面指标，导致研制费用恶性膨胀。苏联解体后，美国攻击型核潜艇的主要使命从控制全球海洋转向地区战争、护航和沿海反潜作战任务，其发展目标从深潜、高速为主转向以多功能、多用途为主。军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置6美、俄核潜艇比较军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置76.1概述（续）美国新一代“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇、俄罗斯“北德文斯克”攻击型核潜艇都是兼有反潜、反舰和攻击能力的多用途潜艇。多用途攻击型核潜艇由于一艘多用，不仅减少了型号，便于维修和管理，而且提高了效费比，对于财力和技术有限的国家是一种可取的途径。军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置81.“鳐鱼”级(4)，1955~19592.“鲣鱼”级(6)，1956~19613.“长尾鲨”级(14)，1958~19674.“鲟鱼”级(37)，1963~19745.“洛杉矶”级(62)，1976~19966.“海狼”级(3)，1995~20017.“弗吉尼亚”级(3)，1996~2004[7级，共计131艘]1.“华盛顿”级(5)，1957~19612.“伊桑·艾伦”级(5)，1959~19673.“拉菲特”级(31)，1961~19674.“俄亥俄”级(18)，1976~1997[4级，共计59艘]SSNSSBN军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置9美国舰船核动力堆的命名规则两个字母中间加一个数字：表示所装备舰艇的类别：A—航母C—巡洋舰D—驱逐舰S—潜艇表示研制的公司：C—燃烧工程公司G—通用电气公司W—西屋公司XXX首字母末字母中间数字表示研制序号军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置10“鳐鱼”级攻击型核潜艇20世纪50年代，美国海军成功建造“鹦鹉螺”号和“海狼”号核潜艇后，决定在这两艘潜艇的基础上建造一批排水量小，造价低的核潜艇，即“鳐鱼”级攻击核潜艇。“鳐鱼”级核潜艇于1955年开工，1959年服役，同级艇4艘。这是美国首次批量生产的核潜艇，从此核潜艇开始成为美国海军一个独立的战术单位。G.1SSN军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置11“鳐鱼”级攻击型核潜艇鳐鱼级总共建4艘，分别是SSN-578“鳐鱼”(Skate)SSN-579“剑鱼”(Swordfish)SSN-583“棘靛鱼”(Sargo)SSN-584“海龙”(Seadragen)第一型批量建造的核潜艇，水下排水量2861吨，水下航速25节，潜深220米，艇员87人艇长81.5米，艇宽7.6米，吃水6.4米SSNG.1军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置12“鳐鱼”级的主要特点“鳐鱼”级依然采用常规型艇型，即二战时德国的XXI型，但它是首次完全采用核动力装置的潜艇。动力装置采用美国当时新研制的S3W压水反应堆，采用蒸汽透平减速齿轮推进方式，双轴推进模式，输出功率6600轴马力，噪声较小。SSN由于追求小型化而降低了航速，后来这种反应堆再也没有安装到别的核潜艇上。除“棘鱼”号的核反应堆为S3W型，其余各艇为S4W型。G.1军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置13“鲣鱼”级攻击型核潜艇长76.7m，宽9.6m，吃水8.9m排水量：水上3075吨，水下3513吨航速：水上16节，水下大于30节自持力：可70天水下连续航行编制：128人(其中11名军官)动力装置：1座西屋公司的S5W压水堆，2台主汽轮机，单轴推进，轴功率15000马力“鲣鱼”级不但是第一级采用水滴型艇体的潜艇，还是世界是第一次采用标准压水堆、围壳舵、单轴推进的潜艇SSNG.2军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置14“长尾鲨”级攻击型核潜艇到20世纪50年代末，美国新设计的水声设备AN/BQQ-2和反潜火箭已经研制成功。为了装备先进的反潜火箭和高性能的探测设备，并加大潜艇的下潜深度以及减小机舱噪音和螺旋桨空泡噪音，美国海军于1958年-1967年建成了第三代攻击核潜艇“长尾鲨”级（又称“大鲹鱼”级PermitClass）。“长尾鲨”级攻击核潜艇的首艇“长尾鲨”号于1961年服役，该级艇共建造13艘。SSNG.3军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置15“长尾鲨”级研制背景20世纪50年代中期，前苏联推出了第一代核潜艇“十一月”级(NovemberClass，简称N级）。当时美国海军的主力“鲣鱼”级(SkipjackClass)攻击型核潜艇虽然速度快，但设计上仍然延续二战时期潜艇以攻击水面舰艇为首要任务的传统，在静音性能方面并未有所发展，侦测装备也不符合猎杀潜艇的需求。因此美国海军也加紧研发全新的攻击型核潜艇，希望能在苏联弹道导弹核潜艇发射飞弹前就搜获之并将其击沉。1956年，美国海军上将阿利·伯克(AdmArleighBurke)首先提出此项需求，称为“诺布斯卡计划”(ProjectNobska)，旨在发展出优秀的潜艇静音、潜深以及侦测装备等技术，使用于新一代的美国核动力潜艇上。依据此计划，新的攻击型核潜艇以反潜为第一要务，而不是如同以往的对付水面舰艇。