# “伊丽莎白女王”号航母断轴疑云
原创 杨爱红 [ 新潮沉思录 ](javascript:void\(0\);)
__ _ _ _ _
近日，英国皇家海军崭新的航空母舰“伊丽莎白女王”号，突然在中文互联网上被搞了个大新闻：“主轴断了”“需要开膛剖腹”“龙门吊还得留着、不能卖给印度了”之类的消息不胫而走，闹得沸沸扬扬。
笔者初闻之时，也颇感震惊：以笔者有限的人生经验和从业经历而论，汽车断轴时有耳闻（其中不少实际上是悬架、转向横拉杆等零件损坏，而非传动轴系断裂），舰船传动轴断裂则非常罕见——那可是几十甚至上百厘米粗的钢棍，想要弄断绝非易事。
回顾一点简单的材料力学。一段钢棍发生断裂，一般而言无外乎下面这5种常见形式：1是被弯矩折断，2是被拉力拉断，3是被压力压断（归根结底则是因为受压失稳产生弯矩而被折断，一截粗短的钢柱或者理想的均匀柱体受压只会被压扁而不会断裂），4是被扭矩扭断，5是被剪力剪断。
钢筋断裂的5种常见形式
对正常舰船的传动轴而言，正向航行时其载荷是3中受压与4中受扭的组合，倒车时则是2中受拉与4中受扭的组合。如果传动轴系输出的扭矩或推拉力过大，就会超出理论极限从而导致断轴事故；或者因为传动轴内部有缺陷（比如细小的裂纹），那么也可能会在扭矩和推拉力小于理论极限的情况下发生疲劳断裂。
而在传动轴、轴承或轴孔的加工装配误差较大的非正常情况下，则也可能出现1中受弯的情况。1、2、4的组合或者1、3、4的组合，对传动轴而言是非常危险的工况，载荷稍大就有可能崩裂、碎断，应当极力避免。
——且慢，上面分析了一通断轴原因，可人家“伊丽莎白女王”号真的断轴了吗？
笔者的一些朋友科学上网，以“H.M.S. Queen Elizabeth”“Royal Navy”“aircraft
carrier”“shaft”“break/broke/broken”等关键词的各种组合进行搜索，均未发现“伊丽莎白女王”号断轴的新闻报道；笔者又向身在英国的朋友求证，亦被告知不知此事。笔者回过头来查找中文互联网中此消息的源头，发现配的英文网页截图说的是“伊丽莎白女王”号将在天气转好之后进行下一轮试航，压根没提断轴之类的事儿。
到此为止，基本就可以确认此事纯属子虚乌有了。进一步往前追溯，“伊丽莎白女王”号在今年8月初完成首轮试航时倒是传出了与传动轴系有关的消息：潜水员在传动轴周围发现了碎屑。
“伊丽莎白女王”号航行时，其附近流场非常不稳定，潜水员显然不可能下水送死。潜水员要安全作业，必然是在“伊丽莎白女王号”停泊之后。此时发现的碎屑，笔者不知是如何附着在传动轴周围的、也不知究竟从何而来；姑且就当这些碎屑真是从传动轴上脱落的吧。这里要指出的是，“伊丽莎白女王”级航空母舰采用的是燃气轮机—柴油机联合发电、电动机驱动传动轴系和螺旋桨的动力模式。相比于传统航母，“伊丽莎白女王”级传动轴系要短得多，类似于采用艉机舱布局的一些货运船舶。
“伊丽莎白女王”级航空母舰剖视图。最底层中两块红框区域内为燃气轮机所在的前主机舱和后主机舱，蓝框区域为柴油机等所在的各个辅机舱，黄框区域内为驱动左右两根传动轴系从而带动螺旋桨的电机舱。可以看到电机舱靠近艉部，其到螺旋桨的距离（可以近似认为是传动轴系长度）较短。
一条23万载重吨矿砂船的总布置图。该船长325米，采用艉机舱布局、单轴单桨。可以看到其传动轴系（红圈处）也很短。
