“福特”級(jí)(全稱:“杰拉爾德·R·福特”級(jí)航空母艦,英文:Gerald R. Ford-class aircraft carriers)是美國海軍“尼米茲”級(jí)航?的后繼型號(hào),使?基本的“尼?茲”級(jí)核動(dòng)力航母的船體形式,但進(jìn)?了多項(xiàng)改進(jìn),包括更高的戰(zhàn)機(jī)出動(dòng)頻率、更多的電力供應(yīng)和更少的操作人員。2007年1月16日,“杰拉爾德·福特”被美國海軍部長確定為新一代航母首艦的名稱,“福特”級(jí)名稱被正式確定。
“福特”級(jí)將裝備“海麻雀”導(dǎo)彈 (ESSM)防空導(dǎo)彈和“拉姆”近程防空導(dǎo)彈,將搭載多達(dá) 90 架飛機(jī)。“福特”級(jí)使用通用原子公司的EMALS電磁彈射系統(tǒng)和電磁阻攔索。
美國軍隊(duì)目前已經(jīng)采購4艘“福特”級(jí)航母,單艘造價(jià)達(dá)約130億美元,是美國海軍有史以來造價(jià)最高的一艘艦船。分別是“杰拉爾德·福特”號(hào)、“約翰·肯尼迪”號(hào)、“企業(yè)”號(hào)和“多里絲·米勒”號(hào)。目前“杰拉爾德·福特”號(hào)已經(jīng)服役,“約翰·肯尼迪”號(hào)計(jì)劃于2025年交付海軍,“企業(yè)”號(hào)將于2028年交付,“多里絲·米勒”號(hào)將于2032年交付。美國將在2028年開始采購后續(xù)的“福特”級(jí)航母。美國海軍計(jì)劃建造10艘“福特”級(jí)航母,最終取代現(xiàn)役的10艘“尼米茲”級(jí)航母。
“福特”級(jí)的研發(fā)和建造由位于弗吉尼亞亨廷頓英格爾斯工業(yè)公司紐波特紐斯造船及船塢公司負(fù)責(zé)。作為美國唯一一家可以建造大型核動(dòng)力航空母艦企業(yè),1958年以來該廠為美國軍隊(duì)建造了所有的核動(dòng)力航母。美國航母建造產(chǎn)業(yè)鏈還包括46個(gè)州的大約2000家供應(yīng)商公司。
發(fā)展歷程
研發(fā)背景
1994年,美國國防總審計(jì)局(GAO)根據(jù)撥款法案開始研究美國核動(dòng)力航空母艦的成本效益,因?yàn)楹藙?dòng)力航空母艦是美國軍火庫中最昂貴的武器系統(tǒng)。1997年,美國海軍研究咨詢委員會(huì)開始研究美國下一代CVX航母。以邁克爾·科伊爾少將為首,他們組成了咨詢委員會(huì)的專門小組來研究下一代航母的問題。他們研究后認(rèn)為,美國軍隊(duì)下一代航母必須具備以下特點(diǎn):第一是仍采用核動(dòng)力,因?yàn)楹藙?dòng)力能確保美軍隨時(shí)隨地使用航母,并在危機(jī)時(shí)高速?zèng)_刺到預(yù)定部署位置。第二是排水量必須超過10萬噸,因?yàn)檫@樣才能在所有天氣條件下執(zhí)行不同任務(wù)。第三是采用各種模塊化架構(gòu)的航母全電系統(tǒng)。這種全電系統(tǒng)能夠靈活管理整個(gè)航母的能量,可以根據(jù)需要進(jìn)行重新配置,能夠讓航母在50年的使用壽命期間,適應(yīng)未來艦載機(jī)、指揮控制系統(tǒng)以及船體建造技術(shù)的進(jìn)步。此外,只有模塊化架構(gòu)的航母全電系統(tǒng),才能大幅降低航母載員數(shù)量,盡可能降低運(yùn)營和維護(hù) (O&M) 成本以及建造成本,讓美國未來能夠負(fù)擔(dān)得起。“尼米茲”級(jí)基本滿足了前兩個(gè)要求,因此未來的美國軍隊(duì)航母應(yīng)該在借鑒該型號(hào)的基礎(chǔ)上研發(fā)新型航母。
美國2006財(cái)年國防授權(quán)法案規(guī)定,美軍航母數(shù)量不能少于11艘。這意味著在“尼米茲”級(jí)開始退役后,美軍需要新的航母來代替。海軍最初希望 CVN-77 之后的有全新設(shè)計(jì)的航空?艦,因此其最初將新一代航母名稱為 CVX-1,?不是 CVN-78。然?在 1998 年 5 ?,海軍宣布沒有資金開發(fā)全新的航母設(shè)計(jì),所以只能繼續(xù)修改“尼?茲”級(jí)的設(shè)計(jì)以滿足需要,同時(shí)融合一些新的技術(shù)。2004年,美國政府計(jì)劃在2007年采購海軍的下一代航母,當(dāng)時(shí)被稱為CVN-21計(jì)劃。當(dāng)時(shí)美國軍隊(duì)的“尼米茲”級(jí)航母已經(jīng)全部采購?fù)戤叀W詈笠凰摇皢讨蜽·布什”號(hào)航母(CVN-77)在2001年采購?fù)瓿桑?008年替代“小鷹”號(hào)常規(guī)航母。
2003 年 7 月 10 日,美國海軍宣布授予諾斯羅普格魯曼公司一項(xiàng)支持未來航空母艦計(jì)劃CVN 21 的合同。諾斯羅普`格魯曼公司的紐波特紐斯造船及船塢公司是該合同的主要承包商。根據(jù)合同,紐波特紐斯造船廠將為CVN 21 進(jìn)行系統(tǒng)前開發(fā)和設(shè)計(jì)工作,計(jì)劃于 2014 年交付。
受美國海軍委托,蘭德公司在2005年發(fā)布了《美國航母編隊(duì)現(xiàn)代化》的報(bào)告,其中指出現(xiàn)有的“尼米茲”級(jí)核動(dòng)力航母最大的問題就是發(fā)電能力有限和不斷技術(shù)升級(jí)引發(fā)的船體重心的變化。上述問題導(dǎo)致“尼米茲”級(jí)將無法使用新的電磁彈射器、超電磁炮,也就失去了進(jìn)一步延壽來使用的必要。而蘭德公司的報(bào)告稱新的CVN-21型航母,將繼續(xù)使用基本的“尼米茲”級(jí)航母的船體形式,但是將大幅度修改內(nèi)部配置,包括采用新的核反應(yīng)堆、重新設(shè)計(jì)機(jī)庫和飛行甲板、使用新的區(qū)域配電系統(tǒng)以及電磁彈射器等。2006年10月,CVN-78項(xiàng)目正式取代CVN-21成為美國軍隊(duì)新一代核動(dòng)力航空母艦編號(hào)。
