为什么核动力航母不是用核电驱动，而是继续用核能加热的蒸汽轮机？

问题描述：为什么核动力航母不是用核电驱动，而是继续用核能加热的蒸汽轮机？

领域专家：作为一名核电从业者，从核能发电的角度解答下这个问题。

航母中所用的核动力堆公开资料很少，航母中动力堆能量转化形式是这样的：核能——热能——汽轮机动能——螺旋桨动能，少部分蒸气用来发电。

航母从核反应堆获取的绝大部分能量都是直接利用汽轮机通过主轴（之间很可能还有减速箱）带动螺旋桨来获取前进的动力，少部分用来发电来支持舰上电子设备的运行，还有一部分蒸气用来给蒸气弹射系统供应蒸汽。

图释：上图为尼米兹级使用两具功率各130000马力的A-4W反应堆，总功率260000马力

1、增强了航母的机动能力

航母作为海上作战基地之一，机动性是一个重要指标。我们如果假设完全转化为电能，如果航母启动时，二回路产生的蒸气必须等到足够的量，通常反应堆功率需要达到25%以上才能进行汽轮机冲转，这样才能带动发电机生产出频率合格的交流电，否则汽轮机转速不到，频率不合格，生产出来的电能就无法给电动机使用。

汽轮机直接带动螺旋桨就不存在这个问题，只有有转速就可以即刻划水前进。

图释：上图为尼米兹级CVN 77布什号航母螺旋桨直径6.4米，一艘航母有这样的4个螺旋桨，每个螺旋桨有5片浆叶，每片桨叶的重量30吨

2、省去发电机提高了效率

能量传递经过的设备越多，效率就越低，本来航母用反应堆功率就有限，使用发电机产生的电能带动电动机驱动航母就会损失一部分能量。假设发电机的效率为90%，电动机的效率为80%，那么从汽轮机大轴传递过来的能量就只能有72%的能量用来驱动航母。

3、省去发电机及其辅助系统的

少用一个大型设备意味着就会将故障率降低一个档次，减少了发电机及其辅助系统的不仅仅会减少航母的制造成本还可以降低航母的故障率，此外也会节省出很大一部分发电机及其辅助系统（氢气冷却系统、润滑油系统、励磁系统、定子冷却水系统等）占用的空间。

全电驱动核动力航母还有很多的优势的，制造工艺也更为复杂，艇用反应堆要求体积小、能量输出效率高、设备可靠，因为没有像商运核电站一样可以设置多重冗余的安全系统，因此舰艇核反应堆对于安全性和可靠性的要求就极高，这仍是我国科研人员的努力的方向。

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领域专家：为什么核动力航母使用的不是先进的全电推进模式，而是使用的是已经有一百多年历史的蒸汽轮机推进？

原因非常简单，就是使用综合电力系统，那也得乖乖用核反应堆烧热水，

毕竟核裂变的时候，释放出的是大量的热能....而不是电能。

而反应堆的地位和重油一样也就是通过核裂变烧热水....

核反应堆的堆芯直接加热一回路的超净水，但是因为一回路是直接流经堆芯的，所以说有大量的放射性元素，不可能直接使用。

一回路的热水用来加热二回路的热水，这个环节产生的高压蒸汽才是真正用来推进或者发电的

然后到这里才有差距，也就是到这里用于动力和用于发电的汽轮机才有明显的差距

但是也就是多少叶片的区别....

并且航母这东西动力都得过剩配置啊......

动力不够很尴尬的.....

并且进入战区以后，反应堆就是全功率运作...

所以说区别不是很大。

综合电力系统更适合常规动力舰艇，毕竟发动机在最经济的状态运行，提升续航。以及短暂的冲刺或者开相控阵雷达什么的

并且电动不是太靠谱....45和ddg1000都出现过动力中断......航母出个这问题扛不住啊......