传统航母机舱位于船体舯部，主机输出的动力经减速齿轮箱和传动轴系传递到螺旋桨。除了直接连接螺旋桨的艉轴，整个传动轴系还包括多根中间轴，彼此之间通过法兰连结，总长上百米。这样长的传动轴系占用了很大空间，但柔性较好、对加工误差和装配误差的容忍度较高。而“伊丽莎白女王”级航母和上述货运船舶的传动轴系则与之不同，传动轴系除了艉轴只有一或两根较短的中间轴，占用空间小，但刚度较大、对加工和装配精度要求较高，容易出现润滑不到位、传动轴系与轴孔“硬碰硬”磨损和过热的情况。一旦出现了这种情况，润滑油循环系统中就会发现碎屑。（新闻报道里没提润滑油系统是否异常，却说潜水员在传动轴周围发现了碎屑，这也颇令笔者感到费解。）
现代舰船都会自动监测传动轴系和润滑油的温度等参数，一旦监测到过热就意味着磨损较大、载荷过高、威胁传动轴系的安全。为保证安全，就需要降速甚至停车。对舰船而言，这就意味着达不到预定的航速指标。在当代航母中，“伊丽莎白女王”级航速的排位本来就比较靠后，如果还不能达到预定航速，无疑会对舰载机起降作业带来负面影响、削弱其整体战斗力。
而试航，就是为了发现包括传动轴系在内的系统性能是否达标。如果真的在试航阶段发现了这些问题，那对“伊丽莎白女王”号而言反而是件好事：早发现早治疗，总比带病上阵要好。而且，“伊丽莎白女王”级传动轴系较短，更换起来比较简单：解除限位把旧的轴拔出来，检查校正轴孔，再把新的轴塞进去封好，然后重新试航。
某船安装推进轴系。如你所见，这道工序手扶也可以。
更换推进轴的工程量说大不大、说小也不小，但必然是要为加钱而扯皮的，而在英国的财政体制中这是没法隐瞒的。“伊丽莎白女王”号在结束首次试航之后并未传出这方面的消息，笔者由此认为该舰传动轴系并未出现严重到需要更换的问题；即使真有所谓碎屑出现，那也应该是新船伊始的正常磨合现象。——同一型号的首制船如果不出点小问题，那才叫不正常。即使是如今垄断货运船舶制造的韩中日三国，某一型号首制船试航发现问题后反复折腾、重新试航两三次也不罕见。
与普通货运船舶理想情况下一次试航完成所有测验科目不同，军舰试航一般分为两次：首先是常规试航、主要测试航行性能，处理完毕暴露出来的问题之后再进行电子武备试航。如果“伊丽莎白女王”号接下来正常进行电子武备试航，那就意味着其航行性能已经没有什么问题。
英国毕竟是造船领域的老牌技术强国，在船舶规范和检验方面更是业界泰斗；英国皇家海军在航母运用方面又有着传承百年的丰富经验。人家可不是随随便便就能黑得到位的，与其动不动就拿英国航母搞大新闻，笔者建议
还是要提高知识水平、尤其要深入学习领会多炮塔主义对平顶船的正确批判方法。
据10月30日消息，“伊丽莎白女王”号已正常开始第二次试航。另外，已历时十余年的印度首艘“国产”航母“维克兰特”号工程即将步入尾声，计划将在2019年前后开始试航。相信她会比“伊丽莎白女王”号带来多得多的、充满话题性的新闻。
第三次下水/出坞时的“维克兰特”号（2015年6月），舰体各主要结构均已成形，不出意外的话这也应该是其完工前的最后一次下水/出坞。
作者简介
** 杨爱红 ** / **** 炮塔越多越革命 ** ** ** **
** **
船舶工程师，信仰多炮塔主义
预览时标签不可点
微信扫一扫
关注该公众号
****
****
× 分析