研制歷程
“福特”號(hào)是美國海軍第一艘完全使用3維產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)的航空母艦。紐波特紐斯造船及船塢公司利用最新和最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)工具能力,實(shí)現(xiàn)航母在設(shè)計(jì)、工程、規(guī)劃和施工中的可視化集成。“福特”號(hào)航母的每個(gè)零件都是在全尺寸 3-D模型中創(chuàng)建的,包括結(jié)構(gòu)、各種設(shè)備、管道系統(tǒng)、機(jī)械、電氣、電線管道、儀表、泵、醫(yī)療艙和廚房。數(shù)百名設(shè)計(jì)師、工程師、規(guī)劃師和施工代表通過“3D沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù),來參與模型設(shè)計(jì)、創(chuàng)建和規(guī)劃船舶的每一個(gè)特征。
“福特”號(hào)造船工人可以根據(jù)平板電腦上的“3D視覺工作指令”來進(jìn)行施工,過去需要花費(fèi)額外時(shí)間來研究紙質(zhì)圖紙,現(xiàn)在看平板電腦幾分鐘就能明白工作流程。過去“尼米茲”級(jí)的電纜,需要工人站在梯子上對(duì)著艙室頂部焊接支架,現(xiàn)在所有的鋼板在焊接之前,就已經(jīng)標(biāo)注好了電纜支柱的焊接位置,數(shù)量超過47000個(gè)。工人只需提前焊接支柱即可,工作更加省力和安全。“福特”號(hào)還采用了類似谷歌地圖的最佳路線算法軟件,來設(shè)計(jì)內(nèi)部電纜走線的最佳路徑,節(jié)省安裝成本。
生產(chǎn)歷程
“杰拉爾德·福特”號(hào)
2008年9月美國國防部宣布,諾斯羅普·格魯曼公司贏得了一份價(jià)值高達(dá)51億美元的合同,于2004年5月簽約建造“杰拉爾德·福特”號(hào)航母。諾斯羅普表示,該艦的 1,200 個(gè)結(jié)構(gòu)單元中約有三分之一已經(jīng)在建造中。
2009年11月14日,“福特”號(hào)航母的龍骨安放儀式在諾斯羅普·格魯曼公司的紐波特紐斯造船及船塢公司舉行。福特的女兒蘇珊·福特·貝爾斯是這艘船的贊助人。貝爾斯的首字母被焊接到一塊金屬板上,該金屬板將永久固定在“福特”號(hào)航母上。
2011年3月,美國建造航母相關(guān)軍工產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重大重組。格魯曼公司的紐波特紐斯造船廠和英格爾斯造船廠被剝離出來成立了一家新的亨廷頓英格爾斯工業(yè)公司。該公司成為美國最大的艦艇制造業(yè)企業(yè)。2011年5月,通用原子公司向美國海軍航空系統(tǒng)司令部交付了第一套EMALS電磁彈射系統(tǒng)生產(chǎn)組件,以安裝在新的“福特”號(hào)航空母艦上。該組件由數(shù)千個(gè)零件組成。
2012年10月,“福特”號(hào)成功吊裝1塊重達(dá)1026噸的模塊,這是“福特”號(hào)航母的最大模塊也是紐波特紐斯造船及船塢公司吊裝的最大的艦艇模塊。2012年12月,亨廷頓英格爾斯工業(yè)公司宣布已經(jīng)完成航母主體結(jié)構(gòu)90%的建造工作,完成吊裝3個(gè)大型模塊,其中一個(gè)重達(dá)391噸。現(xiàn)場使用的是起重能力達(dá)到1050噸的龍門吊,平均每天安裝船體內(nèi)部電纜的長度達(dá)到3000米。2013年5月,“福特”號(hào)航母艦體結(jié)構(gòu)全部組裝完成。2013年10月,“福特”號(hào)航母完成4臺(tái)巨型青銅螺旋槳的安裝工作。每具螺旋槳重30噸,直徑6.4米。
2013年11月9日,“福特”號(hào)航母在紐波特紐斯造船及船塢公司下水。2006年11月以來,美國已有5000多家造船企業(yè)幫助建造福特號(hào),來自全國46個(gè)州的供應(yīng)商為航母生產(chǎn)貢獻(xiàn)了專業(yè)零部件、技術(shù)服務(wù)和支持。在下水后的幾周內(nèi),航母將進(jìn)入詹姆斯河,并移至碼頭進(jìn)行舾裝和測試。
2015年8月,“福特”號(hào)航母艦員上艦熟悉情況。2017年1月,“福特”號(hào)上的電磁彈射系統(tǒng)交付海軍。2017年5月31日,“福特”號(hào)交付美國海軍。
“約翰·肯尼迪”號(hào)
2010年12月,“約翰·肯尼迪”號(hào)航母(CVN-79)的首批鋼材切割完成。2013年6月,美國政府問責(zé)局在一份草案中表示,由于第一艘“福特”號(hào)航母在“技術(shù)、設(shè)計(jì)和建造方面的困難”,美國海軍應(yīng)推遲建造第二艘“約翰·肯尼迪”號(hào)。但是美國海軍并沒有接受這樣的建議,認(rèn)為完全可以吸取“福特”號(hào)的教訓(xùn)從而降低第二艘船的成本。
2015年8月22日,紐波特紐斯造船及船塢公司舉行“約翰·肯尼迪”號(hào)航母的龍骨鋪設(shè)儀式。約翰·肯尼迪的女兒卡羅琳·肯尼迪是該船的贊助人。代表卡羅琳名字的首字母焊接到鋼板上。
2017年6月,“約翰·肯尼迪”號(hào)已經(jīng)完成船體建造的50%。據(jù)介紹“約翰·肯尼迪”號(hào)建造將總共使用445次大型龍門吊來吊裝模塊,比“福特”號(hào)減少51次,比“尼米茲”級(jí)最后一艘“喬治W·布什”號(hào)減少149次。2019年5月29日,重達(dá)588噸的艦島被安裝到“約翰·肯尼迪”號(hào)的甲板上。2019年12月7日,“約翰·肯尼迪”號(hào)在紐波特紐斯造船及船塢公司下水。
