微觀航母之艦體特殊結(jié)構(gòu)

希弦

航母的結(jié)構(gòu)與其它水面艦船相比，由于其作戰(zhàn)性能的特殊性，所以在設(shè)計(jì)和布置上有很大的不同，主要有如下的總體布置和艦體結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。

◎雖然戰(zhàn)后多國在新一代航母的概念論證階段都曾提出過雙體船、多體船、小水線面船體、半潛式船體等設(shè)計(jì)方案，但目前各國的航母仍采用傳統(tǒng)的船體構(gòu)型

航空母艦主要的作戰(zhàn)武器是艦載機(jī)，因此除了要有寬大的飛行甲板以滿足艦載機(jī)的起降之外，還要有龐大的機(jī)庫以及飛機(jī)的維修、油料供應(yīng)、彈藥儲備、人員工作和生活的艙室，所以航母的艦體內(nèi)布置有相當(dāng)數(shù)量的艙室。以美國的大型航母為例來看，航母的艦體艙室布置按甲板層序分割為：從主甲板即機(jī)庫甲板以上分為9層，甲板編號為01、02、03依順序類推，用“Level”來稱呼，其中04層即為航母的飛行甲板，05層及以上是在艦島上層建筑內(nèi)，多是艦上重要的指揮控制艙室;主甲板以下除雙層底外分為8層，甲板編號用First、Sec？ ond、Third等來排序，用“Deck”來稱呼。這樣，在美國航母上全艦便被分割成2 200多個水密艙室，其中用于艦員們的生活艙室占了大多數(shù)，達(dá)1 500多個。

◎航母除了寬闊的飛行甲板外，還要有龐大的機(jī)庫以及飛機(jī)的維修、油料供應(yīng)、彈藥儲備、人員工作和生活的艙室

航母艦體的首層為飛行甲板，主要分為斜角甲板降落區(qū)、艦艏起飛區(qū)和停機(jī)區(qū)。位于飛行甲板和機(jī)庫頂棚之間的03層（03 LEVEL）為頂樓甲板，主要布置與飛行甲板作業(yè)密切相關(guān)的設(shè)備及艙室，比如彈射器系統(tǒng)、攔阻裝置和飛行員住艙、餐廳及飛行值班室等艙室。02、01層一般被統(tǒng)稱為中樓甲板，這層甲板不是完全貫穿艦體的，甲板中部被挖去與下層的機(jī)庫甲板形成更寬敞的機(jī)庫空間，只是在艦體的兩舷和首尾處設(shè)置了艙室，艦艏位置是錨鏈艙，艦艉部分為系纜裝置艙，兩舷位置設(shè)置與海上補(bǔ)給、甲板機(jī)械和機(jī)庫作業(yè)相關(guān)的備件室、機(jī)組艙、控制中心等艙室。再往下就是稱為“主甲板”的機(jī)庫甲板，同飛行甲板一樣，是航母上與艦載機(jī)作業(yè)密切相關(guān)的主要甲板。2號、3號、4號及以下的底艙都是下層甲板了，這里除了設(shè)備艙和人員生活艙外，還由于下層甲板的位置比較安全，一些重要的指揮控制艙室以及武器彈藥、航空燃油的儲存都在這里。2號甲板主要是布置機(jī)械修理保障艙室、士兵住艙、縱傾調(diào)整水艙，3號甲板為餐廳、軍官住艙以及一些控制指揮艙室，4號甲板除了設(shè)置行政人員艙室和住艙外，主要就是食品蔬菜儲存艙室、水泵艙、制冷機(jī)艙、橫傾調(diào)整水艙等。4號甲板以下的底艙主要設(shè)置機(jī)艙、鍋爐艙、發(fā)電機(jī)艙、彈藥艙和航空燃油艙等。這些艙室的設(shè)備和物資，或是體積龐大笨重或是對安全性有著特別高的要求。

◎“庫茲涅佐夫”號建造時引入了總段建造法，即以機(jī)庫甲板為分界線，上下總共分為24個總段。而“庫”艦全艦共有27層甲板，全艦分割為約3 565個艙室?！斑|寧”艦的原型“瓦良格”號作為其姊妹艦，艦體結(jié)構(gòu)與其大體類似，只不過我國在改裝時有不小的改動

◎航母發(fā)展史上萌芽階段的“蘭利”號航母，其飛行平臺的后部坐落在尾樓上，前部大部分的甲板則用桁架結(jié)構(gòu)支撐，上艦的飛機(jī)都只能停放在甲板上

