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航空母舰该造多大

未解之谜 发布日期: 2023-08-18 浏览:

航空母舰该造多大
卡特政府时期设想的 CVV Aircraft Carrier (Medium) 中型航空母舰, 满载排水量 6.3 万吨级,预期造价 15 亿刀。由于舰首弹射器位于右舷,尽管全长仅 278 米,CVV 仍得以实现舰首起飞区与斜角甲板着舰区相互分离 。CVV 能够支持包括 F-14 在内的帝国海军各型舰载固定翼飞机,但极有可能在满载起飞重量高于雄猫且气动性能较为尴尬的 A-12 复仇者 II 面前遭遇困难。由于舰载航空联队规模仅为大型舰队航母的 2/3,CVV 在携带 2 个中队 24 架 F-14,1 个中队 10 架 S-3 北欧海盗反潜/制海机,为 F-14 提供空中加油支持的 KA-6E,以及帝国海军航母典型的空中预警与电子干扰机编制之后,已无力搭载其它固定翼机型,将长期缺乏对陆打击能力 (炸弹猫直到雄猫家族日落黄昏时才披挂上阵),只能依靠装备捕鲸叉空舰导弹 (原本为压制水面活动潜艇设计,故得其名) 的 S-3 实施规模有限的反舰攻击。
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与 CVV 同时期建造的 8.4 万吨 CV-67 肯尼迪级二号舰预期造价 16 亿刀,只比 CVV 高出不到 7%,而舰载航空联队规模为 CVV 的 1.5 倍,弹射器和飞机升降机数量是 CVV 的 2 倍。兰德公司的成本模型显示,帝国海军核动力航空母舰造价的 35% 来自舰载设备,51% 来自人力花销,14% 来自材料费用。鉴于建造工时的相当比例用于安装调试舰载设备,吨位对航母造价的影响可谓微乎其微。而大铁壳子生产成本离谱的第三日不落已是最有可能实现小航母吨造价低至接近大航母水平的国家。

以相同批量和节奏建造时,假想的电磁弹射版伊丽莎白女皇级的单价据估计将是 CVN-78 福特级的 70%,二者的吨造价大体相当。然而这并不能证明航母的价格与吨位成正比。女皇级的柴燃联合动力系统比福特级的大功率原子能动力包便宜得多,基本平台的抗战损能力等指标亦远不及福特。更强调抗战损能力,配备 3000 吨装甲防护的女皇级原始方案,满载排水量达 7.3 万吨。综合历史数据与帝国相关方面分析后,可以认为大型航母采用核动力导致的成本增量约在 25% 左右,核动力电磁弹射版女皇的造价将达到福特的 7/8,载机数量则不到福特的 5/8。
与 CVV 同时期建造的 CVN-68 尼米兹级核动力舰队航母单价约为 22 亿刀,相当于假想中肯尼迪级二号舰的 137.5%,成本增量主要来自核动力系统,其次是型号首舰不可避免的起步费。CVN-65 企业号的造价接近同时期常规动力超级航母的两倍。但这是 8 茶壶原子能动力系统与超越时代的双波段电扫描阵列雷达的锅,代表不了普遍规律。
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CVN-65,飞行甲板上的方块对应反应堆安装位置

