微觀航母之航母的建造

希弦

理論上說，能夠建造大型水面艦船的船廠就應(yīng)該能夠建造航母。但航母畢竟不是一般的水面艦艇，它的建造對船廠的硬件設(shè)施水平、建造能力要求更高。對于航母的建造，船廠首先要具備的基礎(chǔ)設(shè)施就是船塢，或者船臺。后者在蘇聯(lián)的航母建造中使用過，但相對而言船塢的建造條件更好。

干船塢的大小尺寸與承重能力是建造航母的最基本的兩個(gè)要素。以紐波特紐斯船廠為例，其擁有兩座適用于航母建造的干船塢，其中一座長350米、寬43米，目前只用于航母的維修；另一座為12號干船塢，船塢長662.3米、寬76.2米、深9.9米，下方是1.2米厚的混凝土承重板，可以裝配總長332.9米、水線寬40.8米的10萬噸級超級航母。而隨著航母的預(yù)舾裝程度越來越高，在干船塢內(nèi)的航母的自重也越來越重，所以美國計(jì)劃增加12號干船塢的深度，提高船塢的承重能力。

所以說船塢的尺寸大小是建造航母的基礎(chǔ)條件，特別是船塢的寬度直接決定著航母甲板的大小。但一般的造船廠很難有這么大的船塢。例如印度建造國產(chǎn)航母的科欽造船廠和日本建造“出云”號的橫濱造船廠，其船塢寬度都沒有超過60米，與紐波特紐斯船廠寬76米的大船塢相比有很大的差距。具體來看，印度建造首艘國產(chǎn)航母的科欽船廠，其整體的硬件設(shè)備水平僅相當(dāng)于我國江南造船廠80年代末的水平，其最大船塢主尺度為255×43×9米。而在建的“維克蘭特”號在尺寸上也只能是水線長235米、水線寬32.5米、吃水8.4米。即便如此設(shè)計(jì)，船塢的長度還是有些不足，“維克蘭特”號在建造過程中，艦艏還是伸出了船塢。

航母的建造對船廠的硬件要求還有起吊設(shè)備，其起吊能力要滿足航母最大艦體結(jié)構(gòu)、艦體分段的吊裝要求。起吊設(shè)備主要是建在干船塢上方的大型龍門吊，其起吊能力必須要大于艦體結(jié)構(gòu)或航母分段的重量。特別是隨著航母建造中的分段在預(yù)舾裝程度上越來越高，航母的分段也越來越重，龍門吊的能力也需隨之提升。

美國紐波特紐斯船廠12號干船塢上方安裝了一臺巨型龍門吊，其最大的起吊能力為900噸（目前已提高到1 050噸），沿船塢長度方向的軌道長度為743.7米，主梁跨度164.6米，主梁上有3個(gè)起重滑車，每個(gè)起重能力為300噸。這臺龍門吊除了跨過船塢外，還跨過旁邊的裝配區(qū)，可以很方便地把裝配區(qū)的分段吊入干船塢。在建造“布什”號航母時(shí)，該龍門吊起吊的最重的是飛行甲板中的一個(gè)分段，重865噸。

航母的空載排水量幾乎是其交付使用時(shí)滿載排水量的一半。美國海軍的最后一艘“尼米茲”級“布什”號的滿載排水量為10.2萬噸，其完工時(shí)的船體結(jié)構(gòu)用鋼量為4.7萬噸。由此可見，航母的鋼材使用量是巨大的。因此船廠為了建造航母，要具備較強(qiáng)的船廠內(nèi)外運(yùn)輸條件和能力。紐波特紐斯船廠內(nèi)就有32千米長的鐵路，以方便在廠內(nèi)外重大部件的運(yùn)輸。

普通民用船只的建造，像載重15萬噸的散貨船，主船體結(jié)構(gòu)用鋼在1.5萬噸以下。對比航母的建造中高強(qiáng)度鋼的使用量，意味著航母的艦體結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，這必然會(huì)給前期的放樣號料、切割和加工、大型鑄鋼件的鑄鍛生產(chǎn)等各道工序以及隨后的分段加工、分段預(yù)舾裝等任務(wù)帶來巨大的工作量。因此，船廠的配套車間的設(shè)備必須具備一定的加工能力，以及雄厚的技術(shù)力量，特別是新技術(shù)新工藝，才能更好地滿足航母建造的要求，保證航母建造的順利完成。