2020年11月,美國海軍修改原來“福特”號(hào)的兩階段交付合同,而和亨廷頓英格爾斯工業(yè)公司簽訂了“約翰·肯尼迪”號(hào)航母的“單階段”交付合同,即該艦在交付美國海軍時(shí)將具備完整的作戰(zhàn)能力,包括支持F-35戰(zhàn)斗機(jī)艦載機(jī)上艦。
2022年7月,紐波特紐斯造船廠將“約翰·肯尼迪”號(hào)第1000個(gè)艙室移交給海軍。“約翰·肯尼迪”號(hào)的船員正在和船廠合作準(zhǔn)備接裝。“約翰·肯尼迪”號(hào)總共有2615個(gè)艙室,其中電纜長度就達(dá)到3200公里。“福特”號(hào)是第一艘 100%數(shù)字化設(shè)計(jì)的航母,但在建造過程中仍然使用紙質(zhì)圖紙。 “約翰·肯尼迪”號(hào)開始過渡,建造中造船廠開始使用筆記本電腦和平板電腦,而不是紙質(zhì)圖紙。“企業(yè)”號(hào)將完全使用數(shù)字圖紙進(jìn)行建造。預(yù)計(jì)該艦將于2024年交付美國海軍。
2025年7月7日,美國海軍學(xué)會(huì)網(wǎng)站報(bào)道稱,由于“約翰·肯尼迪”號(hào)航母交付延遲,美國海軍的現(xiàn)役航母數(shù)量將在未來一年左右的時(shí)間里縮減至10艘。美國福特級(jí)航母二號(hào)艦“肯尼迪”號(hào)的交付將面臨兩年的延期。根據(jù)最新披露的美國海軍2026財(cái)年預(yù)算論證文件,“肯尼迪”號(hào)要到2027年3月才能交付,而根據(jù)去年的預(yù)算提案,這艘航母原本應(yīng)在本月交付。
“企業(yè)”號(hào)
2017年8月24日,紐波特紐斯造船部門切割了一塊重達(dá)35噸的鋼板,啟動(dòng)“福特”級(jí)第三艘“企業(yè)”號(hào)(CVN-80)航空母艦的先期建造。2022年8月27日,企業(yè)號(hào)航空母艦舉行龍骨鋪設(shè)儀式。“企業(yè)”號(hào)成為第九艘使用該名稱的美國海軍艦艇。在完全建造完成后,將有15噸來自老的“企業(yè)”號(hào)核動(dòng)力航母的鋼材將繼續(xù)存在于新的“企業(yè)”號(hào)中以延續(xù)傳承。
“多里斯·米勒”號(hào)
2021年8月25日,“福特”級(jí)航母第三艘“多里斯·米勒”號(hào)(CVN-81)在紐波特紐斯造船及船塢公司舉行鋼板切割儀式。這是第一艘以非裔美國人命名的航空母艦。該艦將于2026年鋪設(shè)龍骨,預(yù)計(jì)將在2032年交付給美國海軍。
裝備歷程
2017年5月26日,“福特”號(hào)完成驗(yàn)收試驗(yàn),并在5月31日交付海軍。7月22日,美國海軍在弗吉尼亞州諾福克舉行“福特”號(hào)入役儀式,美國總統(tǒng)特朗普和國防部長馬蒂斯參加。2022年10月4日,“福特”號(hào)赴北大西洋進(jìn)行為期2個(gè)月的首次正式部署。2022年7月,紐波特紐斯造船及船塢公司將“約翰·肯尼迪”號(hào)第1000個(gè)艙室移交給海軍。“約翰·肯尼迪”號(hào)正準(zhǔn)備接裝。“約翰·肯尼迪”號(hào)總共有2615個(gè)艙室,預(yù)計(jì)將于2024年交付美國海軍。
基本設(shè)計(jì)
“福特”級(jí)的設(shè)計(jì)特色包括重新設(shè)計(jì)的甲板、新型核反應(yīng)堆、比“尼米茲”級(jí)增加電力供應(yīng)、采用電磁彈射和回收系統(tǒng)來增加飛機(jī)出動(dòng)架次,使用雙波段相控陣?yán)走_(dá)、改進(jìn)武器儲(chǔ)存和輸送安全性、提高生存性以及易于升級(jí)等。
船體設(shè)計(jì)
“福特”級(jí)采用和“尼米茲”級(jí)類似的船體設(shè)計(jì),但進(jìn)行了一系列改進(jìn)。在設(shè)計(jì)階段,“福特”級(jí)就盡可能開發(fā)船體內(nèi)部空間的最大價(jià)值,來節(jié)省航母50年使用周期的總成本。“福特”級(jí)內(nèi)部安裝有3000公里的電纜和1200公里的光纖網(wǎng)絡(luò),內(nèi)部減少了30%的閥門數(shù)量,增加了更多的空調(diào)數(shù)量,減少濕熱環(huán)境對(duì)船體設(shè)備的傷害并降低人員工作強(qiáng)度。該型航母還設(shè)計(jì)有新的貨物電梯能減少人員靠港補(bǔ)給的工作量。
“尼米茲”級(jí)航母的艦載機(jī)出動(dòng)頻率為12小時(shí)120架次,24小時(shí)為240架次,而“福特”級(jí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為12小時(shí)出動(dòng)160架次,24小時(shí)出動(dòng)270架次。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo),“福特”級(jí)航母采用了新設(shè)計(jì)的甲板和機(jī)庫。“福特”級(jí)的艦島比“切斯特·尼米茲”長度更短。但高度增加6米,位置向后移動(dòng)了42米,向外弦移動(dòng)了0.9米,更靠近艦艇的尾部。與“尼米茲”級(jí)的4個(gè)飛機(jī)升降機(jī)和3個(gè)機(jī)庫相比,“福特”級(jí)改為3個(gè)升降機(jī)和2個(gè)機(jī)庫。重新設(shè)計(jì)飛行甲板是通過減少飛機(jī)加油、檢查和武器裝載所需要的移動(dòng)次數(shù),實(shí)現(xiàn)出動(dòng)次數(shù)增加15%。新設(shè)計(jì)的“福特”級(jí)甲板,艦載機(jī)在著陸后只需要一次“推回”機(jī)庫就能為再次起飛作戰(zhàn)前做好準(zhǔn)備,而且還能減少人力需求。而更少的飛機(jī)升降機(jī)、縮減機(jī)庫數(shù)量和減少艦島體積,都可以改善建提的重心設(shè)計(jì)。“尼米茲”級(jí)的甲板設(shè)計(jì)中,由于飛行甲板邊緣停靠艦載機(jī)的機(jī)翼遮擋,因此4號(hào)彈射器不能發(fā)射滿載的戰(zhàn)斗機(jī),這個(gè)缺陷在新設(shè)計(jì)的“福特”級(jí)航母甲板被糾正了。