航母是以艦載機(jī)為主要作戰(zhàn)武器的大型水面艦船，在平臺結(jié)構(gòu)上的最基本形式是一座海上機(jī)場，需要具備艦載機(jī)起飛和降落用的跑道。航母上的這種原始的起降跑道，最初只是在艦艏甲板上鋪設(shè)的木板，后來才進(jìn)一步發(fā)展成通過支柱和桁架機(jī)構(gòu)支撐架設(shè)在船體主甲板上的平臺結(jié)構(gòu)。這時期的飛行甲板只是承受艦載機(jī)起降時的載荷，所以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也不大。但隨著航母技術(shù)的發(fā)展，航母攜載的艦載機(jī)數(shù)量不斷提升，在飛行平臺下設(shè)置了停放飛機(jī)的開放式機(jī)庫。機(jī)庫甲板仍是船體梁的強(qiáng)力甲板，而飛行甲板則由橫向框架支撐，以承受飛機(jī)載荷和平臺彎曲的作用力。

◎大中型航母的飛行甲板在平時還要用來停放近半數(shù)的固定翼艦載機(jī)

為了安全地儲存攜載的艦載機(jī)，后來出現(xiàn)了封閉式機(jī)庫。飛行平臺真正過渡為飛行甲板，并且飛行甲板成為承擔(dān)船體總強(qiáng)度的強(qiáng)力結(jié)構(gòu)。由于大量的航空艙室需要布置在飛行甲板附近，也考慮到飛行甲板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，現(xiàn)代航母在飛行甲板下面設(shè)置了一層稱為“頂樓甲板”的結(jié)構(gòu)，這種雙層組合結(jié)構(gòu)也為大跨度的機(jī)庫提供了堅(jiān)固的頂棚。

航母的飛行甲板是供艦載機(jī)起飛、降落和調(diào)運(yùn)的作業(yè)場地，面積要足夠大，大型航母的飛行甲板總面積可達(dá)1.5萬～2.0萬平方米。由于艦艏起飛區(qū)、斜角甲板著艦區(qū)、停放區(qū)這3個區(qū)域的功能不同，所受的載荷也各不相同，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會有著一定差異。彈射汽缸在甲板上留下的狹長開槽開口，也或者滑躍起飛中艦艏上翹的躍升甲板，為阻擋艦載機(jī)的噴氣所設(shè)置的偏流板，透過飛行甲板伸出的攔阻系統(tǒng)的攔阻索，短距垂直起降戰(zhàn)機(jī)在垂直降落階段高溫噴氣對甲板的吹蝕作用，艦載機(jī)著艦過程中“砸”在斜角甲板時的沖擊載荷等等，這些開槽開口造成的應(yīng)變應(yīng)力、起飛回收作業(yè)中的載荷等最終都需通過飛行甲板的增大甲板厚度、加強(qiáng)框架密度強(qiáng)度等措施來抵消。

◎航母的飛行甲板上布置著與飛行作業(yè)相關(guān)的特種起降設(shè)備，有大大小小的開口，加之起降作業(yè)時的載荷等，這些都對飛行甲板的強(qiáng)度提出了更高要求

二戰(zhàn)后隨著噴氣式戰(zhàn)機(jī)的上艦，此前的直通式起飛和降落甲板已不堪重負(fù)，由此便有英國海軍航母率先應(yīng)用的斜角甲板，將艦載機(jī)的起飛作業(yè)區(qū)和著艦回收區(qū)分為了2個獨(dú)立的區(qū)域。航母在右舷設(shè)有巨大的島式上層建筑，又在左舷增設(shè)了斜角降落回收甲板，這造成了飛行甲板的最大寬度比艦體水線面寬度擴(kuò)大了幾乎一倍，這就需要在主船體的左右舷加裝巨大的舷臺。這種兩舷外飄的外形也就成為了航母特有的舷臺結(jié)構(gòu)，加之將早期航母上在艦體中線處設(shè)置的升降機(jī)改在了舷側(cè)，使得飛行甲板的結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜了。

◎“尼米茲”級航母的水線面寬為40.8米，而飛行甲板的最大寬度達(dá)72.8米，兩舷外飄的外形就成為了航母特有的舷臺結(jié)構(gòu)