鋼材加工車間，負(fù)責(zé)對航母建造鋼材的處理，包括除銹、切割等。紐波特紐斯船廠的鋼材加工車間面積約2.6萬平方米，配備自動(dòng)噴丸除銹機(jī)、數(shù)控切割機(jī)、激光切割機(jī)等，能加工厚度3～150毫米、長18米的鋼板。鑄造車間，用于鑄造航母上的金屬構(gòu)件，面積約2.1萬平方米，可鑄造的最重金屬鑄件為66噸。機(jī)械加工車間，負(fù)責(zé)加工航母上各種船用設(shè)備，包括大型螺旋槳，以及傳動(dòng)軸等，面積約2.8萬平方米，擁有數(shù)控機(jī)床等各類機(jī)床150余臺。船體鋼結(jié)構(gòu)預(yù)裝焊接車間，負(fù)責(zé)艦體分段的加工，車間內(nèi)有平面分段流水線，面積4.5萬平方米，年加工能力20萬噸。模塊舾裝車間，對加工好的分段進(jìn)行預(yù)舾裝，面積約11萬平方米，主要有分段的自動(dòng)輸送、液壓定位設(shè)施以及空調(diào)設(shè)備，可滿足各種電子設(shè)備對環(huán)境的嚴(yán)格要求。部分模塊舾裝車間帶有活動(dòng)屋頂，分段舾裝完成后，可以直接從屋頂上吊出。航母的結(jié)構(gòu)鋼材要求高、厚度大，故船廠應(yīng)有較高的焊接技術(shù)和優(yōu)良的焊接設(shè)備，特別是要有對大厚度特種鋼材和特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠焊接的能力。

在航母的主體建造完成后，船廠還要有符合航母吃水深度要求的舾裝碼頭，來完成航母的舾裝和系泊試驗(yàn)。航母的舾裝步驟大致是：先在分段內(nèi)完成設(shè)備、管線的安裝，把分段吊入干船塢完成船體的焊接；航母從干船塢下水，并拖到舾裝碼頭完成下一步舾裝，具體包括設(shè)備設(shè)施的安裝、生活和工作住艙的舾裝等。美國“布什”號航母在出船塢后先后在兩個(gè)碼頭進(jìn)行舾裝工作，其中在1號舾裝碼頭停泊了1年零1個(gè)月，在2號突堤式碼頭停泊了約1年零3個(gè)月，并在該碼頭完成了系泊試驗(yàn)。隨著航母預(yù)舾裝程度的提高，航母在舾裝碼頭停泊的時(shí)間也將會(huì)越來越短。

如果可能的話，航母的建造船廠還要盡量靠近航母的基地，這樣航母的定期進(jìn)塢維修保養(yǎng)以及中期的現(xiàn)代化升級改造都更為便利。這方面的反面例子，就是蘇聯(lián)時(shí)期部署于北方艦隊(duì)和太平洋艦隊(duì)的蘇聯(lián)航母，由于母港沒有及時(shí)建設(shè)配套維修設(shè)施，大修時(shí)必須回到黑海造船廠，使航母常年處于非戰(zhàn)備狀態(tài)，更使整艦壽命過早衰竭。

船舶正式開工建造的標(biāo)志是龍骨的鋪設(shè)，這是從古代到近代造船業(yè)的傳統(tǒng)。因?yàn)辇埞鞘谴笮〈坏淖钪匾某兄亟Y(jié)構(gòu)，位于船的底部。所以，在過去的造船業(yè)中，鋪設(shè)龍骨一般都是整個(gè)造船過程中重中之重的標(biāo)志性事件，只有將龍骨鋼板在船塢或船臺中鋪好并精確定位，然后才能夠從底層船殼開始，自下到上一點(diǎn)一點(diǎn)地完成一艘新船的建造。但從上世紀(jì)40年代開始，現(xiàn)代造船業(yè)包括軍用艦艇都已開始應(yīng)用模塊式分段建造，過去的所謂船舶的龍骨，也變成了龍骨分段。