動(dòng)力系統(tǒng)
核反應(yīng)堆
“福特”級(jí)航母使用的A1B型反應(yīng)堆主要由美國貝蒂原子能實(shí)驗(yàn)室研制,該實(shí)驗(yàn)室于2005年完成了新反應(yīng)堆70% 的設(shè)計(jì)工作,在設(shè)計(jì)中吸取了以往型號(hào)反應(yīng)堆的經(jīng)驗(yàn)。第一,是改進(jìn)堆芯的設(shè)計(jì),A1B型反應(yīng)堆改進(jìn)了原有“尼米茲”級(jí)A4W反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)過熱的問題,使用新的包封材料和制造工藝來制造平板型燃料元件堆芯,和后續(xù)的核動(dòng)力軍用船只同意使用濃度為93%的核燃料,A1B反應(yīng)堆功率較尼米茲級(jí)核動(dòng)力航空母艦增加25%以上。第二是使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)更精確地預(yù)測反應(yīng)堆壽命,減少不必要的設(shè)計(jì)裕度,使用改進(jìn)的部件和材料來延長堆芯壽命。第三是全新設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和主冷卻泵。第四是系統(tǒng)更簡潔并大幅度降低維護(hù)需求。“福特”級(jí)航母使用A1B型反應(yīng)堆后,與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的人員可以減少50%,船塢級(jí)的維修可以減少20%,系統(tǒng)的全壽期費(fèi)用將減少近20%。但是由于“福特”級(jí)航母至少要使用50年,因此A1B型反應(yīng)堆還做不到“ 與艦同壽”。
電力系統(tǒng)
由于受技術(shù)因素的限制, “福特”級(jí)航母并未采用類似“伊麗莎白”級(jí)航母的綜合電力系統(tǒng),而是采用全電輔助系統(tǒng)和區(qū)域配電技術(shù)。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的推進(jìn)電機(jī)的功率密度和費(fèi)用達(dá)不到理想水平。按照 “福特”級(jí)的推進(jìn)需求,單軸推進(jìn)功率將超過 52MW, 目前單機(jī)功率最大的推進(jìn)電機(jī)需要 3 臺(tái)才能滿足要求,體積重量大,費(fèi)用也較高。首先全電輔助系統(tǒng)將有效提高航母的可維護(hù)性, 降低維護(hù)成本。在 “福特”級(jí)上除推進(jìn)以外的所有輔助系統(tǒng)均使用電力,以往的蒸汽系統(tǒng)將被電力系統(tǒng)取代,有效降低了維護(hù)成本。其次區(qū)域配電將改善供電連續(xù)性,滿足電磁彈射以及 高能武器等系統(tǒng)的電力需求,同時(shí)與艦艇的模塊化建造相結(jié)合,減少電線穿過水密艙的幾率,提高核動(dòng)力航空母艦的安全性和生命力。
起降回收系統(tǒng)
電磁彈射器(EMALS)
“福特”號(hào)使用的電磁彈射系統(tǒng)(EMALS-Electromagnetic Aircraft Launch System)由彈射直線電機(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電力電子變換系統(tǒng)、控制與狀態(tài)檢測系統(tǒng)構(gòu)成,該艦是首艘裝備電磁彈射系統(tǒng)的航母,總共有4套電磁彈射器,包括2套位于艦艏彈射器和2套位于斜角甲板彈射器。相比蒸汽彈射裝置,電磁彈射裝置具有能量利用效率高、可靠性高,維護(hù)人員數(shù)量需求少等優(yōu)點(diǎn)。此外電磁彈射裝置為閉環(huán)控制系統(tǒng),對(duì)艦載機(jī)的推力峰值均比可控制在1.05以內(nèi),對(duì)艦載機(jī)損傷和對(duì)飛行員身體損害更小,且可滿足不同型號(hào)飛機(jī)的彈射任務(wù)。蒸汽彈射裝置從準(zhǔn)備到具備彈射條件需要數(shù)小時(shí),而電磁彈射裝置只需要15分鐘。電磁彈射裝置符合艦艇全電化的發(fā)展趨勢。
先進(jìn)阻攔裝置(AAG)
相比現(xiàn)有航母的液壓阻攔裝置,先進(jìn)阻攔裝置(AAG-Advanced Arresting Gear)具有阻攔能級(jí)高、裝置結(jié)構(gòu)緊湊、可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制等優(yōu)勢。先進(jìn)阻攔裝置系統(tǒng)中,甲板上的阻攔索、纜索傳動(dòng)系統(tǒng)、前端緩沖系統(tǒng)均與傳統(tǒng)的液壓阻攔裝置類似,主要區(qū)別在于阻攔機(jī)、電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)與軟件控制系統(tǒng)。阻攔機(jī)主要包括水渦輪機(jī)、錐形鼓輪、機(jī)械制動(dòng)器、感應(yīng)電機(jī);電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括電容器組、水冷電阻、逆變器等;軟件控制系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)控制子系統(tǒng)、操作和維護(hù)人員工作臺(tái)等。水渦輪機(jī)是先進(jìn)阻攔裝置的主要吸能部件,葉輪固定在旋轉(zhuǎn)軸上,并浸沒在缸內(nèi)流體中,通過調(diào)節(jié)擋板軸向位置可實(shí)現(xiàn)水渦輪機(jī)輸出扭矩大小的調(diào)節(jié)。感應(yīng)電機(jī)是控制阻攔過程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。先進(jìn)阻攔裝置沒有大量采用新技術(shù),而是集成了成熟技術(shù),但是這些成熟技術(shù)以往并沒有應(yīng)用于阻攔艦載機(jī)這一領(lǐng)域。
