浅谈福建舰的排水量和动力系统

　　1.先聊聊排水量
　　为什么要分析排水量，因为航母是一个进攻型作战平台，排水量级别基本上等同于战斗力等级，吨位越大，战斗力越强，各个系统包含最为关键的主动力系统、辅助动力系统都必须能够适配这个级别的航母吨位，才能完全发挥出战斗力。
　　福建舰
　　福建舰下水的时候官方公布的数据是满载排水量八万余吨，到底余多少呢，下面从几个公开数据来估算一下这个余是余几千吨还是余1~2万吨。
　　卫星图片（2021年11月）显示福建舰长度316m
　　卫星图片（2021年11月）显示福建舰最宽处78m左右
　　计算排水量的一个重要参数是水线，从卫星数据分析，福建舰的水线长度在300m左右，这个水线长度比福特级和尼米兹级317m短，和小鹰级航母相当，小鹰级1号舰水线301.8m；辽宁舰水线270m，山东舰公开资料水线也是270m，实际因为吃水较深，水线长度应该超过270m。
　　另一个参数是最大水线宽度，福特号最大水线宽度40.85m，尼米兹级和福特号一致，从卫星图可以看到福建舰的舰宽和福特号大体相当，78m，比尼米兹级宽1.2m，福建号在前期建造过程的分段估算最大水线宽度在41m左右，比小鹰级的39.4m要宽，从水线剖面图看，较为短宽，小鹰级是瘦长。
　　最为关键的参数是满载吃水深度，从公开数据看出福特号的满载吃水深度是11.89m，尼米兹级的最后一艘乔治布什号吃水11.7m，小鹰级首舰小鹰号吃水11.4m，山东号吃水11m，辽宁舰吃水10m；福建舰的满载吃水深度多少呢？
　　中美航母参数对比
　　我们一会再来做个推测，先看一下方形系数，我们从福特号的公开数据推算它的方形系数：
　　福特号：
　　Cb=满载排水量/(水线长度*最大水线宽度*满载吃水深度*海水密度)
　　=101600/(317.2*40.85*11.89*1.025)
　　=大约0.644
　　小鹰号：
　　Cb=满载排水量/(水线长度*最大水线宽度*满载吃水深度*海水密度)
　　=83090/(301.8*39.4*11.4*1.025)
　　=接近0.6
　　辽宁号：
　　Cb=满载排水量/(水线长度*最大水线宽度*满载吃水深度*海水密度)
　　=60900/(270*35*10*1.025)
　　=0.629
　　福建舰建造技术上基本倾向于尼米兹后期或者福特级美式航母，以及从短宽的布局，接近福特的舰宽，航母中段和尾部的方形系数和福特号相当，舰首较短，理论上方形系数会略超过福特号，不太可能是瘦长的小鹰号0.6，这里可以取值0.644。
　　回到满载吃水深度，我们可以从几个数值来做个区间推测，目前网上的照片可以看到福建舰的水线刻度，红色防污漆处刻度是13.0m，但没有标明最大吃水和满载吃水刻度：
　　福建舰红色防污漆处刻度是13.0m
　　从尼米兹级早期CVN68~70吃水11.3m，到CVN71~77增加水下防护之后吃水增加到11.7m，我们没有理由不摸着鹰酱过河，取最大值12m，最小值11.4m（小鹰号的吃水深度），估算满载排水量：
　　福建舰满载排水量（公吨）max= Waterline*Beam*Draft*Cb*Density
　　= 305*41*12*0.644*1.025
　　=99055
　　福建舰满载排水量（公吨）min= Waterline*Beam*Draft*Cb*Density（方形系数假设取辽宁舰的系数0.63）
　　= 300*40.8*11.4*0.63*1.025
　　=90105
　　福建舰满载排水量（公吨）中间值= Waterline*Beam*Draft*Cb*Density
　　= 302.5*40.8*11.7*0.644*1.025
　　=95320
　　结论：福建舰满载排水量在9万~9.9万吨之间，中间值9.5万吨，由于是首舰，也基本跨越了8万吨的门槛，达到9万吨级，后续舰的目标当然是10万吨以上。
　　福建舰（右）和小鹰号（左）俯视图，福建舰短宽，小鹰号瘦长
　　福建舰（上）和小鹰号（下）侧视图，福建舰舰首较短
　　福特号卫星图片（2021年11月）
　　福建舰和福特号宽度非常接近，舰首短15m左右
　　2.再谈福建舰的动力系统
　　由舰船动力公式：
　　换算过来，Hp=（D的2/3次方）*（S的3次方）*（1/C）
　　在海军部系数相同，保持相同航速S的情况下，比如以满载排水量行驶保持30节航速，吨位D从8万吨到9万吨，增加1万吨对推进功率需要提升接近2万马力，在采用4轴蒸汽轮机的情况下，山东舰20万匹马力的推进功率是满足不了30节的航速要求，至少要达到25万匹马力，因此必须要解决单台60000马力以上蒸汽轮机的商用问题，从鲜有的公开报道中我们大概获知单台55000马力蒸汽轮机基本解决，这样总功率22万马力，航速只能到29节，还是离目标有一定距离。