收藏
原创 杨爱红 [ 新潮沉思录 ](javascript:void\(0\);)
__ _ _ _ _
近日，英国皇家海军崭新的航空母舰“伊丽莎白女王”号，突然在中文互联网上被搞了个大新闻：“主轴断了”“需要开膛剖腹”“龙门吊还得留着、不能卖给印度了”之类的消息不胫而走，闹得沸沸扬扬。
笔者初闻之时，也颇感震惊：以笔者有限的人生经验和从业经历而论，汽车断轴时有耳闻（其中不少实际上是悬架、转向横拉杆等零件损坏，而非传动轴系断裂），舰船传动轴断裂则非常罕见——那可是几十甚至上百厘米粗的钢棍，想要弄断绝非易事。
回顾一点简单的材料力学。一段钢棍发生断裂，一般而言无外乎下面这5种常见形式：1是被弯矩折断，2是被拉力拉断，3是被压力压断（归根结底则是因为受压失稳产生弯矩而被折断，一截粗短的钢柱或者理想的均匀柱体受压只会被压扁而不会断裂），4是被扭矩扭断，5是被剪力剪断。
钢筋断裂的5种常见形式
对正常舰船的传动轴而言，正向航行时其载荷是3中受压与4中受扭的组合，倒车时则是2中受拉与4中受扭的组合。如果传动轴系输出的扭矩或推拉力过大，就会超出理论极限从而导致断轴事故；或者因为传动轴内部有缺陷（比如细小的裂纹），那么也可能会在扭矩和推拉力小于理论极限的情况下发生疲劳断裂。
而在传动轴、轴承或轴孔的加工装配误差较大的非正常情况下，则也可能出现1中受弯的情况。1、2、4的组合或者1、3、4的组合，对传动轴而言是非常危险的工况，载荷稍大就有可能崩裂、碎断，应当极力避免。
——且慢，上面分析了一通断轴原因，可人家“伊丽莎白女王”号真的断轴了吗？
笔者的一些朋友科学上网，以“H.M.S. Queen Elizabeth”“Royal Navy”“aircraft
carrier”“shaft”“break/broke/broken”等关键词的各种组合进行搜索，均未发现“伊丽莎白女王”号断轴的新闻报道；笔者又向身在英国的朋友求证，亦被告知不知此事。笔者回过头来查找中文互联网中此消息的源头，发现配的英文网页截图说的是“伊丽莎白女王”号将在天气转好之后进行下一轮试航，压根没提断轴之类的事儿。
到此为止，基本就可以确认此事纯属子虚乌有了。进一步往前追溯，“伊丽莎白女王”号在今年8月初完成首轮试航时倒是传出了与传动轴系有关的消息：潜水员在传动轴周围发现了碎屑。
“伊丽莎白女王”号航行时，其附近流场非常不稳定，潜水员显然不可能下水送死。潜水员要安全作业，必然是在“伊丽莎白女王号”停泊之后。此时发现的碎屑，笔者不知是如何附着在传动轴周围的、也不知究竟从何而来；姑且就当这些碎屑真是从传动轴上脱落的吧。这里要指出的是，“伊丽莎白女王”级航空母舰采用的是燃气轮机—柴油机联合发电、电动机驱动传动轴系和螺旋桨的动力模式。相比于传统航母，“伊丽莎白女王”级传动轴系要短得多，类似于采用艉机舱布局的一些货运船舶。
“伊丽莎白女王”级航空母舰剖视图。最底层中两块红框区域内为燃气轮机所在的前主机舱和后主机舱，蓝框区域为柴油机等所在的各个辅机舱，黄框区域内为驱动左右两根传动轴系从而带动螺旋桨的电机舱。可以看到电机舱靠近艉部，其到螺旋桨的距离（可以近似认为是传动轴系长度）较短。
一条23万载重吨矿砂船的总布置图。该船长325米，采用艉机舱布局、单轴单桨。可以看到其传动轴系（红圈处）也很短。