舷臺的甲板作為飛行甲板的延伸部分，需要將舷臺的外板斜撐在機(jī)庫甲板下面的2號甲板上。兩舷極度外飄的舷臺結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中要綜合考慮舷臺的自重，起飛中蒸汽彈射器、降落中的艦載機(jī)對甲板面的沖擊載荷，以及外飄的舷臺在海上受到波浪拍擊時的載荷。同時，舷臺在機(jī)庫大門區(qū)段還要預(yù)留升降平臺的開口，開口的角隅處就需要作專門的加強(qiáng)。升降平臺的傳動裝置安裝在平臺的兩側(cè)，這還會造成該處的結(jié)構(gòu)要承受很大的平臺提升載荷。所以說舷臺結(jié)構(gòu)是航母艦體一項(xiàng)重要的、有別于其它水面艦艇設(shè)計(jì)的特種結(jié)構(gòu)。

與舷臺結(jié)構(gòu)一樣，在航母上還有著彈射器、攔阻裝置、舷側(cè)升降機(jī)、機(jī)庫大門、4軸4槳等同樣相對特殊的系統(tǒng)和裝置。它們的上艦，在艦體中會造成狹長開槽、巨大的開口，這都對艦體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出更高的要求。特別是與艦載機(jī)起降尤為密切的彈射器和攔阻裝置，還承受著起降過程中瞬間的沖擊載荷，它們的裝艦定位安裝都需要有專門的系統(tǒng)的理論研究及試驗(yàn)驗(yàn)證。

◎舷臺在機(jī)庫大門區(qū)段還要預(yù)留出寬大的升降平臺開口，開口角隅處的強(qiáng)化和升降平臺傳動裝置的布置都給航母的艦體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了難度

機(jī)庫是航空母艦的主要艙室之一，用來安全停放艦載機(jī)和對艦載機(jī)進(jìn)行維護(hù)維修，以及布置準(zhǔn)備飛行作業(yè)的重要航空艙室，對艦載機(jī)保持良好的技術(shù)狀態(tài)和高出勤率具有重要的保障作用。機(jī)庫的長度約占艦長的三分之二，寬度上大型航母通常并不延伸到兩舷，而是在機(jī)庫側(cè)壁與艦舷之間留出一定寬度的空間，用于布置艦船縱向通道、艦船動力裝置的進(jìn)排氣道，以及服務(wù)于艦載機(jī)維護(hù)維修的艙室和航空備件庫等。機(jī)庫的實(shí)際高度至少跨越2層甲板的層高，大中型航母通常跨越3層甲板層高。在美國的大型航母上，機(jī)庫總?cè)莘e達(dá)到了5萬立方米。

由于飛機(jī)出入機(jī)庫要進(jìn)行調(diào)運(yùn)，所以這么大的機(jī)庫不能有任何支柱阻擋。沒有柱子的支撐，那就得依靠頂部的大跨度結(jié)構(gòu)支持。另外，由于機(jī)庫頂部是強(qiáng)力甲板，它必須承受船體的總縱彎曲所產(chǎn)生的拉壓作用。所以在飛行甲板下的頂樓甲板可以與飛行甲板組成雙層組合結(jié)構(gòu)，與機(jī)庫兩側(cè)的雙層縱壁形成巨大的箱形結(jié)構(gòu)，共同承受艦體結(jié)構(gòu)上巨大的拉壓應(yīng)力。

◎無柱的大跨度機(jī)庫是航母的主要艙室之一，需要采取多種措施和合理設(shè)計(jì)來解決強(qiáng)度問題

在航母機(jī)庫中，設(shè)置有兩種巨大的門，一種是舷側(cè)升降機(jī)與機(jī)庫接口處的舷側(cè)升降機(jī)的大門，另一種是在機(jī)庫內(nèi)部起分隔作用的機(jī)庫分隔門。舷側(cè)升降機(jī)的大門用于關(guān)閉機(jī)庫甲板通向舷側(cè)升降機(jī)的開口，更是機(jī)庫甲板區(qū)的防護(hù)屏障，使機(jī)庫甲板免受海面氣象條件的影響和武器毀傷;后者則是將機(jī)庫分成2或3部分，以便在火情發(fā)生時有效抑制火勢的蔓延。

