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航母甲板上為什么不能鋪瀝青或者直接做成水泥跑道?
題主可能對于航母甲板鋼和普通的水泥路沒有太多的認知,很難理解戰(zhàn)機對于跑道的超高要求。根據(jù)資料,航母甲板鋼應有以下幾個特性:高強度,這一點瀝青和水泥路根本無法和鋼鐵相比擬;高韌性,這一點就足夠將大部分公路建材全部淘汰;抗低溫,抗高溫,而對于瀝青和水泥路來說,熱脹冷縮是無解的難題。
此外,航母用鋼還有幾個指標:抗腐蝕、防彈、大板面、抗氧化、高屈強比等等等等。根據(jù)數(shù)據(jù)來看,一架空重14噸的F/A-18戰(zhàn)機最大著艦重量可達20噸,蘇-33可達22噸,殲-15著艦重量應當也在20噸上下。這相當于3到5頭大象一起砸在僅有半張課桌大小的地面上,普通的材料根本無法承受重量,崩裂毀壞可以說是一件板上釘釘?shù)氖虑椤?/p>
因此嚴格來說,航母用鋼,特別是甲板鋼,實際上與日常人們所見到的鋼鐵完全是兩種材料,鍛造難度不可同日而語。而瀝青和水泥這兩種常見的公路建材,雖然能夠承受汽車和行人,卻很難抗的下風吹日曬、水浸鹽蝕,更不要說在上千度甚至數(shù)千度的戰(zhàn)機尾焰面前不變形、受到敵人攻擊能進行一定的防御了。未來航母用鋼會像降低成本的方向發(fā)展,但是絕對不會向降低質量的方向發(fā)展。
民航機場的跑道確實是混凝土建造的,上面再鋪上瀝青,能夠承受大型客機的起降工作。
(無論是民用機場還是***場,都是用混凝土鋪設的,絕對能夠滿足飛機的起降要求)
不過民航機場的跑道是在陸地上,不需要考慮地面的承載能力,混凝土的澆灌厚度至少要達到30厘米。
而如果是國際機場,需要起降大型客機,混凝土厚度則不能低于35厘米。
試想35厘米厚的混凝土,外加鋪一層瀝青,這重量得多大啊!
若是在在地面上,我們可以不考慮跑道的重量,反正大地不會塌,但是在航母上就不能不考慮重量了,超載可是要沉船的。
(美軍航母甲板的厚度在50-60毫米之間)
其實混凝土一旦凝固,跟石頭沒有多少區(qū)別,密度非常大,把它用作航母甲板,航母即便不沉,也鐵定跑不快了,而且還是頭重腳輕,搞不好一個急轉彎就翻了。
試想,美國的核動力航母頂著一大塊水泥蓋板到處跑,這到底是軍隊還是建筑隊?跑別人家門口攬工程嗎?
并且要想鋪設水泥跑道,你得先有個地基才行,你總不能鋪在空中吧?而船上的地基就是鋼制的甲板啊。
腦洞大開!我們都知道甲板鋼屬于航母結構鋼中難度系數(shù)最大的存在,其要滿足高屈服度、高強度、高韌性、強大的抗冷沖擊性、低磁性等多方面近乎苛刻的要求,煉制加工極其復雜和困難,目前全世界也只有中美俄法英等少數(shù)國家掌握了這一技術!正因為如此,許多國家即使擁有或者自行開建航母,因為無法突破甲板鋼技術,仍舊需要向國外進口甲板鋼。典型的如印度自稱國產(chǎn)的維克蘭特號航母,雖然大部分鋼材已經(jīng)實現(xiàn)了自給自足,但是專用的甲板鋼仍舊需要大量從俄羅斯進口。既然甲板鋼如此難產(chǎn),那么我們能不能另辟蹊徑,直接使用水泥制作甲板或者用普通鋼代替甲板鋼,然后在上面鋪設瀝青跑道來代替技術復雜的專用特種甲板鋼呢?
(俄羅斯庫茲涅佐夫航母甲板)
從陸地機場的建造施工經(jīng)驗看,水泥甲板強度足夠,但是卻缺失很多關鍵性能
艦載機著艦時,重力加速度對甲板的沖擊力高達百噸以上,現(xiàn)代的陸地***場對于水泥跑道的施工有著嚴格的標準,通常會分為四層,最底層為夯實的土層、然后是碾壓緊實后的碎石層,次級為緩沖減壓的細沙層,最后才是直接承壓的水泥層,四層疊加的厚度平均超過1米,在高原高寒地區(qū)甚至能達到2米以上!如果要將這種分層水泥跑道***到艦載機之上會造成多方面的水土不服!
(美軍***場施工,可見水泥層厚度在30厘米左右)
第一、厚度太大造成質量過重!