　　我们会不会像英国那样采用燃气轮机做主动力呢？肯定不会，首要原因是我们的航母是以核动力为目标，必须上蒸汽轮机，第二个是燃气轮机热效率不高，不超过40%，作为主动力续航能力差，第三个原因是如果采用燃气轮机做主动力，几乎要采用柴燃联动+全电推进，燃气轮机的烟道问题很难解决，燃气轮机的单台功率还是偏低，需并联6台以上，全电推进技术太新，未来有可能上，现阶段还不成熟。这里要提到英国的两艘航母，创新的采用全电推进，由燃气轮机做主动力，但只是部署了2台，导致航速低非常多。
　　注意到2017年6月003航母的施工被推迟，原因我们现在都知道，两款弹射器相继研发成功，海军高层经过评估，舍弃过时的蒸汽弹射技术选用电磁弹射技术，原本的蒸汽弹射计划部署2具，我们从这里可以反推出海军最初对003的定位是003航母对标小鹰级，8万吨级，常规动力，蒸汽弹射。要实现这个目标，22万马力4轴蒸汽轮机要带动8.3万吨航母跑在30节航速下，还要满足3具以上蒸汽弹射器的工作就非常吃力了，甲板放飞舰载机时必然要掉速，因此只计划部署2具蒸汽弹射器。
　　2017年的施工推迟以及相关论证和设计更改持续了1年多，这里面猜测除了弹射技术的更改，配套的动力系统也需要更改，电磁弹射对全舰动力系统功率要求更高，以福特号为例，两座A1B反应堆除了要驱动4台蒸汽轮机之外还需要驱动4个独立发电机组提供给储能装备给弹射器提供电力。目前我们已经知道福建舰已经部署了3具电磁弹射器，一方面得益于电磁弹射系统重量更小，另一方面整体动力系统肯定有了解决方案，使得海军的目标定位从对标小鹰级提升到对标福特级。
　　我们来看看可能的几种动力方案组合：
　　方案1：
　　主动力：8*增压锅炉+4轴蒸汽轮机（单台5.5万马力，共22万马力），航速29节，同时提供少量电力
　　辅助动力：柴燃（QC280）组合+综合电力系统，共16~20万马力，电力供应给3具电磁弹射器、相控阵雷达和全舰综合电力使用
　　方案2：
　　主动力：2座核反应堆+4轴蒸汽轮机（单台5.5万马力，共22万马力），航速29节，同时可提供全舰部分综合电力
　　辅助动力：柴燃（QC280）组合+综合电力系统，共16~20万马力，电力供应给3具电磁弹射器、相控阵雷达和部分全舰综合电力使用
　　方案3：
　　主动力：8*增压锅炉+4轴蒸汽轮机（单台6.5+万马力，共26万马力），航速30+节，同时提供少量电力
　　辅助动力：柴燃（QC280）组合+综合电力系统，共16~20万马力，电力供应给3具电磁弹射器、相控阵雷达和全舰综合电力使用
　　方案4：
　　主动力：2座核反应堆+4轴蒸汽轮机（单台6.5+万马力，共26万马力），航速30+节，同时可提供全舰部分综合电力
　　辅助动力：柴燃（QC280）组合+综合电力系统，共16~20万马力，电力供应给3具电磁弹射器、20+相控阵雷达和部分全舰综合电力使用
　　航速30节是设计指标之一，动力和吨位需要权衡
　　方案1是建造初期技术可获取可实现的方案，方案2 是初期进取型方案。
　　方案4是最可能的也是各方面权衡之后的最优方案。
　　马伟明院士曾在2017年表示电磁弹射技术将在10年内取代化学能技术，当时有个观点：＂电磁弹射和核动力相约2030＂，现在看时不我待，时间点都要大幅提前了，当年大家的普遍认知是不可能跨过蒸汽弹射直接进入电磁弹射时代，用上电磁弹射器就必须上核动力。这句话说对了一半，后半句是对的，电磁弹射天生和核动力匹配，效果是1+1>2。
　　我们再简单做个推演，既然弹射器升级且数量增加，那么施工推迟的1年多，相关论证应该很充分了，就是一步到位，解决主动力和全舰综合电力问题，方案4因此是最有可能的，符合海军对于平台型武器需要有战略前瞻的定位，航母平台要满足后续多种大功率多类型武器上舰的需求。另外从下水的照片来看，海军无节制疯狂上大功率相控阵，从另一个角度说明动力系统输出功率非常充沛，采用方案4之后，吨位反而不是问题，需要从原本设计的8万吨向上增加，比如外飘、甲板、机库、辅助动力系统；因此可以看出目前福建舰的吨位是9万吨往上的，为后续004、005的10万吨级打下基础，因此下一艘004的指标也就呼之欲出了：核动力，电磁弹射，10万吨级；大概率不会在大连造船厂，仍然会是在江南造船厂建造。
　　-------（以上所以数据均从互联网公开渠道获取获取）