徐 峰，周心桃，李德聪，吴国民

(中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

0 引 言

现代战争中，航空母舰是以携带一定数量舰载机为主要武器的大型水面战斗舰船。按排水量分为大型航空母舰、中型航空母舰和小型航空母舰；按战斗使命分为攻击航空母舰、反潜航空母舰、护航航空母舰和多用途航空母舰；按动力分为核动力航空母舰和常规动力航空母舰。它攻防兼备、舰机一体、海空并制、机动性强，有很强的实战能力和威慑作用，主要用于攻击水面舰艇、潜艇和运输舰船，袭击海岸设施和陆地战略目标，夺取作战海区的制空权和制海权，支援登陆和抗登陆作战。在第二次世界大战以及后来的地区冲突中，航母以其机动性和巨大的攻击性扮演着十分重要的作用。

1 美国及各国航母概况

1.1 美国航母概况

自二次世界大战后，美国发展了5个级别的航母，分别为“福莱斯特”级常规动力航母（4艘），“小鹰”级常规动力航母（4艘），“企业”级核动力航母（1艘），“尼米兹”级核动力航母（10艘），以及目前在建的“福特”级核动力航母（3艘，含服役1艘），详见表1。目前，“福莱斯特”级、“小鹰”级、“企业”级航母均已退役，在未来较长的一段时间内，“尼米兹”级航母是美国舰队的主力作战航母。

图1反映了美国航母造价增长情况，1961年服役“企业”号航母，其造价为4.5亿美元。“尼米兹”级航母从1967年开始研制，首舰1975年服役，共建造10艘，其造价不断攀升，从首舰“尼米兹”号的7.3亿美元到10号舰“布什”号的63亿美元，增长8.6倍。“福特级”航母造价更是高达129亿美元。

表 1 美国航母一览表Tab. 1 List of American aircraft carrier

1.2 各国现役航母概况

美国：拥有“尼米兹”级10艘大型航母，在建“福特”级航母3艘（含服役1艘）。

俄罗斯：现役只有1艘排水量为6.5万吨的“库兹涅佐夫”号航母。

法国：现役只有1艘3.6万吨级“戴高乐”号航母。

英国：6.5万吨级“伊丽莎白女王”级航母2艘，其中“伊丽莎白女王”号航母2016年服役，“威尔士亲王”号航母预计2018年服役；以及1艘2万吨级的“卓越”号航母。

意大利：现有1万吨级的“加里波第”号航母和2万吨级“加富尔”号航母，共2艘轻型航母。

西班牙：现有1艘满载排水量1.69万吨的“阿斯图里亚斯亲王”号轻型航母。

印度：现有1艘满载排水量2.78万吨的“维拉特”号轻型航母。

韩国：现有1艘满载排水量1.9万吨的“独岛”号轻型航母。

巴西：现有1艘满载排水量3.2万吨的“圣保罗”号航母。

泰国：现有1艘航母，即1997年8月从西班牙购买的满载排水量为1.15万吨的“查克理·纳吕贝特”号轻型航母。

中国：现有1艘航母，6.5万吨的“辽宁”号航母。

美国“尼米兹”号级航母是世界现役排水量最大、水面作战能力最强、现代化程度最高的超级航母，是美国第二代核动力航母。

2 “尼米兹”级航母总体特性

2.1 总体概况

“尼米兹”级航母从结构组成上大致可分为主船体、左舷台、右舷台、岛式上层建筑（舰岛），4部飞机升降机分别布置在左右舷台，其中左舷1部、右舷3部，如图2所示。

图3为“尼米兹”级航母机库区域横剖面示意图（从首向尾看），飞行甲板以上的“岛”式结构称为上层建筑，大致可分为8层，飞行甲板以上依次为05甲板～012甲板。“尼米兹”级航母的“岛”式上层建筑比常规动力航母的岛要小很多，没有烟囱，占用甲板面积很小，有利于舰载机在飞行甲板作业。