水泥和沙土的密度雖然沒有鋼鐵大,但是現(xiàn)代鋼甲板航母的厚度一般只有50毫米左右,上萬平方米面積,一米多厚的水泥跑道重量肯定要大大超過普通的鋼甲板,這會導致航母嚴重超載,進而影響航母的機動性!除了速度過低無法制造出艦載機起飛的甲板風之外,在行軍打仗時的靈活性也會嚴重衰減!
(從這個機械蓋板可以看出甲板厚度不過5厘米左右)
第二、無法適應航母特殊作戰(zhàn)環(huán)境
航母屬于海上機動作戰(zhàn)裝備,海浪海風不停沖擊航母,時刻都處于顛沛流離的運動顛簸狀態(tài),而水泥甲板雖然強度可以達到要求,但是柔韌性太差,物理性質太脆,在動蕩的航母上很容易因為船身搖晃而碎裂。加之經(jīng)常涌上甲板的海浪以及風吹日曬造成的熱脹冷縮,三百多米的航母船體能夠在夏天和冬天收縮膨脹出一米以上的差距,水泥甲板在航母上可能熬不過一個整年就完全被扯碎了。
(遼寧艦在南海風浪中前行)
第三、水泥跑道無法安裝更多附加設施
艦載機起飛著艦需要依靠彈射器和阻攔鎖,停機時則需要掛上固定勾,而這些裝置都必須在甲板上進行打孔挖洞,加裝固定裝置,只有鋼鐵這樣可以任意切割而不影響整體物理屬性的材料才能勝任這樣的工作,如果是水泥材質如何進行打孔?如何與這些設備匹配工作?估計還沒弄上就完全碎裂了吧?
(航母彈射器,這玩意兒水泥板怎么安裝?)
那么使用普通鋼做成甲板,然后鋪上厚厚的瀝青能不能代替特種甲板鋼?
這個更是完全不行,瀝青在一兩百度就會高度軟化,到達300℃以上更是會直接沸騰,而戰(zhàn)斗機噴射的尾焰溫度通常高達上千攝氏度,隨便起飛幾個架次,瀝青就完全被蒸發(fā)成氣體了。而且附著在比熱容較小的鋼甲板之上,由于高溫炙烤鋼板會迅速升溫,瀝青會極速軟化,根本難以進行艦載機的起飛和著艦。
(瀝青即使鋪設跑道路面,也必須和沙石混合攪拌,而且不能輻射在容易急劇升溫的金屬表面)
其實航母甲板上確實是有十毫米左右的涂層,但是這一涂層主要是起防滑、防銹作用,防止人員和艦載機直接在鋼鐵表面起降行走打滑,也順便提高了甲板壽命。航母甲板涂層的主要成分為抗高溫、耐磨性較好、抗腐蝕性能突出的碳化硅制作而成,附著在甲板表面能夠形成類似于毛玻璃的褶皺狀,增強鋼鐵表面的摩擦力。根據(jù)美軍航母的建造標準,甲板碳化硅涂層的壽命要能夠承受1000架次艦載機起飛造成的損耗,就算是如此堅韌,還必須每年進行定期維護!以瀝青的耐磨性,同樣不適用航母甲板涂層的工作!
(美軍敷設尼米茲級航母甲板防滑涂層,一般先噴***底漆,然后在噴碳化硅,最后再劃上白色和紅色標志線)
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瀝青材料和水泥材料根本無法滿足戰(zhàn)斗機起降的需求,非但不能讓戰(zhàn)斗機起降,反而會造成戰(zhàn)機磨損,釀成更大損失。瀝青和水泥是生活中很常見的建筑材料,修路和蓋房都離不開它們。但這兩種材料有各自的弱點,瀝青的問題是熔點太低,溫度稍微高一點就會融化。水泥強度不夠,容易變形。
不管是艦載機,還是機場起降的戰(zhàn)機,發(fā)動機的尾噴溫度都極高。把生雞蛋和生肉放到距離發(fā)動機尾噴不太遠的地面上,都可以直接烤熟食用。如果有人員在這附近,會重度燒傷。瀝青即使鋪的再厚,也肯定會燒的凹凸不平。
水泥雖然堅固,但它局部承壓能力一般。如果是重型戰(zhàn)機(32噸以上)和中型戰(zhàn)機(30噸左右)降落在一般水泥地上,經(jīng)過的地方會直接壓碎,留出一道痕跡。這還是地面降落,不是航母甲板降落。
航母降落的沖擊力遠大于地面降落,為了避免飛機出現(xiàn)問題。艦載機的起落架都比陸基起降戰(zhàn)機的厚實,飛機本身也經(jīng)過重新設計,盡量減少連接點,提高整體性。如此一來,飛機在沖擊的過程中才不至于出現(xiàn)內傷。