船電系統(tǒng)
雙波段相控陣?yán)走_(dá)(DBR)
“福特”級(jí)裝有和“朱姆沃爾特”級(jí)驅(qū)逐艦相同的“雙波段”雷達(dá)(DBR-Dual Band Radar)。這種雙波段雷達(dá)主要分為三個(gè)部分,第一部分是由雷聲公司開發(fā)的AN/SPY- 3型X波段多功能雷達(dá)。SPY- 3采用3個(gè)固定面陣列,每個(gè)陣列包含約5000個(gè)發(fā)射/接收(T/R)單元。該雷達(dá)能執(zhí)行水平搜索、有限的超視距搜 索及火控跟蹤與照射等功能,能為艦空導(dǎo)彈提供中段制導(dǎo),還能完成飛機(jī)進(jìn)場控制雷達(dá)的功能。第二部分則是由洛克希德·馬丁公司研發(fā)的AN/SPY- 4型S波段遠(yuǎn)程體搜索雷達(dá)。該雷達(dá)利用其大功率孔徑和窄波束寬度,提供全天候搜索能力,能精確地分辨并跟蹤目標(biāo),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程警戒、高空目標(biāo)搜索、有限區(qū)域防空并將威脅目標(biāo)提供給AN/SPY- 3進(jìn)行精密跟蹤。第三部分為同樣由雷聲公司負(fù)責(zé)的共用后端設(shè)備,三者組合成一體滿足艦上需要的幾乎所有雷達(dá)的功能,包括對(duì)空/對(duì)海搜索、早期預(yù)警、防空自衛(wèi)及跟蹤/瞄準(zhǔn)/火控等。這種雙波段雷達(dá)是首型采用中央控制器和兩種工作在不同頻段有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。
武器系統(tǒng)
先進(jìn)武器升降機(jī)(AWE)
“尼米茲”級(jí)航母的彈藥儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì),是基于冷戰(zhàn)時(shí)期核大戰(zhàn)的背景,艦載機(jī)有投送核武器的需要,因此艦體內(nèi)的武器從儲(chǔ)存區(qū)轉(zhuǎn)向載機(jī),涉及多個(gè)水平和垂直運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn),既耗費(fèi)時(shí)間有消耗人力,很多情況下需要水兵推動(dòng)小車轉(zhuǎn)運(yùn)。而且一些武器升降機(jī)的位置,也和飛行甲板的艦載機(jī)移動(dòng)有沖突,有時(shí)會(huì)降低艦載機(jī)的出動(dòng)效率甚至?xí)?dǎo)致升降機(jī)無法使用。
與“尼米茲”級(jí)航母相比,“福特”級(jí)航母采用了新的“先進(jìn)電磁武器升降機(jī)”(AWE-Advanced Weapons Elevators)。老式的武器升降機(jī)依靠電動(dòng)鋼絲繩或電動(dòng)液壓裝置產(chǎn)生的動(dòng)力升降。先進(jìn)電磁武器升降機(jī)使用永磁同步直線電機(jī)。直線電機(jī)的初級(jí)永磁陣列布置于井道內(nèi)壁,兩側(cè)布置鋼軌,實(shí)現(xiàn)升降機(jī)平臺(tái)導(dǎo)向輪導(dǎo)引和機(jī)械制動(dòng)作業(yè);升降機(jī)直線電機(jī)次級(jí)永磁陣列布置于升降機(jī)平臺(tái),初級(jí)和次級(jí)之間的電磁吸引力可以將導(dǎo)向輪緊貼于鋼軌。升降機(jī)的上升和下降通過直線電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。微處理器可以精確控制升降機(jī)推力。和老式武器升降機(jī)相比,電磁武器升降機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括:(1)平臺(tái)面積更大達(dá)到15平方米,載重能力提高到11噸;(2)采用電磁力驅(qū)動(dòng),升降速度快且增加可靠性;(3)不需要纜索或電纜連接,這意味著可以在彈藥升降通道上安裝橫向隔離門,有利于航母安全。
艦艇自防御系統(tǒng) ( SSDS)
“艦艇自防御系統(tǒng)”(SSDS-Ship Self-Defense System)是美國海軍為航空母艦和兩棲艦設(shè)計(jì)研制的綜合作戰(zhàn)系統(tǒng),而福特級(jí)使用的是最新的SSDS MK2 MOD6型,其目的是對(duì)付性能更好的反艦巡航導(dǎo)彈 ( ASCM) 威脅,特點(diǎn)是采用開放式、全分布式結(jié)構(gòu),大量采用商用現(xiàn)成軟硬件,通過FDDI光纖局域網(wǎng)將艦艇上所有硬軟殺傷航空武器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和其他系統(tǒng)集成在一起, 加速從發(fā)現(xiàn)反艦巡航導(dǎo)彈到使用武器交戰(zhàn)這一過程,提升艦艇自衛(wèi)能力。
SSDS將各部雷達(dá)、電子偵察系統(tǒng)以及敵我識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)探測進(jìn)行綜合,形成合成目標(biāo)航跡,識(shí)別目標(biāo)威脅并給出威脅優(yōu)先級(jí)別,同時(shí)加快參加交戰(zhàn)的武器分配過程,將向作戰(zhàn)人員顯示出建議的交戰(zhàn)方案,或者自動(dòng)啟動(dòng)武器射擊。對(duì)于整個(gè)航母的編隊(duì)作戰(zhàn),SSDS將利用專門的協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng) (CEC) 來進(jìn)行。