飞行甲板以下约可分为11层，依次为吊舱甲板，02甲板，01甲板，主甲板，第2甲板，第3甲板，第4甲板，1平台，2平台，内底，底舱。

2.2 主要外形尺寸参数

图4为“尼米兹”级航母主要外形尺寸图，“尼米兹”级航母总长332.9 m，斜角甲板长237.7 m，飞行甲板宽 76.8 m，飞行甲板面积约为 20 000 m2；从基线至桅杆总高76 m，飞行甲板至基线高30.63 m，至水线高19.11 m，推测水线位置在第3甲板和第4甲板间；水线宽40.8 m；机库长约200 m，约占舰长的2/3，宽约为32.92 m，约占船宽的3/4，机库面积约为6 000 m2，机库高度为 8.08 m，净高 7.80 m，占 3 层甲板层高，由此可推测“尼米兹”航母平均甲板层高在2.7 m 左右。

3 “尼米兹”级航母主要舱室布置

3.1 总体布局特点

图5为“尼米兹”级航母总体布局舱室分布示意图，舰岛布置在右舷，主要布置雷达等电子设备；飞行甲板用于舰载机起降、停放，布置有蒸汽弹射器、拦阻索等舰载机相关设备；首尾布置有“密集阵”近程武器系统，用于航母自身防卫；机库用来停放舰载机，通过飞机升降机运送至飞行甲板；反应堆、主机舱、弹药库布置靠底部的船中部区域。

3.2 舰岛

舰岛主要功能为承担编队司令、航海和航空舰桥功能；各种电子天线（雷达、通信、导航、电子战等）、各种信号设施（旗、灯光）安放场所。图7为“卡尔文森”号航母舰岛布置示意图，舰岛布置在航母右舷，分为04甲板～011甲板，共8层。舰岛顶部是主桅，布置“塔康”、对海雷达、天线等设备；舰岛外壁布置有对空雷达、火控雷达、电子战装置等设备。

3.3 飞行甲板

“尼米兹”级航母的飞行甲板面积约20000 m2，是用来保障舰载机安全起降和舰面航空作业的最重要场所，由直通甲板和斜角甲板组成，是供飞机起飞、降落和调运的作业场地，飞行甲板上共设有4部蒸汽弹射器、4部舷侧飞机升降机、3部舷内武器升降机，如图7所示。

3.4 吊舱甲板

吊舱甲板位于飞行甲板以下，为机库顶部，与飞行甲板组成双层组合结构，与机库两侧的纵壁形成巨大的箱形结构。吊舱甲板两舷布置有全船性的主通道，住舱及生活舱室布置在首尾。

3.5 机库高度范围内各层甲板

吊舱甲板至主甲板为机库所在层，主甲板为机库甲板，主要用于停放舰载机，如图8所示。机库周围分3层，多为与飞机维修相关的修理间和仓库；机库前方布置有厨房、餐厅、设备维修间；靠舰首处是锚泊装、置舱。此外，还可能布置空调、通风机等各种辅助设备。

3.6 机库以下甲板

机库甲板至第2甲板主要布置住舱及生活保障舱室。

第2甲板至第3甲板主要布置与反应堆相关舱室及管理部门。

第3甲板至内底主要布置有核反应堆、机舱（见图9）、通用武器库等。由于这些舱室体积庞大的设备较多，各舱层高多不相同，所以没有全通的甲板。反应堆设在舰体中央，配合多层防御隔壁和密封结构形成严密的防护。内底以下底舱主要为水舱和油舱等液舱。

4 “尼米兹”级航母主要甲板特性分析

4.1 舰船结构组成

“尼米兹”级航母船体结构是各种舰载武器和设备发挥作用的海上平台，其主要功能是保证结构自身的强度、刚度和稳定性，保障舰载武器和设备的正常使用。舰船结构为板材及型材组成的加筋板结构，甲板结构包括甲板板、甲板横梁、甲板纵桁等；外板结构包括外板板、肋骨、实肋板、龙骨等；舱壁结构包括舱壁板、竖桁、扶强材等，如图10所示。横梁、肋骨、肋板组成横向框架结构；纵桁、首尾竖桁、龙骨组成纵向的框架结构。全船由若干横向和纵向框架交织形成的巨大的框架结构。

