实际上,决定螺旋桨大小的,是航母的吃水深度,这一点可能很多人没有意识到。
不用任何计算,我们就知道螺旋桨只有完全淹没在水中,才能提供最大的推进力。因此,无论船体如何设计,都必须要保证在正常航行的过程中,螺旋桨永远都不会露出水面。
吃水深度,就是从船底龙骨到水面的垂直距离。通俗一点讲,它分为最小吃水深度和最大吃水深度(另外还有极限吃水等),分别对应的是航母的空载和满载,通常会有颜色区分。一般浸在水面以下的船体会涂上防锈漆,呈红色或黑色,水面以上则是军舰灰,交界处通常就是吃水线。显然,要保证螺旋桨一直没入水中,则必须保证其在最小吃水深度时,仍然不会露出水面。
因此,最小吃水深度就是螺旋桨叶片高度的上限。
同时,出于螺旋桨安全以及航母稳定性的考虑,螺旋桨叶片向下不能超出舰体的龙骨。这样,螺旋桨的极限高度,也就是极限直径,必须要小于航母的最小吃水深度。
举个例子。
通过这两个例子不难发现,航母的吃水深度决定了其螺旋桨的大小。对于美国的这两代航母来说,吃水变浅了,那么它的螺旋桨也相应地变小了。这肯定不是美国造不出大的螺旋桨,而是7.8米的福特级,它确实装不了7.6米的螺旋桨。20公分的余量,还没有一个浪花高,外行也知道装上不合适。
至于说为什么福特级的吃水那么浅,这是另外一个问题,在此就不说了。不过,大型航母吃水普遍在9米左右,比如辽宁舰是9.1米,福特级采用了比较“浅”的船体设计,肯定有它的道理。
只有极限航行时,螺旋桨才有可能露出水面
那么,螺旋桨大点不好吗?
当然好了,在保证吃水的情况下,螺旋桨越大越好。这是因为螺旋桨越大,维持相同的推进力,它的转速就会越低。懂车的朋友都知道,高速行驶时,发动机转速越低就越省油。这个道理在航母上同样适用。
美国海军曾研究过一个动力损耗的问题,他们得出的结论是这样的——燃油提供的全部能量中,尾气带走了30%,制冷系统用掉了27%,驱动系统损失了15%,再除去其他的消耗,最终作用在螺旋桨上的,只有24%。也就是说,螺旋桨每浪费1吨燃油,那就相当于总燃油消耗要多4吨。
这样,不用想也知道螺旋桨肯定是要往大了造,因为燃油就是续航,续航就是战斗力。
福特级可以允许水线那么低,使用一个更小的螺旋桨,有一个很重要的因素是它采用了核动力驱动,不用担心油耗。至于尼米兹为什么没这么做,只能说那是几十年前的产物,当时就是这么设计的,也改不了。
另外,大螺旋桨低转速还有一个优点,就是噪音小。只不过这个优点在航母上不太明显而已。但在潜艇上,这个优点必须有,所以它的螺旋桨必须很大,大到不能再大为止。
至于说螺旋桨的制造技术影响了它的尺寸,这一点不敢苟同。确实,造这么大的螺旋桨不容易,无论从材料还是加工技术上看,都很有难度。但是,世界上能造大型螺旋桨的国家,可不止中美俄,德国、挪威这些国家都有这个实力。而且当年泰坦尼克号上的螺旋桨,就已经做到了直径7.2米,重38吨,不比尼米兹的小。
再看一下目前世界上最大的集装箱货轮——艾玛·马士基号,它拥有世界上最大的螺旋桨,重量高达131吨,是尼米兹的4倍还多。这个螺旋桨的制造者,是德国的梅克伦堡金属公司。
另外,也可以再来考虑一下美国的福特级,它的螺旋桨直径,比上一代的尼米兹级还小了1.2米。这显然只是一个需求问题,而不是制造技术或者材料问题。我相信,假如下一代航母吃水达到10米,美国肯定会拿出一个8米以上的螺旋桨,没有什么难度。
话说回来,航母的螺旋桨真的小吗?
事实并非如此。以尼米兹为例,7.6米的直径,有2层半楼那么高,重量为30吨,差不多是25辆小轿车的重量。它真的不小了!
觉得它小,无非是把它放在300多米长、几十米宽的航母身上,看起来比例不太协调。但如果你看一下快艇的螺旋桨,就知道航母螺旋桨的比例还是很正常的。
这个直径还不到20cm
总之,决定航母螺旋桨大小的最主要因素是它的吃水深度,而材料和制造技术不是没有影响,只是相对而言没那么大。
当然,这个结论不是只针对航母,所有的水面舰船,无论军用还是民用,都是如此。潜艇的螺旋桨看起来很大,那是因为它露出水面的高度很小,也就是潜艇的吃水深度占总高度的比例很大,仅此而已。
注意看,白色的吃水线略高于螺旋桨