運(yùn)載能力
“福特”級(jí)航空母艦最多可搭載90架飛機(jī),型號(hào)包括波音F/A-18E/F“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)、波音EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機(jī)、諾斯羅普·格魯曼C-2“灰狗”運(yùn)輸機(jī)、諾斯羅普·格魯曼E-2“鷹眼”預(yù)警機(jī)、洛克希德·馬丁公司F-35C Lightning II戰(zhàn)斗機(jī)、西科斯基飛機(jī)公司 SH-60 海鷹直升機(jī)和無人作戰(zhàn)飛行器。
目前“福特”號(hào)航母上部署的事美國海軍第8航母艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)(CVW-8, Carrier Air Wing-8),該艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)包含9個(gè)中隊(duì),其中攻擊戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)有4個(gè),包括VFA-213“黑獅”、VFA-31“雄貓”、VFA-37“狂暴公牛”和 VFA-87“金勇士”,電子攻擊中隊(duì)為VAQ-142“灰狼”,機(jī)載指揮控制中隊(duì)為VAW-124“熊王牌”,后勤支援中隊(duì) VRC-40“生牛皮”,直升機(jī)海上打擊中隊(duì)為HSM-70“斯巴達(dá)人”,直升機(jī)海上作戰(zhàn)中隊(duì)為HSC-9“三叉戟”。實(shí)際VRC-40后勤支援中隊(duì)并不是專屬某個(gè)艦載機(jī)聯(lián)隊(duì),它們裝備的C-2運(yùn)輸機(jī)只是臨時(shí)配屬航母服務(wù),因此實(shí)際“福特”號(hào)仍然是8個(gè)艦載機(jī)中隊(duì)。按照典型的美國軍隊(duì)艦載機(jī)各中隊(duì)裝備數(shù)量計(jì)算,目前“福特”號(hào)總共裝備72架艦載機(jī),包括44架F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)(4個(gè)攻擊戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì))、5架EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)(1個(gè)電子攻擊中隊(duì))、4架E-2“鷹眼”預(yù)警機(jī)(1個(gè)機(jī)載指揮控制中隊(duì))8架MH-60S直升機(jī)(1個(gè)直升機(jī)海上作戰(zhàn)中隊(duì))和11架MH-60R直升機(jī)(1個(gè)直升機(jī)海上打擊中隊(duì))。
服役情況
測試服役
美軍裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定分為四個(gè)階段:早期作戰(zhàn)評(píng)估(EOA)、作戰(zhàn)評(píng)估(OA)、初始作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定(IOT&E)以及后續(xù)作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定。“福特”號(hào)已開展了早期作戰(zhàn)評(píng)估和作戰(zhàn)評(píng)估。早期作戰(zhàn)評(píng)估于2008年3月至2010年6月由作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定部隊(duì)開展。作戰(zhàn)評(píng)估目前已開展了兩次,第一次于2012年9月至2013年9月由作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定部隊(duì)開展,主要評(píng)估CVN-78能否在2017年開始開展初始作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定。第二次作戰(zhàn)評(píng)估于2015年9月至2017年7月由海軍作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定部隊(duì)開展,該次評(píng)估考察電磁彈射系統(tǒng)、先進(jìn)阻攔裝置、先進(jìn)武器升降機(jī)、雙波段雷達(dá)等與飛行任務(wù)密切相關(guān)的新研系統(tǒng)存在的問題。
2017年5月26日,“福特”號(hào)完成驗(yàn)收試驗(yàn),并在5月31日交付海軍。7月22日,美國海軍在弗吉尼亞州諾福克舉行“福特”號(hào)入役儀式,美國總統(tǒng)特朗普和國防部長馬蒂斯參加。
2022年4月,CVN 78 項(xiàng)目經(jīng)理布賴恩·梅特卡夫上校透露,“福特”號(hào)已經(jīng)在2021年12月實(shí)現(xiàn)了初始作戰(zhàn)能力 (IOC),因?yàn)楫?dāng)時(shí)所有11臺(tái)“先進(jìn)武器升降機(jī)”都已經(jīng)合格,已經(jīng)完成了17000次艦載武器升降測試。梅特卡夫上校稱,美國軍隊(duì)沒有公開宣布這一消息是因?yàn)槌跏甲鲬?zhàn)能力 (IOC)是一個(gè)專業(yè)名詞,民眾并不了解。而媒體認(rèn)為美國海軍此舉是因?yàn)椤案L亍碧?hào)在測試中存在大量負(fù)面信息,因此采用低調(diào)的策略。
