能讓核潛艇隱身於大洋之中,無軸泵推到底是怎樣的黑科技?

曹佳鵬


潛艇噪音最大的來源被公認為螺旋槳,而近些年各國都研究的無軸泵退技術不但讓噪音降低了一大截,而且還提高了推進效率,這是一項具有突破性的技術,但說白了就是全電推進系統在潛艇上的應用,要提升到黑科技程度恐怕還是有點過了!

潛艇的靜音能力就是潛艇最大的戰鬥力,而潛艇的最大噪音其實就是螺旋槳,目前世界潛艇的螺旋槳發展到了第三代了,也就是無軸泵退技術的應用!

第一代傳統的螺旋槳,一般葉片越多,加工越精細,螺旋槳噪音越小。當年蘇聯加工技術非常毛糙,因此潛艇的噪音水平比之美國核潛艇高了很多,蘇聯為了生產7葉片大側斜槳,秘密從日本東芝引進高精密度數控機床,極大的降低螺旋槳噪音水平後,在大洋中與美潛艇發生相撞事件,引起軒然大波。之後美國調查後對東芝進行了史無前例的處罰和制裁。但是這種靠精密加工降噪方法終究遇到了天花板,最後哪怕降低1分貝就要付出10倍以上的代價!

第二代為有軸泵推技術。在傳統螺旋槳降噪很困難後,英國率先在特拉法爾加級潛艇設計上靈光一現,給螺旋槳外側加一個罩子包起來,這就是所謂的有軸泵推技術,這個罩子不但有效的隔絕螺旋槳產生的噪音,而且還能讓水流向後推而不向外擴散,形成噴射效果,提高了螺旋槳的推進效率。

美國弗吉尼亞級有軸泵推

有軸泵推和傳統螺旋槳推進沒有什麼本質區別,就是在外圍加個隔音罩屏蔽部分噪音,還提高推進效率!英國人率先使用後,美國的海狼、弗吉尼亞級;俄羅斯、法國的核潛艇也都相繼採用。我國這一時期發展的潛艇卻很遺憾的並沒有採用有軸泵推技術,這一時間段我國海軍軍費緊張,在一個青黃不接的年代,沒錢研發新裝備,我國並沒有發展有軸泵推技術!等我國有錢後則直接一步到位發展無軸泵推了!

第三代無軸泵推技術。無軸泵退就是螺旋槳中間的驅動軸沒有了,驅動變成了外圍的“圓環罩”,螺旋槳安裝在這個外圍的罩子上進行轉動!當然這可不是簡單的將中間的軸變成圓環,美國人率先電機集成到這個圓環罩上,從根本上解決了驅動軸這個大的噪聲源,據說能一下子降低潛艇10~15分貝的噪音;推進效率上也提高20%左右;而且潛艇電機集成到潛艇外部,沒有了龐大的驅動軸,內部空間更大了,潛艇可以做得更小或者裝更先進的設備,也可以改善官兵的生活環境,這些可都是潛艇的戰鬥力的體現!

我國的093、094核潛艇雖然很遺憾的還採用傳統的螺旋槳推進,噪音被美國嘲笑一出港遠在關島就能聽到。但我國卻在無軸泵推技術上發展想到哪個好。2017年央視節目中,馬偉明博士介紹了我國無軸泵推的進展,而且自信的表示這款產品要領先美國,而這項技術也必將用在095/096上,那麼我國下一代核潛艇將採用全電推進系統,無軸泵推技術,噪音水平上勢必大大降低,至少應該能追上美國弗吉尼亞級的中早期水平吧!

【據媒體爆料(小道消息),中國已經秘密的交付一艘無軸泵推技術核潛艇,媒體普遍猜測是一艘095早期型號服役,但個人認為應該是091或者092改進的無軸泵推的試驗潛艇型號,以對我國無軸泵推效果的測試!這個消息目前無法確定是否屬實!】

綜上,無軸泵推技術是潛艇發展的一項新技術,能夠有效降低潛艇噪音的同時,進一步提高潛艇的推進效率,這項技術在美國的新建造的哥倫比亞級核潛艇上已經開始應用,對潛艇發展具有劃時代的意義!但是這項技術中國、俄羅斯、英國、法國的研究進度都不差,因此稱為黑科技還算不上!還有,對於局座提到的“海帶纏潛艇”來說,無軸泵推技術好像完美的給解決了!


狼煙火燎


所謂黑科技是我這些普通人給那些我們不理解的科技的俗稱,無軸泵推技術究竟是怎樣的黑科技呢?現介紹如下:

首先它的關鍵在於“無軸”,我們都知道無論潛艇還是水面艦艇,其推進用的螺旋槳都是有軸的,如附圖左所示。無軸泵推技術之所以能做到“無軸”,是因為它用了“磁懸浮”技術。簡單地說就是電機的轉子是“永磁體”,線圈通的是直流電,所產生的磁場方向與永磁體的磁場方向相反,例如如果永磁體的外側是“S”極,那麼直流線圈的內側也是“S”極,大家都知道同極相斥、異極相吸的道理。所以電機的轉子就被直流線圈的定子“託”在與定子同心的同心圓位置上,其間隙由設計和製造技術來保證。同理,轉子的軸向固定也是用這個方法。這就是“無軸”的原理。

其次是無軸泵推技術的難點,其難點也在“磁懸浮”技術方面。我們知道磁懸浮列車技術現在也還沒有特別成熟,更何況要用於高速旋轉、變速頻繁、空間狹小的電機上。這是需要通過大量的設計計算和大量的試驗驗證才能實現的,包括永磁體轉子的合金成分、冶煉技術、結構形式,以及永磁體轉子與直流線圈定子之間的配合、間隙、頻繁開停、軸向力和徑向力的平衡等等,都是世界級的難度,不是隻要知道原理就能設計、製造出來的。

所以這項技術只要少數幾個國家掌握,如中國、美國、俄羅斯、法國和英國等幾個主要軍事大國。就現在的情況而言,這項技術應用最早的是美國,而技術最先進的是我國的馬偉明院士領銜的團隊研製的無軸泵推技術,如下圖右所示。

其三,這項技術主要用於潛艇降噪和提效,使用這項技術後潛艇可以到達任何國家的海岸線外的200海里以內而不讓對方察覺,讓潛艇真正成為大洋之中的隱形殺手。它也可以用於水面艦艇提效,可以降低能耗,這對於航母、大型軍艦和超大型貨輪都是非常有益的。




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