在美國航母的龍骨鋪設(shè)儀式上，會(huì)專門邀請航母命名者的配偶親屬將名字簽在龍骨鋼板上，然后再把這塊鋼板和其它鋼板一起焊接成巨大的龍骨分段。就像美國最新的“福特”號航母，福特總統(tǒng)的女兒蘇珊（Susan Ford Bales）簽名的鋼板只有50厘米見方，而這艘航母的第一個(gè)龍骨分段是一塊至少40米見方、重達(dá)數(shù)百噸的龐然大物。

雖說龍骨鋪設(shè)儀式是航母建造正式開始的標(biāo)志，但實(shí)際上在這官方指定的儀式之前的數(shù)月，大量的前期準(zhǔn)備工作就已經(jīng)開始，包括鋼板的切割機(jī)加、一些分段在預(yù)裝焊接車間中的建造。隨著第一個(gè)龍骨分段在船塢中的精準(zhǔn)鋪設(shè)，整個(gè)航母艦體的建造由此確立了一個(gè)如同三維坐標(biāo)的原點(diǎn)，后續(xù)的建造工作以此為中心向四周和上下延展，開始了“塔式建造”。

塔式建造法，又稱層狀塔式建造，顧名思義就是像建造高塔建筑那樣，自下而上一層一層的建造。但這種比較傳統(tǒng)的造船方式的缺點(diǎn)是：一，作業(yè)面操作空間相對較小，需要布置很多腳手架，施工建造速度慢；二，艦體有些部分的建造是在封閉環(huán)境下進(jìn)行的，建造環(huán)境比較惡劣；三，建造完成的焊接變形會(huì)比較厲害，焊縫收縮嚴(yán)重，既有橫向收縮也有縱向收縮。當(dāng)然，這些塔式建造的劣勢是相對于總段建造法而言的。

總段建造法，就是沿著艦體的縱向橫切，整個(gè)艦體被橫切成幾個(gè)或十幾個(gè)環(huán)形總段，然后再分別建造。這種方法的好處是各總段可以同時(shí)開工，然后再焊接合攏，從而大幅減少了在船臺上的工作量，縮短了建造時(shí)間，船體總變形量也更小。同時(shí)預(yù)舾裝還可以做得很好，這又可縮短建造完成后在舾裝碼頭的舾裝時(shí)間。這種各總段的同時(shí)建造，自然對造船廠提出了更高的場地要求。建造完成后的各總段斷面較大，在合攏焊接時(shí)對連接斷面的對接精度要求非?？量?。幾百根縱骨都嚴(yán)絲合縫地對接在一起，并不是容易的事兒。特別是艦艏、艦艉等處線型變化比較大的地方，更不容易控制精度。

就各總段的斷面精確控制而言，即便是在前期設(shè)計(jì)上對艦體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部密布的管線的設(shè)計(jì)做到了全面細(xì)致、合理精確，但在建造的切割、焊接和裝配過程中，隨之就會(huì)有鋼材遇熱后的變形問題。這種焊接時(shí)的變形、收縮量，又是鋼板厚度、焊接電流大小、焊接速度、人為操作等多方面因素綜合作用下的不確定結(jié)果。可見在總段建造過程中各總段的斷面精度控制就有很大的難度。但塔式建造對精度的要求就不會(huì)這么苛刻，建造過程中的焊接收縮是逐步累積又釋放的過程，即便某一層建造中出現(xiàn)了較大的誤差，也可以在下一層或采用相應(yīng)的反變形措施來消弭。比如說在塔式建造時(shí)，艦體首尾段焊接后變形會(huì)較大，那么在建造時(shí)首尾部分就稍往下放置，焊接后由于變形，首尾部分會(huì)向上翹，這就是塔式建造中的反變形處理。

雖說美國在最新的“福特”號的建造上仍采用傳統(tǒng)的塔式建造，但已引入了模塊化的分段建造?！案Ｌ亍碧柋环譃?62個(gè)超級分段（“尼米茲”級的最后一艘“布什”號是161個(gè)），這些分段在船塢邊的預(yù)裝焊接車間獨(dú)立建造完成后，由橫跨船塢及車間的龍門吊吊入船塢，然后像搭積木一樣對接合攏焊接成型。