2022年10月4日,“福特”號(hào)赴北大西洋進(jìn)行為期2個(gè)月的首次正式部署。海軍稱這次行動(dòng)定義為“維持服役部署”,這意味著“福特”號(hào)是在海軍作戰(zhàn)部長的命令下部署,而不是常規(guī)作戰(zhàn)條件下由戰(zhàn)區(qū)指揮官命令部署。在部署期間,福特進(jìn)行了防空、反潛戰(zhàn)、分布式海上作戰(zhàn)、反水雷和兩棲作戰(zhàn)演練
戰(zhàn)略部署
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2025年6月24日,“福特”號(hào)啟程駛離弗吉尼亞基地。“福特”號(hào)的部署計(jì)劃包括前往以色列地中海沿岸在內(nèi)的歐洲戰(zhàn)區(qū),這會(huì)是美國軍隊(duì)在中東地區(qū)部署的第三個(gè)航母戰(zhàn)斗群。“福特”號(hào)航母打擊群指揮官、海軍少將保羅·蘭齊洛塔表示,艦隊(duì)首先駛向歐洲戰(zhàn)區(qū),但具備高度機(jī)動(dòng)能力。
問題及改進(jìn)
關(guān)鍵指標(biāo)不達(dá)標(biāo)
美國在設(shè)計(jì)新一代的“福特”級(jí),曾經(jīng)設(shè)想其相較“切斯特·尼米茲”級(jí)有三個(gè)典型指標(biāo)優(yōu)勢,就是降低成員數(shù)量、減少生命周期成本和增加艦載機(jī)的出動(dòng)率。然而現(xiàn)在這三個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)都出現(xiàn)了問題。
成本增加:自 2008 財(cái)年預(yù)算提交以來,“福特”號(hào)的采購成本增長了 27.0%,多耗費(fèi)了14.659億美元。美方認(rèn)為“福特”號(hào)成本增長的一個(gè)主要原因,是2008財(cái)年提交的預(yù)算中對(duì)該船的原始成本估計(jì)過低不切實(shí)際,這可能反映出美方低估了建造新“福特”級(jí)的技術(shù)挑戰(zhàn)。“福特”號(hào)設(shè)計(jì)目標(biāo)是比“尼米茲”級(jí)維護(hù)成本降低30%,維護(hù)周期延長到43個(gè)月,但是現(xiàn)在“福特”號(hào)運(yùn)營和維護(hù)成本僅減少 17%,而且美國為了維護(hù)新航母還需要改建增大船廠的船塢尺寸。
編制增加:2014年美國總審計(jì)署評(píng)估認(rèn)為,“福特”號(hào)減少人員編制500人的目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殡姶艔椛淦骱拖冗M(jìn)阻攔裝置等關(guān)鍵系統(tǒng)需要更多的操縱和維護(hù)人員,要實(shí)現(xiàn)270架次的高強(qiáng)度出動(dòng)架次率,需要增加額外的人員。同時(shí)艦上人員反映需要更多的保障人員。增加的人數(shù)已經(jīng)超過“福特”級(jí)航母上的床位數(shù)量。外界評(píng)估“福特”號(hào)床位設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是容納4660人,但 2017-18年艦上人數(shù)已經(jīng)增加到4656到4758人。
出動(dòng)頻率:“尼米茲”級(jí)航母的艦載機(jī)出動(dòng)頻率為12小時(shí)120架次,24小時(shí)為240架次,而“福特”級(jí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為12小時(shí)出動(dòng)160架次,24小時(shí)出動(dòng)270架次。而在2022年10月的首次部署中,“福特”號(hào)在海上航行了45天,艦上的 50-60 架飛機(jī)完成了1250架次飛行,平均每天僅有27次。而1991年為期 43 天的沙漠風(fēng)暴行動(dòng)中,擁有78架飛機(jī)的“尼米茲”級(jí)航母“西奧多·羅斯福”號(hào)出動(dòng)了4149架次,平均每天96次。“福特”號(hào)遠(yuǎn)沒有達(dá)到“尼米茲”級(jí)的水平,更比不上設(shè)計(jì)指標(biāo)。
電磁彈射器問題
重量超標(biāo):2007年,由于“福特”級(jí)航母對(duì)生存力的要求,通用原子公司進(jìn)行了部件分散布置設(shè)計(jì),導(dǎo)致彈射器重量體積超標(biāo)。4部彈射器總共超標(biāo)400噸,導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位重新分配航母的重量設(shè)計(jì)。
儲(chǔ)能裝置問題:2007年儲(chǔ)能裝置某鋼制部件引起了弧形電場,解決問題的方法是更換成塑料材質(zhì)。其他問題包括漏油、細(xì)微振動(dòng)、在最大發(fā)熱區(qū)間無法正常工作等,后續(xù)用新設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能裝置解決問題。
