【IPS-GTG航母方案-第2版】
🔻"IPS-GTG-No.2"：一种采用综合电力系统的常规动力超级航母方案
🔻第一版方案可见
🔻该方案为模拟方案，其目的是模拟一种采用综合电力系统 (IPS)的超级航母，并根据各种现实案例和产品资料，来证明其中的可行性。由于该方案中采用燃气轮机发电机组作为航母的主发电机组，因此可将该方案称为"IPS-GTG航母"
🔻该方案的飞行甲板面积等同/略高于CV-67肯尼迪号 (图1)。采用弹射起飞+拦阻着陆的平甲板运作模式，装备4套长度达100米级的电磁弹射器
🔻在该方案中，要求设计航速不低于30节，续航能力不低于9000海里-25节，在全球各种典型海域内必须保持不低于29.5节的持续战斗航速。舰上常用供电功率不得低于64兆瓦——相当于尼米兹级常用供电功率的200%，另留有10兆瓦的电能冗余功率
🔻根据以上指标，结合各种现实船舶案例和产品资料，得出IPS-GTG航母的几个设计要点和技术特征：
1. IPS-GTG航母的船型设计将参考玛丽女王级高速邮轮 (图2，以下简称QM2) , 使得航母船体拥有宽阔的内部空间和优秀的高速航行性能。QM2船型在水线长宽、吃水深度等方面与肯尼迪号高度近似，其船体规模相比国内某大型高速舰船要更大更宽，三者的对比数据可见图3-6
2. 与西方传统燃机航母上的双舰岛/大型舰岛不同，IPS-GTG航母将采用单舰岛-单烟囱设计，4套燃气轮机发电机组的排气管道将不再分2个主烟囱分区布置，而是经弯折后集中于1个大型烟囱内进行布置。由此可减少舰岛-烟囱结构对飞行甲板的占用，但弯折-集中的排气烟囱将影响燃机的输出效率，使得燃机的输出功率不得不降低8.5%
3. IPS-GTG航母将采用综合电力系统 (IPS)，其中主机组为4套45兆瓦级间冷燃机发电机组+6套7兆瓦中高速柴电机组，另有4套3兆瓦高速柴电机组以及若干台套复合储能设备，共同为舰上电网和推进机组提供电能，机组总数比库兹涅佐夫级更少。4套间冷燃机发电机组在27-30摄氏度环境下可提供164兆瓦的供能功率，配合6套柴电机组，主机组总功率达206兆瓦，IPS全系统最高供能功率可达210兆瓦 (IPS系统框架图以及裤子动力-电力系统框架图可见图7-9)
4. IPS-GTG航母将采用电力推进，共有4套44兆瓦电力推进模块驱动4套推进轴-螺旋桨。每套电力推进模块由2套22兆瓦感应推进电机组成 (图8)，所有模块均配有独立的双层隔振平台，保证全舰航行时的静音性能
🔻根据以上列举的设计要点和技术特征，初步推测IPS-GTG航母在实际应用时的各项关键参数：
1. IPS的优势在于可灵活分配功率至电网和动力系统 (图10)。在27-30摄氏度的环境下，IPS-GTG航母的电力系统可提供206兆瓦的供能功率，其中可为舰上电网提供76兆瓦，为电力推进系统提供130兆瓦——保证航母在30节航速下使用电磁弹射器、大功率相控阵雷达等各种高能设备
2. 在热带海域环境下，为保证长时间运作，IPS-GTG航母的主机组需降低至额定功率的83%——可提供170兆瓦的供能功率，在调用辅机组和储能设施配合输出供能后，电力系统可提供176-180兆瓦，其中可为舰上电网提供76兆瓦，为电力推进系统提供100-104兆瓦——保证航母在不低于29.5节航速下使用电磁弹射器、大功率相控阵雷达等各种高能设备 (图11)
3. 新一代大功率燃气轮机的热效率已经提升至39-40%，其单位燃油消耗率 (SFC)显著优于传统蒸汽动力，而柴电机组天生具有热效率高、油耗小的优点，采用燃电+柴电作为主机组的IPS-GTG航母，其燃油经济性将会高于001-002和003。目前CN常规动力航母使用的燃料为舰用重油，而CN主力驱护舰使用轻柴油。IPS-GTG航母与驱护舰使用同一种燃料，在紧急情况下甚至可以通过903来补给燃料
4. GAO曾对美系常规航母的奔袭能力进行估算，并得出结论：1艘8万吨级美系常规超航可在28节高航速下从诺福克奔袭至红海海域，奔袭航程不到7000海里 (图12)。美系常规超航采用的蒸汽动力系统，其综合燃油消耗率约为380g/kw-h (图13)，而国产41-45兆瓦级燃电机组的燃油消耗率仅为230-285g/kw-h。预计IPS-GTG航母可在28-29节航速下实现7500-8000海里的奔袭航程，且燃油消耗总量低于美系常规超航
5. 在26节巡航状态下，IPS-GTG航母所需的动力输出功率约为60兆瓦 (参考QM2的适航反馈-图14)，舰上电网常用功率约36兆瓦，总功率需求不高于100兆瓦，仅调用2套燃电机组+6套柴电机组即可满足所需功率。在此状态下，柴电机组的供能占比高于30%，机组平均燃油消耗率将不高于240g/kw-h，比传统蒸汽动力的燃油消耗率降低了近40%
🔻此外，舰用燃气轮机可通过箱装体进气口+预留开口实现整机拆出（图15），在检修维护上相比蒸汽动力更加方便。在必要时甚至可以进行原机拆出+更换新机，极大地缩短在坞维护检修的时间
🔻本方案基于之前方案的进一步修改，许多细节仍需完善和补足，仅供大家讨论和消遣，如有建议和提示，欢迎大家提出[你好]