SSNG.3军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置16“长尾鲨”级主要参数该级艇采用水滴型艇型，主尺度：艇长84.9米，艇宽9.6米，吃水7.6米；水上排水量3750吨，水下排水量4310吨。核反应堆为S5W压水堆，单轴，15000轴马力，采用2台蒸汽轮机。该级艇装有三种推进装置：主动力装置、应急动力装置和辅助推进装置，而且从此以后所有的核潜艇都装有这三种动力装置，因而降低了机舱噪音。该艇还装有独特形状的七叶螺旋桨，从而使螺旋桨的空泡噪音减至最低。水上航速20节，水下航速25节以上。该级艇的工作深度300-400米，试验下潜深度400米。人员编制：127人SSNG.3军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置17“长尾鲨”号攻击型核潜艇沉没长尾鲨级的首艇长尾鲨号于1961年服役，1963年4月10日大深度潜航试验时在波士顿以东220海里处沉没，艇上129名海员全部遇难，成为美国海军在和平时期最严重的潜艇事故。事故前该艇曾停泊在新汉普顿和朴茨茅斯海军船坞进行彻底检修。4月10日晨在潜水救生船“云雀”号伴随下出海进行深潜演习。上午9时在离波士顿320行米处潜入海底，便与“云雀”号失云了联系，再也没有浮上来。事故地带海水深达2500米，无法进行打捞抢救。4月14日，美国海军装备的深潜器“的里雅斯特”号被用来打探潜艇的踪迹，但仅发现了几块金属碎片。8月，深潜器携带机器人第八次下水，终于发现了潜艇的残骸并拍摄了大量照片，使人们看到了潜艇沉没后的景象。SSNG.3军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置18“长尾鲨”号失事原因调查失事根源是由于当时疯狂的美苏武器竞赛，建造潜艇时采用较快速便捷的方式，牺牲了质量管理，造成了悲剧性的后果。艇内管路设施并未以同等核能设施的超高安全标准加以建造，直径四吋以上的水管路采用焊接(weld)来接合，但是四英寸以下的次级管路则采用溶银衔接(Silverbrazed)，即把银环放在管路接口加热，使其以毛细原理渗入管路接合处细缝；虽然溶银衔接较焊接方便省时，但是管路没有确实接牢的机率较高。由于建造时程紧凑，导致这些管路的质量检测工作没有确实执行，工作人员仅仅检验了容易接近的接点，而被对象挡住的接点就不予检查。当时“长尾鲨”号有145个水柜管路接受检查，其中20个通过了简易的净力检查，但未通过昂贵耗时的超音波检查，其它还有几百处管路根本未进行超音波检查。G.3SSN军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置19“鲟鱼”级攻击型核潜艇鉴于苏联核潜艇力量的不断增强，美国海军为了保持它对于苏联潜艇部队的优势。在“长尾鲨”级核潜艇存在不足，比如储备浮力不足，对该级艇进行较大范围的设计更改，形成新的一个型号。“鲟鱼”级尚未建造，发生“长尾鲨”号沉没事件，因此对原先的设计又进行了改进。SSNG.4军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置20“鲟鱼”级主要参数该级艇采用水滴型艇型，主尺度：艇长89米，艇宽9.7米，吃水8.8米；水上排水量4140吨，水下排水量4630吨。核反应堆为S5W压水堆，单轴，15000轴马力，采用2台齿轮减速汽轮机。该级艇装有三种推进装置：主动力装置、应急动力装置和辅助推进装置。该艇还装有独特形状的七叶螺旋桨，从而使螺旋桨的空泡噪音减至最低。水上航速15节，水下航速26节左右。该级艇的工作深度396米。人员编制：107人SSNG.4军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置21“洛杉矶”级攻击型核潜艇“洛杉矶”级是美国海军第五代攻击核潜艇，也是世界上建造批量最大的一级核潜艇，具有优良的综合性能，主要承担反潜、反舰、对陆攻击等任务。首艇SSN-688“洛杉矶”号于1972年2月8日开工，1976年11月13日服役，最后1艘SSN773“夏延”号于1996年3月服役，持续时间长达20余年，才最终完成了这一数量高达62艘的庞大造舰计划。SSN△旧金山号(SSN711)G.5军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置22“洛杉矶”级研制背景20世纪60年代中期，美苏发展核潜艇竞争激烈。美国对于前苏联“维克托”(Victor)级高速攻击型核潜艇的出现深感不安。相比之下，原先美国“鲣鱼”(Skipjack)级核潜艇的高航速优势，面对新出现的“大参鱼”(Permit)级和“鲟鱼”(Sturgeon)级显得多少有些相形见绌，对美国海军舰队的战术和作战能力产生了不利的影响；同时，为了对付前苏联最快的水面舰队，美国海军需要长期地搜索、跟踪和多次攻击敌舰艇，于是，美国从1964年开始研究SSN688级高速核潜艇，以取得对苏核潜艇抗衡的优势，最终该级定名为“洛杉矶”(LosAngeles)级，从1968年开始正式进行该级艇的研制工作。G.5SSN军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置23“洛杉矶”级的主要参数“洛杉矶”级全长110.3米，宽10米，水上航行时吃水9.9米，水上排水量6080吨，水下排水量6927吨，水下航速32节，艇员编制133人，其中13名军官。其动力装置为1座通用电气公司S6G压水反应堆，2台蒸汽轮机，功率26MW，约35000马力，单轴，1台辅助推进电机，325马力。该级艇从SSN751“圣胡安”号开始加装消音瓦，并以首水平舵代替了围壳舵，在冰区上浮时可自由伸缩。SSNG.5军用核能技术及其发展6美国的船用核动力装置24“海狼”级的研制背景为了在20世纪90年代后期和21世纪保持攻击型