可靠性問題:2019年10月至2020年9月期間,“福特”號(hào)航母電磁彈射器完成3975次彈射測試,平均作業(yè)無故障周期為181次,低于設(shè)計(jì)的4166次指標(biāo)。2023年,該彈射器在鹽霧環(huán)境下的關(guān)鍵故障間隔為420次;2024年實(shí)際故障率維持在每400次彈射出現(xiàn)一次故障的水平,上述數(shù)據(jù)均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。測試時(shí)還發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)2部彈射器分別發(fā)生了2個(gè)不同的故障的事件,導(dǎo)致彈射器3天不能使用。由于電磁彈射器采用共用儲(chǔ)能裝置和電力電子變換分系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在飛行作業(yè)中維修很不方便。要使電磁彈射器儲(chǔ)能裝置飛輪停止轉(zhuǎn)動(dòng),需要花費(fèi)1.5小時(shí),維修需要大量人力。2023年3月,“福特”號(hào)參加綜合訓(xùn)練單元演習(xí)(COMPTUEX)。美國軍隊(duì)稱該艦的電磁彈射器在最近的5400次彈射中可靠性約為98%。美軍稱對(duì)于電磁彈射器的評(píng)估,已經(jīng)不用“平均無故障周期”而是用“操作可用性”來代替,也就是承認(rèn)電磁彈射器會(huì)出現(xiàn)一些小故障,但通過摸索經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)操作程序,讓電磁彈射器盡快回復(fù)工作,避免陷入災(zāi)難性的長期停機(jī)故障。
先進(jìn)阻攔裝置問題
2019年10月至2020年9月,“福特”級(jí)航母使用先進(jìn)阻攔裝置進(jìn)行了3975次艦載機(jī)回收作業(yè),平均作業(yè)無故障周期是48,遠(yuǎn)低于16500的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。“福特”號(hào)航母在港期間還發(fā)生先進(jìn)阻攔裝置儲(chǔ)能電容故障的事故,導(dǎo)致3個(gè)阻攔裝置失效,為此美海軍花費(fèi)7天才維修完成。2021年5月美國通用原子公司宣布,“福特”號(hào)上的先進(jìn)阻攔裝置已經(jīng)完成8000次艦載機(jī)阻攔作業(yè),涉及F/A-18E/F F/A-18E/F超級(jí)大黃蜂式打擊戰(zhàn)斗機(jī)、E- 2預(yù)警機(jī)、C-2A灰狗戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)、EA-18G咆哮者電子戰(zhàn)飛機(jī)和T-45C蒼鷹教練機(jī)。
在 2022 年3月至6月的測試期間,先進(jìn)阻攔裝置在1841架飛機(jī)回收作業(yè)期間,平均無故障周期為460次,雖然仍遠(yuǎn)低于16500次的設(shè)計(jì)要求,但比2021年的115次有提升。但在2022年9月首次初始作戰(zhàn)能力 (IOC)測試期間,先進(jìn)阻攔裝置的可靠性再次下降,并對(duì)航母運(yùn)營產(chǎn)生了不利影響。美國海軍航空系統(tǒng)司令部正在采取短期和長期改進(jìn)的辦法,以解決可靠性下降問題。短期改進(jìn)側(cè)重于改進(jìn)操作方法和軟件。
先進(jìn)武器升降機(jī)問題
先進(jìn)武器升降機(jī)測試于2012年2月開始,測試過程中出現(xiàn)部件出錯(cuò)、軟件集成困難及電力部件過早腐蝕等問題。截至2020年9月,“福特”號(hào)航母已經(jīng)安裝好所有11部先進(jìn)武器升降機(jī),但只有6部投人運(yùn)行。2021年12月,“福特”號(hào)航母上的11臺(tái)先進(jìn)武器升降機(jī)全部建成并移交給軍方。“福特”號(hào)已經(jīng)在2021年12月實(shí)現(xiàn)了初始作戰(zhàn)能力 (IOC),所有11臺(tái)“先進(jìn)武器升降機(jī)”都已合格,完成了17000次艦載武器升降測試。
2022年4月。美國海軍使用部分先進(jìn)武器升降機(jī)進(jìn)行彈藥裝載,2022年9月使用全部升降機(jī)進(jìn)行彈藥裝載,其數(shù)據(jù)仍在分析中。 美軍認(rèn)為船體下部的武器升降機(jī)表現(xiàn)很好,與尼米茲級(jí)核動(dòng)力航空母艦航母相比,彈藥從機(jī)庫轉(zhuǎn)移到彈藥庫的效率更高。在19767 次升降機(jī)使用中,出現(xiàn)了109次故障。美國海軍認(rèn)為隨著未來先進(jìn)武器升降機(jī)的可靠性將變得至關(guān)重要。
雙波段雷達(dá)問題
雙波段雷達(dá)存在目標(biāo)跟蹤過程中雜波干擾問題,協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)不能精確地跟蹤空中目標(biāo)。2019年10月至2020年9月,“福特”級(jí)航母試航期間,雙波段雷達(dá)的平均任務(wù)故障間隔時(shí)間為100小時(shí),低于設(shè)計(jì)目標(biāo)的339小時(shí)。“福特”級(jí)后續(xù)的“約翰·肯尼迪”號(hào)等航母還不再使用雙波段雷達(dá),而用EASR雷達(dá)代替。
動(dòng)力系統(tǒng)問題
“福特”號(hào)航母的主動(dòng)力系統(tǒng)曾發(fā)生過多次嚴(yán)重故障。2016年6月該艦1號(hào)和2號(hào)渦輪發(fā)電機(jī)存在穩(wěn)壓器問題,2號(hào)渦輪發(fā)電機(jī)還發(fā)生了小型電氣爆炸,碎片進(jìn)入發(fā)電機(jī),被迫暫緩海。2018年1月“福特”號(hào)航行時(shí)軸承出現(xiàn)過熱情況返回港口維修。2019年3月,航母試航時(shí)蒸汽輪機(jī)出現(xiàn)故障。
性能指標(biāo)
參考資料 >
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