這種在塔式建造基礎(chǔ)上的分段建造，更進(jìn)一步發(fā)展就是總段建造法。蘇聯(lián)黑海船廠在“庫茲涅佐夫”號航母的建造中就拋棄了傳統(tǒng)的鋪設(shè)龍骨-構(gòu)建船肋-敷設(shè)船板-安裝設(shè)備的塔式建造，大膽采用了總段建造這種更高效的建造模式。“庫茲涅佐夫”號以機(jī)庫甲板為分界線，上下總共分為24個(gè)總段，主艦體由21個(gè)組件構(gòu)成，組件的最大長度約32米，最寬的組件有相當(dāng)于整個(gè)艦體的寬度，高度約13米。艦體總段在船體預(yù)裝焊接車間完成裝配后，龍門吊先將位于或靠近船體中部的基準(zhǔn)總段吊入船臺中固定，然后依次吊裝前后的相鄰總段……所以說，蘇聯(lián)航母采用的這種建造方式，與美國航母的建造方式實(shí)質(zhì)上差異并不算大，只不過艦體“總段”作為“分段”的進(jìn)一步集成，噸位上更大，其最大艦體即航母的艦島上層建筑總段達(dá)到了1 400噸。為此，黑海造船廠在1983年從芬蘭科尼公司購入了2臺起重能力達(dá)900噸的龍門吊，每臺高110米、跨度150米，兩臺聯(lián)合作業(yè)可將1 500噸的大型艦體總段吊上船臺。

這種總段建造方式，進(jìn)一步發(fā)展后即成為今天英國在“伊麗莎白女王”級航母建造中的巨型總段建造（法）?！耙聋惿着酢碧柕呐烍w被分為6個(gè)超級巨型艦體總段（其中5個(gè)在4 000～ 8 000噸間不等，最重一個(gè)達(dá)到了11 300噸）、6個(gè)中間分段、12個(gè)舷臺分段和2個(gè)上層建筑分段，分別由在德文郡、泰恩賽德、格拉斯哥和樸次茅斯等地的4家公司的6個(gè)造船廠分別建造完成，每家船廠都各自完成切割鋼板、部件組裝、分段組裝、總段合攏、舾裝，甚至對已經(jīng)形成系統(tǒng)的單元進(jìn)行通電調(diào)試。巨型總段建成后，通過大型模塊運(yùn)輸裝置（可運(yùn)輸重達(dá)10 000噸的總段）將其運(yùn)至載重駁船上，然后送到羅賽斯造船廠進(jìn)行最后的全艦成型合攏。雖然“伊麗莎白女王”級采用巨型總段建造法，但每個(gè)巨型總段在建造時(shí)，還是需要從下到上逐層進(jìn)行塔式建造，需要更大的車間廠房，對總段陸上運(yùn)輸?shù)哪K運(yùn)輸裝置、船廠龍門吊的起吊能力也提出了更高的要求。

較于美蘇航母在紐波特紐斯船廠、黑海造船廠的建造，英國在其這艘最大的水面艦艇的建造上，由不同船廠共同建造這些總段、分段，6個(gè)巨型總段的開工日期前后不到一年，總段建造的并行建造速度以及可短時(shí)間內(nèi)大量建造航母的優(yōu)勢體現(xiàn)得更為明顯?！耙聋惿着酢奔壍木扌涂偠谓ㄔ?，體現(xiàn)了英國不俗的國家配套協(xié)同能力。只不過“伊麗莎白女王”級只有區(qū)區(qū)兩艘，這種高效的建造方式反倒被解讀成在整個(gè)英國工業(yè)經(jīng)濟(jì)不景氣背景下的“有飯大家一起吃”之舉。

“預(yù)舾裝”是目前造船領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，目的就是把在舾裝碼頭上的舾裝工作提前到船塢階段去做，把在船塢上的工作提前到總段建造中去做，從而將建造過程中線性的工作進(jìn)程變成了并行推進(jìn)。英國在“伊麗莎白女王”級的巨型總段建造過程中更是將預(yù)舾裝發(fā)揮到了極致。在某些總段模塊中，能看到有些艙室在出廠前就裝上了床鋪、衛(wèi)生單元、日光燈，甚至燈光系統(tǒng)都已經(jīng)可以使用了。這樣，艦體總段在車間時(shí)即可把其內(nèi)部的設(shè)備、部件等設(shè)施的舾裝工作提前完成，加快了后期建造工作的進(jìn)度，總體上縮短了整個(gè)航母建造的工期。