艦載機沖擊甲板的一瞬間,產(chǎn)生的力足夠撞彎大部分厚鋼板。為了滿足航母的需求,必須專門研發(fā)航母專用鋼材。這種材料既能夠抗海水腐蝕,也能抗鹽堿。同時不易附著雜物,便于清潔。最重要的一點就是柔韌性和硬度都要好,剛柔并濟的托起艦載機。目前世界上能夠獨立研發(fā)高品質航母鋼的國家屈指可數(shù),直接制約了很多國家海上力量的崛起。印度很想發(fā)展海軍,無奈材料技術落后。
因此瀝青和水泥都不能滿足需求。其實瀝青和水泥等其他物質通過混合,或許能夠找到一種方案。但這種復合材料的耐用性肯定不如航母鋼,重量也太重。對于維護成本高昂的“吞金巨獸”航母來說,并不適用。
▼題主,你看,這是北京大興國際機場的跑道鋪設施工照片,這不是完整的跑道厚度就已經(jīng)接近從地面到工人的膝蓋了。想象一下,幾層鋼筋混凝土鋪上來,這跑道的厚度起碼是幾十厘米。而現(xiàn)代航母甲板的厚度一般在5-8厘米之間,并且各國還在不斷優(yōu)化甲板鋼性能,力求最大限度降低航母甲板厚度,減少死重。很明顯,使用水泥甲板要想獲得和鋼甲板一樣的性能,只能增加厚度,增加航母死重。
對于陸地機場來說,不用考慮機場機動,體積,重量和跑道厚度等因素,成本低廉,施工方便的水泥和瀝青的確是機場跑道的不二選擇。但是航母不一樣,為了給艦載機留出更多空間,為了保證航母能夠海上高速機動,為了能夠有還的適航性,航母需要的是厚度小,強度高,重量輕的甲板?,F(xiàn)代艦載機重達幾十噸,再加上下降時的沖擊力,對跑道的要求非常高,如果使用瀝青水泥這種材料,明顯需要不斷疊加厚度,無法做到輕量化,影響航母性能。
瀝青水泥和鋼材作為航母甲板相比,除了厚度之外,還有幾個致命的缺陷。
第一,水泥凝固后不可變形,熱脹冷縮會導致水泥裂開。大家注意小區(qū)的水泥馬路就可以發(fā)現(xiàn),每隔一段距離施工人員就會切割一條縫,完整的水泥馬路就成了一塊塊的。之所以這么做,就是給水泥熱脹冷縮留出收縮縫,否則水泥很有可能在高溫條件下,因為體積膨脹而發(fā)生爆裂。地面上收縮縫隨便切,但是用在甲板上很明顯就無法把水泥甲板切成一塊塊了。
第二,水泥甲板無法安裝甲板設備。眾所周知,航母的甲板不僅僅是一塊單純的鋼板,還有各種信號燈,艦載機升降機,武器***升降機,阻攔索,彈射器和導流板等設備。如果使用水泥作為甲板的話,根本無法在其內部設置復雜的機械結構。而且有著鏤空的位置,就算是市面上最高標號的水泥也強度不足,無法承受內部機械結構的運轉。比如阻攔索安裝的位置,其內部有著大量的液壓,滑輪設備,且這個位置正對機庫,甲板無法疊加厚度。如果使用水泥,或許艦載機降落時會將阻攔索連根拔起,水泥四濺。
第三,水泥需要長[_a***_]凝固和保養(yǎng),不利于航母海上航行時進行甲板維護。最重要的是,水泥在損壞后,非常難以修復。航母是作戰(zhàn)武器,戰(zhàn)爭中難免受到攻擊,所以還需要便于維修。鋼是一種焊接性非常好的材料,在損壞之后,只要進行切割焊接,然后機械加工就可以將損壞的位置修復如初,甚至獲得更高的性能。但水泥不行,水泥的修復需要設置模具,需要長時間的凝固,而且修復后性能也不能恢復。
其實,在純鋼制甲板出現(xiàn)之前,大部分國家使用木制甲板。木制甲板有著防滑,輕,的特點,不過強度低,沒有防護能力,適用于進攻型艦隊航母。到了現(xiàn)代,艦載機也越來越大,越來越重,木質甲板的強度已經(jīng)無法滿足艦載機的起降。隨著材料學的發(fā)展,鋼材的性能不斷提升,于是現(xiàn)代航母的甲板全部改用鋼材。瀝青水泥就算是再怎么發(fā)展,其材料的性質就決定了它不可能具備延展性,不可能在薄的前提下還擁有高強度,所以瀝青水泥也就不適合作為航母甲板使用。
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