0 引　言

1993年，美国海军鉴于“尼米兹”级航母排水量储备已经临近极限导致新技术植入越来越困难，航母性能特别是舰载机出动架次率不能满足作战需求，启动了“福特”级航母项目。首舰“福特”号于2009年11月铺设龙骨，2013年10月下水，2017年7月服役，2023年将首次部署。截至2021年11月，2号、3号、4号舰仍在建造中。

“福特”级航母是对“尼米兹”级航母的一次彻底革新，在总体、动力、电子、航空保障等方面采用了大量新技术。美国海军希望其有5大性能提升：一是储备排水量更大，至少预留5%的储备排水量；二是出动架次率更高，比“尼米兹”级高25%以上，12小时持续出动回收能力为160～220架次，24 h高强度出动回收能力为270～310架次；三是发电量提升近3倍；四是联合作战能力更强；五是人员更少。舰员至少削减500人，航空联队人员削减10%～30%。

但自研制以来，“福特”级航母电磁弹射器、先进阻拦装置、双波段雷达、先进武器升降机、动力系统等重要系统多次出现问题，且部分重要性能也没有达到最初预想目标，并导致了费用超支和项目延期。通过对这些问题的梳理和分析，可以为我国航母的发展提供借鉴。

1 “福特”级航母重要系统研制问题

“福特”级航母重要系统研制问题主要集中在电磁弹射器、先进阻拦装置、双波段雷达、先进武器升降机、动力系统等。

1.1 电磁弹射器问题

电磁弹射器由直线电机、储能装置、电力电子变换分系统、控制与状态监测分系统组成，出现的主要问题如下：

1）重量体积超标

2004年4月至2009年9月是美海军电磁弹射器全长样机分系统演示验证阶段，测试各分系统性能。2007年美总审计署调查显示电磁弹射器重量超标。最初通用原子公司按照重量最小化来研制电磁弹射器，但是美海军发布“福特”级航母生命力要求后，通用原子公司分散布置部件增加了电缆的数量，并对其中一个分系统进行了重新设计^[1]。最终导致电磁弹射器共超重400 t（每部弹射器重630 t，比要求超出100 t，并远超过蒸汽弹射器的486 t^[2]）。总体设计单位重新分配了航母上其他系统的重量，承受了电磁弹射器的超重。

美海军原计划单部电磁弹射器的体积为425 m³，远小于蒸汽弹射器的1133 m^3[3]。2007年，电磁弹射器出现体积超标问题，但通过4部弹射器共用3套储能装置以及共同电力电子变换分系统，解决了该问题^[4]。

2）储能装置问题

同样在全长样机分系统演示验证阶段，2007年储能装置某钢制部件引起了弧形电场，更换成塑料材质后解决了这一问题^[4]。其他问题包括漏油问题；在4200 r/min时发生细微振动^[5]；在最大发热区间无法正常工作，经过2008年和2009年电磁弹射器分别进行模拟10000次弹射的高周试验（HCT）后，证明新设计的储能装置样机解决了该问题^[6]。

3）控制与状态监测分系统软件问题

2009年10月之后，美海军电磁弹射器进入全长样机全系统集成演示验证阶段，开展各分系统集成测试，进行拖梭空载弹射和舰载机实际弹射试验。2010年1月,电磁弹射器在陆基试验中,弹射指令下达后，拖梭反向移动猛烈撞击在甲板张紧器上,引起了系统硬件损伤。事故发生后美海军对控制与状态监测分系统的软件进行检查，改进了软件结构控制方案，解决了该问题并使试验在同年3月继续进行^[7]。

4）可靠性问题

美海军电磁弹射器自开始飞机弹射试验以来，一直存在可靠性问题。2019年10月至2020年9月，“福特”级航母进行了11次试航，期间电磁弹射器共弹射3975次，平均作业无故障周期（MCBOMF）是181,远低于设定的MCBOMF值为4166的指标。在第l8次试航期间，2部弹射器分别发生了2个不同的故障，导致3天不能使用。更严重的是，由于电磁弹射器采用共用储能装置和电力电子变换分系统的设计，在飞行作业中舰员不能便捷地隔离部件实施维修。对部件进行电隔离非常耗时，而要使电磁弹射器储能装置的飞轮自己停止转动，需要花费1.5 h。这导致电磁弹射器的维修需要大量人力^[8]。