领域专家：谁都知道全电推进好，如果技术允许，核动力航母肯定是喜欢采用全电推进系统。但是，技术不是还差了点嘛。

福特级航母

全电推进是舰船动力的一次革命，它将日常供电、电力推进、舰载武器设备供电合而为一。相对于传统机械推进方式，具有节省空间、便于布局、易操作、低噪音、省燃料等诸多优点，同时为电磁弹射、电磁拦阻、电磁炮、激光炮等新设备新武器上舰创造了条件，是未来发展的主要方向。

电磁弹射

电力推进不是新技术，早在1920年，美国列克星顿号航母就使用了蒸汽轮机发电+电动机推进技术。原因是因为大型蒸汽轮机的减速装置技术不成熟。但是电力推进也带来了抗打击能力不足、主电缆受损全舰功能失效的巨大问题。

1942年列克星敦在战争受损并不严重的情况下，因为主电缆损毁，丧失全部动力和损管能力，最终沉没于太平洋。此后美国放弃了全电化设计，而且大功率减速装置逐渐成熟，最终选择了内燃机推进模式。

但现在的航母都是耗电大户，不全力发电是不行了。以福特级航母为例，单电磁弹射就需要160兆瓦电力，全速航行时推进系统需要200兆瓦功率。更别说还有电磁拦阻，电磁炮等，哪一个都是耗电大户。

PMM先进同步感应电机

但是因为大型同步感应电机技术仍不太成熟，无法提供如此多的电力，导致电推进技术还差点火候，所以福特级核动力航母前3艘仍然使用蒸汽轮机驱动螺旋桨的机械推进系统。

等待感应电机技术成熟之后，计划在第4艘福特级航母上安装全电推进系统，实现日常供电、电力推进、舰载设备供电合而为一。

英国的伊丽莎白女王级航母，总发电功率112兆瓦，推进系统80兆瓦，最大航速26节。为什么航速那么慢，达不到普遍的30节以上，就是因为电推功率不足。更大的电机目前技术尚不成熟，现有的感应电机又大又重，也无法安放太多台。

综上原因，核动力航母目前仍然使用蒸汽轮机。但随着技术的成熟，未来的航母肯定会使用全电推进替代蒸汽轮机的。

领域专家：作为一个游戏领域的作者，大麦我强行过来给大家客串一下哈哈。

其实这个道理很简单：就是核能加热蒸汽机轮的热效率要比电动机高！

可能有不少人会认为核电就是核能经过某种高科技设备就能够直接转换为电能，大麦我在初中的时候其实也是这么认为的。

然而后来学了高中物理以后才知道，原来核电站的发电是首先通过核能裂变产生热能驱动蒸汽机，在通过蒸汽机的动能驱动磁场转动来转化为电能的。

过程就是：

核能→热能→动能→电能

这样的方式其实转化率非常低，期间会浪费掉大量的能量，但经不住核能实在太强大了，即使浪费掉了绝大部分能量也可能够提供大量的电能哈哈。

就目前的科技水平，还没办法实现跳过中间的两个步骤。

同理，核动力航母想要航行核心动力就是动能，因此只需要热能能够驱动蒸汽机轮就够了，为什么还要再一次转化为电能再去驱动电动机呢？这不是白白浪费了大量的能量么。

不过，航母上的一些电子元件也是需要电能来运行的，所以核动力航母的核能会提供两个方面的能量，但是大头还是在蒸汽机轮上。

领域专家：目前世界上只有英国的常规动力航母伊丽莎白女王号使用全电推进，核动力航母若使用全电推进也得先通过蒸汽锅炉发电，效率未必就高

全电推进，又称综合全电力推进系统，其原理是通过柴油机或燃气轮机发电，以此带动电动机让舰只向前推进。

全电推进的优势是体积小，布置灵活，可以让出巨大的传动轴，节约空间。

目前，全电推进已经被应用到了许多驱护舰上。不过这些舰只的体积和吨位普遍较小，若是在航母上使用的话，技术要求太高，特别是对电机的可靠性要求非常苛刻。

今天，只有英国的伊丽莎白女王号使用全电推进。其采用了两台罗尔斯·罗伊斯生产的单机功率36兆瓦的MT30燃气轮机作为主要发电装置为电动机供电。

采用全电推进可以极大的节约伊丽莎白女王号航母的内部空间，多装几架飞机。目前来看，除了油耗多了点外，别的还都挺好。

（丽莎白女王号的满载吨位为65000吨，属于中性航母，重量不算特别巨大。而且其舰载机采用滑越起飞的方式，没有使用蒸汽弹射，所以可以取消大型蒸汽锅炉）

不过若是在核动力航母上，使用全电推进的效费比就不是那么高了。

核动力航母的驱动原理是通过核反应堆产生的巨大热量，加热淡化的海水生产巨大的热蒸汽，再通过蒸汽锅炉带动舰只向前移动。

说白了，核动力航母就是依靠蒸汽机推动的。虽然技术上不可同日而语，但原理上跟一百年前的蒸汽火车没啥区别。

蒸汽锅炉的优势是可靠性好，推重比大。缺点就是需要提前布置巨大的传动轴，占用空间多，启动速度慢。

如果核动力航母也要使用全电推进的话，需要在现有的系统中多一个步骤，就是蒸气锅炉不再直接向螺旋桨传输动力了，而是转便为一个100%的发电站，通过产生的电力供给电动机，再带动螺旋桨转动。