一般中大型航母的舷側(cè)升降機(jī)布置在右舷，中型航母為2部，大型航母一般右舷為3部、左舷設(shè)有1部，相應(yīng)地與機(jī)庫之間設(shè)置舷側(cè)升降機(jī)的大門。一部升降機(jī)往往具備同時轉(zhuǎn)運(yùn)2架主翼折疊后的艦載機(jī)，所以平臺升降機(jī)的平臺寬度都在20米左右，相應(yīng)的在機(jī)庫開口設(shè)置的大門尺寸上一般是20米×7米。這樣大的開口開在艦體結(jié)構(gòu)上，相應(yīng)的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)化問題都需要特別考慮。所以我們看到機(jī)庫大門開口的角隅處呈半圓形，開口整體呈橢圓形，并且還要有加厚板和加大構(gòu)架來進(jìn)行強(qiáng)度的加強(qiáng)。

◎出入機(jī)庫與舷側(cè)升降機(jī)之間的大門，呈橢圓形

航母的動力系統(tǒng)一般采用4槳4軸、4套蒸汽輪機(jī)裝置和8套鍋爐裝置，占據(jù)著碩大的空間，安裝這些裝置的基座結(jié)構(gòu)以及用于減振的裝置的結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的。同時動力系統(tǒng)的艙室位于全艦的底艙，需要承載上面的多層甲板，需要諸多粗大的支柱或特殊艙壁來加以支撐。由于動力系統(tǒng)的艙室位于水線以下，是全艦的動力源，是保證艦的生命力和戰(zhàn)斗力的重要艙室，所以包括動力機(jī)艙在內(nèi)的艦體結(jié)構(gòu)的底艙區(qū)域，都在兩舷側(cè)設(shè)有裝甲防護(hù)艙予以結(jié)構(gòu)防護(hù)。

◎航母底艙區(qū)域的彈藥艙和航空燃油艙，需要艦體自身有嚴(yán)密的水下防護(hù)結(jié)構(gòu)

對于航母底艙區(qū)域的機(jī)艙、發(fā)電機(jī)艙、彈藥艙和航空燃油艙等的結(jié)構(gòu)防護(hù)，中大型航母的舷側(cè)設(shè)置有若干層空艙或液艙，用于抵抗水下魚雷、水雷和反艦導(dǎo)彈的爆炸損傷。大型航母在舷側(cè)設(shè)置的防護(hù)艙多達(dá)5～6個，艦體底部也設(shè)置雙層或3層底，形成了一圈嚴(yán)密的水下防護(hù)結(jié)構(gòu)。同時，艦體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還會沿艦體縱向設(shè)20多道橫艙壁，把全艦艦體分割成了2 000多個水密艙室，進(jìn)一步提高航母的整體抗沉性和穩(wěn)定性，保證即便遭受攻擊后艦體仍保有一定的航行能力和作戰(zhàn)能力。

舷側(cè)防護(hù)艙壁，這種防御水下魚雷和水雷直接命中的特殊艦體結(jié)構(gòu)，是由若干層縱向壁分隔成幾組的空艙或液艙等組成。魚雷、水雷或反艦導(dǎo)彈爆炸后的能量，經(jīng)過空艙和液艙的減緩和吸收大幅衰減，進(jìn)而達(dá)到了被動防御的目的。這種空艙和液艙的組成方案以及隔艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣需要非常復(fù)雜的計(jì)算和實(shí)體爆炸試驗(yàn)方法來確定。

◎航母除了具有基本的對空對海的主動防御能力外，還具有裝甲和水下舷側(cè)防護(hù)艙壁等被動防護(hù)能力。在敵方的攻擊武器突破防御火力、船體遭到直接爆炸損傷后，應(yīng)能保證船體的航行能力和作戰(zhàn)能力。圖為美航母正在發(fā)射用于自衛(wèi)的“拉姆”防空導(dǎo)彈

在美國“尼米茲”級航母上，為增強(qiáng)抗沉性和防護(hù)性能，艦體底艙采用了雙層底，在舷側(cè)防護(hù)縱壁之間的空艙結(jié)構(gòu)更是使用了X型構(gòu)件連接，而不是常規(guī)的板架結(jié)構(gòu)。外部傳入的爆炸沖擊波和破壞能量通過外殼結(jié)構(gòu)和X型結(jié)構(gòu)的變形加以吸收，最大程度地吸收了能量、保護(hù)了艦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、保證了內(nèi)部艦體的水密性。這樣，通過艦體自身的裝甲防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水下防護(hù)結(jié)構(gòu)可承受約680千克TNT炸藥的水下爆炸沖擊，主機(jī)艙能承受兩次以上魚雷、導(dǎo)彈、水雷的打擊。