1.2 其他重要系统问题

1）先进阻拦装置问题

先进阻拦装置同样存在严重的可靠性问题。在2019年10月至2020年9月，“福特”级航母11次试航期间，先进阻拦装置也回收了3975次，平均作业无故障周期（MCBOMF）是48，远低于16500的设计标准。在第9次试航前，航母在港期间先进阻拦装置发生了储能电容故障，3个阻拦装置失效，使美海军花费7天维修^[8]。

2）先进武器升降机问题

先进武器升降机采用永磁直线同步电机技术，舰上测试于2012年2月开始，但测试过程并不顺利,曾出现部件出错、软件集成困难及电力部件过早腐蚀等问题。截至2020年9月，“福特”号航母已经安装好所有11部先进武器升降机，但只有6部投入运行^[8]。

3）双波段雷达问题

2020年美国《作战试验预评估报告》显示双波段雷达存在目标跟踪过程中杂波干扰问题，同时协同作战能力系统不能精确地跟踪空中目标。2019年10月至2020年9月，“福特”级航母11次试航期间，双波段雷达的平均任务故障间隔时间（MTBOMF）为100 h，低于设计目标339 h^[8]。

4）动力系统问题

“福特”号航母的主动力系统在服役前后的海上航行试验中发生过多次严重故障，具体如下：2016年6月，1号和2号涡轮发电机存在稳压器问题，其中2号涡轮发电机发生了小型电气爆炸，碎片进入发电机，被迫暂缓海试^[9]；2018年1月，航母在海上航行时轴承出现过热情况，被迫返回港口维修^[10]；2018年5月，航母从诺福克启程新一轮海试期间，推进系统出现机械故障，被迫返航^[11]；2019年3月，航母在进行试验试航时，蒸汽轮机出现故障，被迫返厂维修^[12]。

2 “福特”级航母其他研制问题 2.1 人员编制增加问题

研制之初，美海军对“福特”级航母减员寄予很大的希望，要求舰员至少削减500人，航空联队人员削减10%～30%。2014年，更是提出了663人的减员预期，比最低值500人多出163人。但2014年美国总审计署评估后发现，该目标难以实现。一是电磁弹射器和先进阻拦装置等关键系统可靠性低，舰员在海洋环境下操作这些系统的经验不足。先进阻拦装置水力制动系统修改设计后将导致其维护需求高于预期。二是根据海军相关评估，为了实现270架次的高强出动架次率，舰上需要增加额外的人员。三是根据“福特”号航母在建造过程中配属到舰上的舰员反映，舰上需要更多的战位人员，尤其是供应部门。但“福特”级航母根据减员预期，仅设置了4660个床位，生活保障裕量设计为263人（本舰人数的10%）。如果人员编制大幅增加，“福特”级航母上的床位将无法满足需求^[13]。

2.2 建造中出现的问题

“福特”号航母在建造过程中出现的问题包括纳期问题、建造工艺问题。关于纳期问题，在安装水冷系统时，由于供货商供货不足导致阀门出现短缺，船厂只能暂时用金属管片代替，后续再进行返工；先进阻拦装置的延期交付使得原定的阻拦装置动力室安装工作必须进行调整。关于建造工艺问题，“福特”号航母采用HSLA-65钢，这种钢薄板在焊接中容易出现变形和扭曲，为了解决这个问题而不得不搭建脚手架，导致工期延误和费用增加^[14]。

3 启　示 3.1 增强船总体总师系统权威保持设计稳定性

“福特”号航母的总体设计面临着巨大挑战，该航母是美国首艘采用计算机辅助三维设计技术进行整船设计的航母。2009年11月，即“福特”号航母建造合同签订一年后，基于预先分配的空间、排水量、冷却能力和发电量储备，完成了三维模型^[5]。但是由于当时航母上的重要系统，包括电磁弹射器、先进阻拦装置、双波段雷达等都在研制中，对舰上重量和空间的要求不确定，导致后续进行了更改，如“福特”号电磁弹射器出现超重后，美国海军把超出的重量让其他系统承受。