传统航母机舱位于船体舯部，主机输出的动力经减速齿轮箱和传动轴系传递到螺旋桨。除了直接连接螺旋桨的艉轴，整个传动轴系还包括多根中间轴，彼此之间通过法兰连结，总长上百米。这样长的传动轴系占用了很大空间，但柔性较好、对加工误差和装配误差的容忍度较高。而“伊丽莎白女王”级航母和上述货运船舶的传动轴系则与之不同，传动轴系除了艉轴只有一或两根较短的中间轴，占用空间小，但刚度较大、对加工和装配精度要求较高，容易出现润滑不到位、传动轴系与轴孔“硬碰硬”磨损和过热的情况。一旦出现了这种情况，润滑油循环系统中就会发现碎屑。（新闻报道里没提润滑油系统是否异常，却说潜水员在传动轴周围发现了碎屑，这也颇令笔者感到费解。）
现代舰船都会自动监测传动轴系和润滑油的温度等参数，一旦监测到过热就意味着磨损较大、载荷过高、威胁传动轴系的安全。为保证安全，就需要降速甚至停车。对舰船而言，这就意味着达不到预定的航速指标。在当代航母中，“伊丽莎白女王”级航速的排位本来就比较靠后，如果还不能达到预定航速，无疑会对舰载机起降作业带来负面影响、削弱其整体战斗力。
而试航，就是为了发现包括传动轴系在内的系统性能是否达标。如果真的在试航阶段发现了这些问题，那对“伊丽莎白女王”号而言反而是件好事：早发现早治疗，总比带病上阵要好。而且，“伊丽莎白女王”级传动轴系较短，更换起来比较简单：解除限位把旧的轴拔出来，检查校正轴孔，再把新的轴塞进去封好，然后重新试航。
某船安装推进轴系。如你所见，这道工序手扶也可以。
更换推进轴的工程量说大不大、说小也不小，但必然是要为加钱而扯皮的，而在英国的财政体制中这是没法隐瞒的。“伊丽莎白女王”号在结束首次试航之后并未传出这方面的消息，笔者由此认为该舰传动轴系并未出现严重到需要更换的问题；即使真有所谓碎屑出现，那也应该是新船伊始的正常磨合现象。——同一型号的首制船如果不出点小问题，那才叫不正常。即使是如今垄断货运船舶制造的韩中日三国，某一型号首制船试航发现问题后反复折腾、重新试航两三次也不罕见。
与普通货运船舶理想情况下一次试航完成所有测验科目不同，军舰试航一般分为两次：首先是常规试航、主要测试航行性能，处理完毕暴露出来的问题之后再进行电子武备试航。如果“伊丽莎白女王”号接下来正常进行电子武备试航，那就意味着其航行性能已经没有什么问题。
英国毕竟是造船领域的老牌技术强国，在船舶规范和检验方面更是业界泰斗；英国皇家海军在航母运用方面又有着传承百年的丰富经验。人家可不是随随便便就能黑得到位的，与其动不动就拿英国航母搞大新闻，笔者建议
还是要提高知识水平、尤其要深入学习领会多炮塔主义对平顶船的正确批判方法。
据10月30日消息，“伊丽莎白女王”号已正常开始第二次试航。另外，已历时十余年的印度首艘“国产”航母“维克兰特”号工程即将步入尾声，计划将在2019年前后开始试航。相信她会比“伊丽莎白女王”号带来多得多的、充满话题性的新闻。
第三次下水/出坞时的“维克兰特”号（2015年6月），舰体各主要结构均已成形，不出意外的话这也应该是其完工前的最后一次下水/出坞。
作者简介
** 杨爱红 ** / **** 炮塔越多越革命 ** ** ** **
** **
船舶工程师，信仰多炮塔主义
预览时标签不可点
微信扫一扫
关注该公众号
****
****
× 分析
收藏