香水国戴高乐舰的造价与帝国海军 CVN-68 尼米兹级相差无几,战斗力却天差地远。固然这很大程度上是戴高乐级批量太少,建造周期太长的锅。但即使同批量同频率建造,在承建国相同的前提下,戴高乐级的单价仍很难压低到尼米兹级的 70% 以下。而其航空燃油储量仅为尼米兹级的 1/3,航空弹药容量更是只略高于尼米兹级的 1/5,航空联队编制及相应的持续作战架次率是尼米兹级的 1/4,且无法支持较重型的舰载战斗机。
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帝国海军 1997 年的概念研究显示:
载机 40 架(35 架中型战斗机等固定翼舰载机,5 架直升机)的 6 万吨级航母全寿命费用为 125 亿刀;
载机 60 架(55 架固定翼舰载机,5 架直升机)的 8 万吨级航母全寿命费用为 142.5 亿刀;
载机 80 架(75 架固定翼舰载机,5 架直升机)的 10 万吨级航母全寿命费用为 160 亿刀。
也就是说,每个固定翼停机位的全寿命费用为:
6 万吨航母 3.57 亿刀;
8 万吨航母 2.59 亿刀;
10 万吨航母 2.13 亿刀。
这就是某些人口中所谓的小航母能实现与大航母相同的停机位成本。
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小航母派认为:
1)小航母吨造价能够低至大航母的水平;
2)进而其停机位单价也能与大航母抗衡。
而工程规律表明:
1)论点 1 本身就是扯淡;
2)即使论点 1 成立,论点 2 仍然是扯淡。
I.
很多舰载设备并不随着航母吨位的增大或缩小线性变动,譬如雷达通讯指挥控制航空支持装备等,除非小航母以战斗力断崖式下跌的代价自行拼命阉割船电 & 航空支持装备。哪怕是 3-4 万吨的小航母,为了确保冗余仍须至少安装 2 条飞机弹射器,而 8-10 万吨的大航母,最多也只需要配备 3-4 条飞机弹射器。拦阻系统就更不用说了,难道大型航母设置 3-4 条拦阻索,小型航母就可以线性压缩至 1-2 条?实际上由于飞行甲板尺寸小 & 小平台抗浪性差,在小型航母上着舰的难度要比在大型航母上更高。
动力系统同样与吨位不存在线性相关。船型一定时,航母的浸润面积是水线长的平方,吨位则是水线长的立方,克服粘滞阻力所需的推进功率增速因此小于排水量增速。与此同时,水线长越大,波障航速也越高,最大航速一定时,兴波阻力倾向于随着水线长度增大而下降。只要动力性指标不放水,小航母所需推进功率并不会由于吨位降低而成比例低于大航母。
下表是 1960 年代美国海军的若干反潜航母 CVS 方案,只有 Scheme 62B 的航速勉强达到舰队航母级的 31.2 节,其推进功率是 21.2 万马力,与中途岛级相同,是尼米兹级的 81.5%,福莱斯特/小鹰级的 75.7%。而 62B 的排水量才 5.86 万吨,只有尼米兹级的 3/5。
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II.
1960 年代初,英国皇家海军高层开始考虑舰队航母换代事宜。新航母的正常排水量预计为 4.5 万-5 万吨,1965 年中开工,1970 年中交付。到 1960 年 11 月,相关方面共提出 6 个初步细化的方案,正常排水量范围 4.2 万吨至 6.8 万吨。4 艘 4.2 万吨航母预估造价 1.8 亿英镑,4 艘 5.5 万吨航母预估造价 2.4 亿英镑。上述估价按照成本与吨位成正比的逻辑计算而来,明显不符合成本/吨位随着体型增大而下降的规律。即便如此,大舰的性价比仍然更高: 4.2 万吨方案载机 27 架,4.8 万吨 38 架,5.5 万吨 49 架,且吨位越大舰载机预期事故率越低,航空作业受海况干扰程度越轻 。
让我们宽宏大量地假设小航母派的吨造价相等论调成立,那么以吨位等价代换价格,可得:
4.2 万吨航母的停机位单价为 1556 吨;
4.8 万吨航母的停机位单价为 1263 吨;
5.5 万吨航母的停机位单价为 1122 吨。
显而易见,哪怕吨位与造价呈正比,相同投入时小航母的载机量仍远不及大航母。实际上,如果小航母真如同某些人吹嘘得那般美好,长期运作 2 万吨小航母的皇家海军就不会搞出来这俩:
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女皇级原始方案满排 7.3 万吨,现在这个缩水款设计也有 6.5 万吨。

二战后玩小航母一甲子有余,戴高乐号天天被小航母派尬吹的法国海军,也不会将新一代航母 PANG Porte-Avions Nouvelle Génération 的吨位标定至接近福建/福莱斯特/小鹰的水平:
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毕竟考虑到规模效益 & 核动力的成本增量,2 艘 5.2 万吨常规动力航母的总价不见得比 1 艘 PANG 更高,战备完好率则完爆 PANG,可保证随时有 1 艘航母能够出动。
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COGAG 构型满载排水量 5.2 万吨,CODLAG 构型 5.5 万吨,2 具全尺寸蒸汽弹射器,全长 272 米,飞行甲板最大宽度 67.5 米,以阵风 M 为主要机型时,包括直升机在内最多载机 40 架
那么白旗国为什么不选择 2 艘常规动力小航母? 除了支持核工业之外,一个关键因素是:
满排 5-6 万吨的航空母舰无法有效运作体型吨位超音速性能均大幅度提升的下一代作战飞机。
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白旗国都觉得 6 万吨航母太小,不足以应对未来数十年的世界局势, 那赛里斯就更不用说了。