在航母总体设计中，需要充分树立总师系统权威，既要考虑设计调整的可能性，也要避免对总体设计有重大的调整，确保航母有足够的设计裕量。

3.2 确保航母重要系统在上舰前充分演示验证其可靠性

“福特”级航母的电磁弹射器、先进阻拦装置、武器升降机、双波段雷达都出现了严重的可靠性问题。比如电磁弹射器可靠性标准是每4 166个弹射周期允许出现1次严重故障，但最新的数据显示只能达到400个弹射周期出现1次严重故障；先进阻拦装置可靠性标准是每16500次出现1次故障，但2019年数据显示每48次试验即出现1次故障。这些可靠性问题最终可能导致“福特”级航母最核心的作战能力指标，即出动架次率上达不到最初设定的要求。

出现这些问题主要是由于这些系统装舰前没有得到充分演示验证。如电磁弹射器为了赶上“福特”级航母的建造进度，没有完成演示验证就启动了生产工作。2004年至2011年美海军进行电磁弹射器的演示验证，但在2009年6月，美海军授予通用原子公司合同启动电磁弹射器生产工作，导致了电磁弹射器上舰前，对舰载机的真实弹射没有得到充分的演示验证，为后续可靠性问题频发埋下了隐患。

为此，航母重要系统在上舰前一定要充分演示验证，重点是针对其可靠性进行高周次的试验，避免装舰后的返工，影响研制进度。

3.3 重视工程经验可能造成的研制风险

美国通用原子公司之前也没有电磁弹射器的工程经验，导致出现了一些问题：一是电磁环境问题，电磁弹射器对舰载系统或武器平产生了干扰。二是舰载需求理解不到位问题。在海军没有下达最终的冲击与振动要求之前就开始了电磁弹射器的先期设计，导致后期更改造成了进度延误。三是低估了电磁弹射器与其他系统集成的工作量，没有配备足够的技术力量来开展系统集成工作^[1]。

在航母重要系统研制过程中，要充分重视、识别和化解可能由于工程经验缺乏所造成的风险，并充分吸收具有工程经验的优势单位，使其积极参与到航母重要系统研制中，提升航母的研制水平。

3.4 加强作战试验对航母研制的考核

美海军特别重视航母的作战试验，在航母形成完全战斗力之前，需要进行一系列作战试验，主要分为4个阶段：早期作战评估、作战评估、初始作战试验和后续作战试验。“福特”号航母在铺设龙骨前已同步开展早期作战评估，于2010年完成，主要通过数据建模、仿真演示等方式评估航母设计方案的有效性，查找可能存在的风险。2012年9月至2017年7月，“福特”号航母先后完成了两轮作战评估，主要对已安装完毕的关键设备进行使用效能和适用性评估。评估结果显示，电磁弹射器和先进阻拦装置的可靠性水平远低于指标要求且可维修性差；双波段雷达信号融合处理存在问题且电子防御能力较差；先进武器升降机交付拖延且缺乏可靠性数据；出动架次率模型的评估准确性较低；人员配备需求超出设计预量。这些问题最终将影响舰载机的出动架次。作战评估后，“福特”号航母于2017年7月正式服役。随后进行了为期8个月的海上独立航行测试，又进行了为期15个月的试航后维修，之后是全舰抗冲击试验。按照计划，全舰抗冲击试验结束后，“福特”号航母将进行初始作战试验。该试验分为２个阶段开展，第一阶段侧重单舰作业，第二阶段侧重复杂环境作业，其中包括一场海上联合训练演习。2023年将完成初始作战试验并执行首次部署，随后开展后续作战试验，以评估部署期间航母各部门和设备磨合情况、各种战术应用效果、后勤保障情况等。

作战试验是检验武器装备能够发挥战斗力的最重要的一个研制环节。装备研制要向实战化发展，试验也要向实战化看齐。航母的研制要充分接收军方作战试验的验证，从各方面考验航母作战能力，提升航母的实战化水平。