如此一来，必将会产生能量上的损耗，还增加了维护成本。

况且，核动力航母巨大的体积也必然对电动机的功率和可靠性要求很高，这一点现在的技术还达不到。

（美国最先进的核动力航母福特号满载排水量有11万吨之多，全电推进实在是推不动）

（福特号上的电磁弹射器也是一个吃电大户，虽然其需要的电力对于核动力装置不算什么，但这也对全舰的电力调配提出了挑战）

总之，核动力航母上使用全电推进，技术上还达不到要求，并且也没啥必要。

领域专家：这个问题的答案其实非常简单：在核动力航母出现时，全电推进舰船还不成熟。众所周知，核动力舰船其实只不过就是将核反应堆作为能量输出装置、替代传统舰船上的热机，因此核反应堆本身事实上无关动力系统主机的设计，只要能确保在舰船上稳定运用即可。

因此，决定核动力航母是采用核动力机组配用发电机组输出电力，还是配用蒸汽轮机“烧开水”的关键因素，取决于采用蒸汽轮机和发电机组哪个在技术上更容易实现。全电推进舰船虽然近些年来非常流行，特别是美国的“朱姆沃尔特”级和英国的45型驱逐舰一类的大型舰船证明该技术完全可以运用于大型舰船，但在核动力航母刚刚出现的时期，全电推进技术还处于萌芽阶段，远谈不上在大型主战舰船上运用，更遑论用在航空母舰上。

核动力航母的主要建造和使用国是美国，而美国海军直到1994年才提出整合式电力推进系统的研发计划——当时距离第一艘核动力航母“企业”号开工已经过去了整整36年，而“尼米兹”级航母已经下达了第九艘的订购计划、本级舰的建造工作步入收官阶段，改用一种技术上完全不成熟的动力装置也很不现实。

更关键的问题是，对于航空母舰这种堪称美国海军命脉的关键性装备而言，美国朝野和军方都断然不可能允许存在过大的技术风险，因此就更不可能允许在航母上采用电力驱动了。

领域专家：这个问题，有点没办法回答啊。因为核反应堆本身是不产生电能的。要把核能转化成电能，还需要那么一点复杂的点流程。

现阶段任何形式的核反应堆，都是核裂变反应堆。核聚变的反应堆目前离实际应用还有一段很长的路要走。而裂变反应堆的裂变材料通常是U235，但其丰度只有3%。

所谓核能，就是把反应堆内的U235裂变时产生的热量，通过某种介质传导出来，这种介质通常是水。但核反应在运转时，其内部的反应并不仅仅是U235发生裂变反应，还会产生的多种元素的新同位素，这些新的同位素很多都有着极强的放射性，和长短不一的半衰期。据统计，核反应堆在运转时，新产生的各种元素的同位素以及新元素有数千种之多，绝大部分是放射性元素。有的放射性元素的半衰期非常漫长，比如钚239，有的则非常非常短，仅有几千分之一秒。

基于此，核反应里的高能水是不能直接用来做来驱动力，那样的话，相当于核泄漏。因此，需要给反应堆增加一个回路，通过回路循环把里面产生的能量传导出来。这样虽然仍会有少了放射性元素被带出来，但总体上安全多了。

早期的核反应用的就是这种一回路的反应堆，虽然安全性提高了很多，但仍有少量的放射性元素。美国，日本等国家就是通过回收这种一回路里的废水，来提取钚239用做核武器的战略储备的。目前，美国储备了35吨以上的钚239，而日本通过这些年的积累，钚239的储备量也有12吨多了。所谓“日本一年可以造出一千多枚核弹头”，也就是根据这个钚239点储备量算出来的。后来，为了提高核燃料的利用率，科学家们在新一代的核反应堆里又加了一个回路。这就是双回路反应堆了。这样一来，大大提高了反应堆的安全系数

核能有了，如何让它做自己想做的事情，就是各国需要自己解决的问题了。

就核动力航母而言，无论是美国之前的企业号还是后来的尼米兹级核动力航母，都是用核能来驱动蒸汽轮机的。说白了，用核反应堆代替了煤或者其他提供动力的能源。

随着科技的发展和电气化的不断进步，全电推进成了时下最尖端的科技。但这对核反应堆本身而言，并没有不同，它依然是靠U235的裂变产生能量，只是这个能量最终没有为蒸汽轮机提供动力，而是去驱动发电机了而已。