4.2 “尼米兹”级航母结构材料类型

图11为“尼米兹”级航母用钢示意图，从图中可以看出，飞行甲板、吊舱甲板、机库区域主甲板、外板、舷侧结构等强力结构使用HSLA-100钢，强度等级为690 Mpa；第3甲板、内底等重要结构使用HY-100钢，强度等级为690 Mpa；02甲板、01甲板、机库区域外的主甲板、第2、4甲板、1平台、2平台等非强力结构使用STS/HTS钢（DH/EH-36），强度等级为 355 Mpa。

4.3 主要甲板板厚变化趋势分析

图12是美国二战时期部分航母横剖面示意图，依次是“伦道夫”号、“中途岛”号、“美国”号和“福莱斯特”号。其中前两者为早期航母的开放式机库，其主船体的强力甲板称为“Main Deck”，相当于现在的机库甲板；后两者为现代航母的封闭式机库。图中示出了主船体各主要甲板板厚值。美国航母的板厚尺寸均用磅（lb）值标出，磅为用重量表示的厚度单位即每平方英尺的钢板重量，1 lb相当于厚度为0.626 mm。

将上述4型航母的主要甲板的厚度尺寸进行对比，列于表2。

将表2数据整理成图13所示，从图中可以看出，美国航母的飞行甲板和机库甲板板厚都有减薄的趋势，推测美国现代航母飞行甲板厚度应该小于44 mm，机库甲板厚度应该小于32 mm。

4.4 航母结构重量统计分析

表3为美国二战期间典型航母结构重量占比，从表中数据可以看出，美国二战时期的航母结构重量约占正常排水量的50%左右。

随着新材料新技术的应用，美国航母材料强度等级越来越高，由STS系列发展到HY系列，再到HSLA系列，强度等级由355 MPa增加到690 MPa，更高等级的材料取代低强度等级的材料，将有效减轻航母的重量，减小飞行甲板等主要结构的板厚，至少不会高于低强度等级的板厚；此外，美国二战之后的航母，基于总体资源平衡的方面考虑，飞行甲板和机库甲板均有减薄的趋势。基于上述原因，可以推测，“尼米兹”级航母的结构重量约占正常排水量的40%～50%。

“尼米兹”飞行甲板面积约20 000 m2，结构重量约占正常排水量的40%～50%，结合现代航母飞行甲板重量在结构重量的占比进一步推测，“尼米兹”级航母飞行甲板平均厚度应该在21～32 mm之间。

表 2 美国二战时期典型航母主要甲板结构尺寸对比Tab. 2 Comparison of main deck structure of U.S. typical aircraft carrier during World War II

表 3 美国二战时期典型航母结构重量占比[4]Tab. 3 The structure weight ratio of U.S. typical aircraft carrier during World War II

5 结 语

本文通过收集国外资料进行分析研究，介绍了美国航母发展概况以及各国现役航母情况，从总体特性、主要舱室布局、材料特性、主要甲板板厚特性等方面分析“尼米兹”级航母特性，总结如下：

1）自二战以后共发展了5个级别航母，分别为“福莱斯特”级、“小鹰”级、“企业”级、“尼米兹”级、“福特”级，最新“福特”级航母造价约129亿美元；

2）“尼米兹”级航母大致可分为主船体、左舷台、右舷台、岛式上层建筑。上层建筑可分为8层，飞行甲板以下约可分为11层，平均甲板层高在2.7 m左右；

3）“尼米兹”级航母舰岛布置在右舷，主要布置雷达等电子设备；飞行甲板布置有蒸汽弹射器，拦阻索等舰载机相关设备；机库用来停放舰载机；反应堆、主机舱、弹药库布置靠底部的船中部区域；

4）“尼米兹”级航母船体结构主要采用STS/HTS钢（强度等级355 Mpa）、HY-100钢（强度等级690 Mpa）和 HSLA-100 钢（强度等级 690 Mpa）。STS/HTS钢主要用于02甲板、01甲板等非强力甲板；HY-100钢主要用于第3甲板、内底等重要甲板；HSLA-100主要用于飞行甲板、吊舱甲板等强力甲板。

5）“尼米兹”级航母飞行甲板平均厚度推测在21～32 mm之间，机库甲板厚度推测小于32 mm，材料均为HSLA-100。