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剪水鹱的博客

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谈谈自然循环反应堆  

2015-04-09 10:52:45|  分类: 潜艇 |  标签: |举报 |字号 订阅

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谈谈自然循环反应堆 - puffinus - 剪水鹱的博客

白头鹰帝国海军 SSN-671 “一角鲸” 号是全球首艘安装自然循环反应堆的核动力潜艇,也是迄今为止帝国海军唯一配备真正自然循环反应堆 (在不启动冷却泵的情况下能够依靠自然循环带出全部或至少绝大部分的额定输出功率) 的攻击型核潜艇。自然循环反应堆与大型直接驱动蒸汽轮机 (低转速,无需减速齿轮箱从而消灭了一个主要噪声源,凭借臃肿的体型维持能量转换效率) 的结合赋予了 “一角鲸” 异乎寻常的安静性,但体积和重量代价同样惊人。“一角鲸” 以 S5G 反应堆为核心的动力系统几乎与 SSN-688 “洛杉矶” 级围绕 S6G 反应堆构建的 “心脏” 同样庞大,输出功率却不及后者的 1/2。贫弱的动力使得 “一角鲸” 的最大水下持续航速仅为 25 节,是帝国海军水滴形/拉长水滴形机械传动攻击型核潜艇中当之无愧的 “蜗牛”。

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SSBN-726 “俄亥俄” 级战略弹道导弹核潜艇使用的 S8G 自然循环反应堆是 S5G 的直系后代。通常认为 S8G 的机械功率为 44 兆瓦/60,000 马力即 4 倍于 S5G,但这个数据恐怕存在很大的问题,在没有任何过渡型号的情况下实现 300% 的功率跃进严重违反工程规律。按照 44 兆瓦机械功率计算,S8G 的功率重量比实际上还略优于 SSN-688 “洛杉矶” 级的 S6G,热效率更是较 S6G 高出 1/4 以上。尽管体积更大,技术更新,但强自然循环的 S8G 的功率重量比和热效率能够超越弱自然循环,需以冷却泵强力助推的 S6G 的观点仍然缺乏可信度。据帝国海军专家 Norman Friedman 报道,S8G 机械功率 44 兆瓦的说法是将 S8G 与胎死腹中,原本准备用来驱动怪兽级高速攻击型核潜艇 APHNAS (参见 http://puffinus.blog.163.com/blog/static/17888402920150187581362/的 D1W 大功率潜艇堆混为一谈的结果,S8G 的实际功率可能与 S6G 旗鼓相当。

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香水国 “凯旋” 级机械功率 30 兆瓦级的 K15 型反应堆的自然循环能力恐怕无法与 S8G 相提并论。

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日已落帝国皇家海军 “前卫” 级战略弹道导弹核潜艇
 
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和 “机敏” 级攻击型核潜艇配备的 20 兆瓦级 PWR2 反应堆或许具备较为出色的自然循环能力。这既解释了 PWR2 诡异的低输出功率,也符合日已落帝国皇家海军向来重视潜艇安静性的风格。

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推进功率等于阻力 x 航速,水下航行的潜艇不必考虑兴波阻力,流体阻力则与航速的平方成正比,相应潜艇的功率需求与航速的 3 次方成正比。SSN-21 “海狼” 级的 S6W 型反应堆若能依靠自然循环带出大约 1/4 的功率,便足以在 20 节航速情况下维持冷却泵关闭状态 (假定艇上设备消耗 3 兆瓦电气功率)。若要在 25 节航速时继续避免使用冷却泵,自然循环状态所能带出的功率比例需超过 40%。
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