这好像是多此一举？当然不是。全电推进有它的优势，其中之一就是资源分配更加合理。从而节省能源。

最后，核能只是一种提供能量的方式，跟煤，油等一样。至于最后是变成了动力还是电力，就要看实际应用情况和一个国家的科技水平了。

领域专家：这只是目前的状态，在未来核动力航母上将实现全电推进，也就是说，不再会继续用核能加热的蒸汽来驱动蒸汽轮机来驱动螺旋桨，而是先发电，再电来推动电动机来带动螺旋桨。

以前没有采用这种方式，属于技术上的原因，不是不想这么用，事实上，早在几十年前人们就已经考虑到了使用全电推进，也就是说，以电传动的方式代替机械传动，它的有很多好处，不仅节约空间，也改变了内部结构设计变简单，而且效能也更高，但是这一技术在可以说：理念美好，现实是残酷。

如果要想实现全电推进，涉及到多项技术，发电，配电，电驱动，每一项技术都不是那么好解决的，上世纪80年代以前，根本就无法实现。直到了本世纪初时，人们才开始真正的解决了有关的技术问题，开始投入到应用之中。这个技术的发展还有一个相当的过程，目前还目前还不是成熟的问题，这个过程可能要比大家想象的还要慢一点，但是这是发展方向，不会有改变的，美国人将在福特级航空母舰的后继舰上实现这一目标。

领域专家：谢邀，主要原因是核裂变所释放的能量为热能。

我们来看一下典型的船用核反应堆的工作过程：

反应堆内部释放热能，这个热能被热介质导出用来加热整齐锅炉，蒸汽锅炉会驱动蒸汽轮机进行旋转产生动能，其中的一部分动能经过变速箱传递到主轴驱动螺旋桨；另外的一部分动能则驱动发动机进行发电供应整个舰艇的用电需求，多余的电力则会输入到电池中进行存储。

在这里我们可以发现航母核反应堆能量释放的转化方式：

1.到螺旋桨：核能-热能-动能

2.到蓄电池：核能-热能-动能-电能

如果利用核能发电再输出到螺旋桨 则是：核能-热能-动能-电能-动能。

其实每一次能量转换都会带来能量损失，那么燃气轮机的动能-电能的效率大约是40%，其中有60%的能量是被浪费掉了。然后如果用电力驱动螺旋桨的效率则是70%，又有30%的电能被浪费掉了。这样一计算则是：

100%*40%*70%=28%，核反应堆用电力推进航母的效率为28%。这比直接利用蒸汽轮机产生动力的效率47%小了不到一半。

那么如果一个堆能推动的航母换成全电力系统的话则需要至少两个堆。

再看反应堆大小

平时我们看到的反应堆是这样的——裸堆，如果放在有参照物的环境下是这样的：

当然了，这还只是反应堆的堆芯，如果增加外围设施那么反应堆的大小就仅占很小比例了。

如果一个航母增加了一个反应堆，但是仅仅干了一个反应堆就可以干成的事情，那么为什么就单单为了“电推”这个概念抛弃传统呢？造价增加了、载运量降低了，并且效果还和从前差不多——是不是一个赔钱的买卖？这样做的意义是啥？犯傻吗？

领域专家：航母是一个不折不扣的用电大户，武器系统，雷达系统和阻拦系统，以后的电磁弹射系统等都是用电大户，特别是各系统的功能全部打开时的用电最高峰值。如果航母采用全电推进动力系统，注定要和其它用电大户争夺资源，导致其它设备的功能在战时受损或下降，战时不能发挥出其优势就违背了设计和使用的初衷。当前各国的核反应堆技术的能力能不能达到全部电力化所需要的程度不得而知，美国福特级的最新航母好像是全电推进动力系统，但战时用电大户全开的话能不能达到要求的指标不好说。

我们知道核反应堆工作原理是靠核燃料棒的原子分裂或聚变产生热能，再把一部分热能转换成电能，一部分热能驱动蒸汽轮机，这样的话所产生的能量基本达到整个航母的需求而不会相互干扰。蒸汽轮机是当前各国大量应用的成熟技术，全电推进动力技术属于新技术应用，有待日常验证。核反应堆技术的功率大小更是制约航母各系统的关键所在，也不是一说核动力系统就是万能的。