当然,小航母派会宣称:小航母偏贵是由于批量少,研发成本得不到分摊,如果批量上去单价自然下降。看起来很有道理对不对?
但是量化之后,诡辩的事实就原形毕露。前面已经提到,6 万吨航母的总载机量只有 10 万吨航母的 1/2,固定翼载机量则不到 10 万吨航母的 1/2。为了计算简便 & 给小航母派一点面子,让我们假设 6 万吨航母的固定翼载机量达到 10 万吨航母的 1/2。那么总停机位相同时,二者的建造数量之比为 2:1。工业产品的生产成本通常随着产量的翻倍,以固定比率下降,通常每翻一倍单价降低 15%。
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但级别建造周期横跨数十年的大型战舰必然经历多次版本升级,每次升级后建造工时/单价相应重置:
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为了简化计算,暂且忽略版本升级因素,并继续按照对小航母派有利的假设,规定航母平台单价与排水量成正比。
那么,基于产量翻倍,单价下降 15% 的假设,20 艘小航母的总造价为级别首舰的 12.4 倍,10 艘大航母的总造价为级别首舰的 7.12 倍。
将 10 万吨大航母的首舰单价规定为 100,按照造价与吨位呈正比的错误前提进行计算,20 艘小航母的总造价为 744(60 x 12.4),而 10 艘大航母的总造价为 712(100 x 7.12)。
换言之,哪怕是调低了小航母的吨单价,调高了小航母的机位数,达成相同总载机量时,小航母的资源投入仍然高于大航母

至于说研发设计费用?那原本就已经算到项目单价里了好么。
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小航母停机位单价等于甚至小于大航母的设想也并非完全无法达成。疯狂阉割配置即可。
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但你都已经不在乎配置了,那集装箱船改造出来的 CVE 它不香吗?什么 SCS,VSS,敢不敢与下面这位比比停机位单价 & 大战动员效率?
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扯什么技术进步导致船电成本下降,全然无视:
1)特定性能的电子设备成本
2)武器平台的电子设备绝对成本
3)武器平台的电子设备成本占比
是三个完全不同的概念。按照这种人的神论,物理域性能长期停滞不前,而船电成本 "持续下降" 的现代战舰,理应越来越便宜。而现实是:
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小航母的高海况运作能力也完全无法与大航母相提并论。有人会扯什么主动减摇。但光减摇就完了?知道甲板上浪是什么意思吗?
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喷完小航母派,再来喷超大航母派。
1)体型的增大将导致加速性能下降回转半径增加,对于航渡-航空作业转换速度和机动规避来袭武器的能力均造成不利影响。
2)帝国海军相关基础设施以支持尼米兹/福特级体量的航母为标准建成,为迎接外形尺寸更大的新型航母全面扩建势将耗资不菲。PLAN 这方面的限制因素相对不那么严重,但海军基地的船坞容量也并非无限。
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3)超大型航母的绝对造价高于大型航母,不利于维持航母部队兵力规模。
4)性价比随吨位增大而提升的趋势放缓甚至出现反转。
舰载机起飞前需要进行发动机试车,排队等待时并不能充分利用甲板空间地密密麻麻挤作一团,否则高温排气相互 春风拂面,分分钟开启疯狂大烧烤。
1969 年 1 月 14 日,CVN-65 企业号上 F-4 战斗机携带的 127 毫米火箭受热爆炸导致连锁反应,摧毁舰载机 15 架。
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正确的列队方式是菊花向外。这就意味着大型/超大型航母实施放飞作业时的舰载机停放数量,由飞行甲板长度而非飞行甲板面积驱动。
船型不变时,排水量增加 1/3,飞行甲板长度只增加 1/10。舰载机回收通道也始终只有 1 条。
大国对抗而非贴脸虐菜时,每艘航母的舰载机日出动率只需达到 80 架次,8 万吨级航母已绰绰有余(8 万吨级的小鹰级持续作战日出动率 100 架次,初始排水量 9 万多吨的尼米兹级 120 架次,初始排水量即超过 10 万吨的福特级设计指标为 160 架次)。
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当然,比尼米兹与福特更大的航母,譬如 ECBL 或其常规动力版东帝对应款,仍有建造价值。
因为:
1)随着 Pax Americana 崩坏,大国对抗加剧,于后冷战时期被按下暂停键的舰载机大型化趋势正重新启动;
2)载机数量相同时,更为宽敞的飞行甲板有利于改善航空作业环境,提升效率降低事故率;
3)吨位大有利于叠甲;
4)吨位大有利于容纳更多消耗品,例如米国基础设施所能允许的最大常规动力航母 CVAXL, 轻载排水量 66500 吨, 满载排水量 97360 吨, 可容纳航油 11221 吨, 航弹 3150 吨。但要在动力包不进行大规模升级的前提下维持足够的战术机动性,体型以不超过 ECBL 为宜。
强调舰队行动而非对陆攻击的 PLAN 航母,弹药库容量可远小于同吨位的 USN 航母,满排 10-11 万吨级时要害部位的叠甲已经足够,进一步增加吨位强化被动防御的收益不甚显著。

总结:
1)满排 6 万吨级是三代机舰队航母的底线(CVV,辽克星顿,山拉托加,DEAC);
2)满排 8 万吨级是新一代舰队航母的门槛, 福建号是 PLAN 首艘弹射航母能摸到新一代舰队航母的吨位门槛已经不错了;
3)满排 10 万吨级是 USN 基地设施支撑能力的极限;
4)满排 11 万吨级是近未来时间框架内的性价比天花板。

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