02.26 潛艇無軸泵推到底是怎樣的黑科技?

小宇和小淇的跟班


潛艇的隱蔽性主要取決於她的靜音性能,而“無軸泵推”指的又是一種推進技術,所以,無軸泵推能使潛艇的擁有更好的隱蔽性其實就得益於它擁有相比於傳統推進技術更好的靜音性能,那麼這種無軸泵推技術究竟是怎樣的呢?下面就來給大家詳細解釋一下。首先,顧名思義,

“無軸泵推”技術的原理主要就體現在“無軸”這兩個字上面,而“無軸”這兩個字的意思很明顯就是指“沒有傳動軸”,再結合“泵推”的意思是“泵噴推進”,因此,所謂的“無軸泵推技術”把它拆開來理解其實就是“沒有傳動軸的泵噴推進系統”。接著,我們再來看一張圖:

▲傳統的螺旋槳推進系統簡圖

上面的簡圖就是一個傳統的螺旋槳推進系統結構,從圖中我們可以知道,這種螺旋槳推進系統的主要結構為:動力源+傳動軸+螺旋槳,以及帶動它們相互運轉的一些小部件,比如齒輪(Gear)等,然後問題就來了,傳動裝置工作時各部件之間產生的機械噪音是不可避免的,再加上螺旋槳在水中高速轉動也會產生明顯的空泡噪音,所以就會導致這種傳統的螺旋槳動力系統的噪音很大,而噪音的大小又是衡量潛艇性能好壞的一個重要指標,因此,為了儘可能減小潛艇產生的噪音,以提高她在大洋中的隱蔽性,就搞出來一種比螺旋槳推進技術有著更好靜音性能的“泵噴推進技術”,如下圖所示,就是一個後置定子式泵噴推進系統的結構簡圖(還不是無軸泵推):

▲泵噴推進結構簡圖(後置定子式)

從圖中來看,我們可以發現這個泵噴推進系統其實也有類似“螺旋槳”的東西,其實內部我們看不見的地方同樣也有傳動軸,而跟螺旋槳推進系統最明顯的區別就是泵噴推進系統的“螺旋槳”外部多了個罩子,那麼這個罩子又是幹什麼用的呢?就是減噪和吸音,用來降低整個推進結構產生的噪音,因為這個罩子實質上是一個用吸音、減振材料製成的“環狀導管整流罩”,用來控制推進裝置內外水流的,同時還可以屏蔽內部流道內轉子工作時產生的巨大噪音。罩子內部結構如下圖所示:

▲罩子內部結構圖

“環狀導管整流罩”內部的則是轉子和定子,轉子其實就是我前面提到的“螺旋槳”,轉動時產生推進力,至於定子,實質上相當於一個固定裝置,用來固定外部的那個環狀導管整流罩,除此之外,定子的作用還有給從外部進入轉子的水流預旋,或者是緩衝轉子產生的尾流,具體作用則是跟定子的位置有關,定子在轉子前面時,此時的泵噴推進系統被稱為“前置定子式”,定子的作用就是對水流進行預旋;而當定子在轉子的後面時,此時則被稱為“後置定子式”泵噴推進系統,定子的作用就是緩衝轉子產生的尾流。這兩種泵噴推進技術各有優點和缺點,“前置定子式”的噪音更小,但是推進效率低,而“後置式”的推進效率高,但噪音也更大。因此,考慮到隱蔽性問題,目前潛艇上用得多的是“前置定子式”泵噴推進系統。

▲無軸泵推結構簡圖

泵噴推進系統解釋完,就可以繼續來介紹題目中問到的“無軸泵推”了,前面提到,傳統的泵噴推進系統仍然有傳動軸,所以,傳統裝置產生的噪音就不可避免,而“無軸泵推”就沒有這個顧慮了,因為在第一段就已經說了無軸泵推其實就是“沒有傳動軸的泵噴推進系統”,它的結構大概如上面的簡圖所示,槳葉固定在轉子的內壁,由轉子帶動,而不用傳動軸,轉子和定子則是與電機一起被一個外殼包裹,通過電磁驅動原理,電機可以帶動轉子的運轉,從而進一步帶動槳葉的轉動而獲得推進力,與傳統的(有軸)泵推即使相比,無軸泵推在結構上就已經避免了機械傳動裝置所帶來的巨大噪音。因此,這就是無軸泵推給潛艇所帶來的靜音優勢。下圖為無軸泵推中的槳葉結構:

▲槳葉

最後總結一下,在靜音性能的優劣上,無疑是:無軸泵推>傳統有軸泵推>螺旋槳推進,只不過現階段無軸泵推技術還處於摸索階段,還沒有哪個國家已經把這種技術實用化了,至於難點嘛,就是那個驅動電機,需要滿足體積小、功率大這兩個條件,體積小是為了能裝進那個外殼罩子,功率大則是為了保證潛艇擁有足夠的航速。當然,最重要的還是靜音,靜音性能不好的潛艇,跟一條鹹魚也沒多大區別了。


哨兵ZH


核潛艇的噪音很大,這一方面因為核潛艇體積和噸位本來就大,另一方面也因為核潛艇的動力系統噪音較大,核潛艇的動力系統中噪音最大的就是螺旋槳和驅動軸。為了降低潛艇的螺旋槳推進噪音,過去世界各主要大國都使用了7葉低噪音螺旋槳來降低推進噪音,並且在美俄第三代核潛艇出現的時候,開始為潛艇的螺旋槳加裝泵噴推進器。

圖為俄羅斯的後置定子泵噴推進器。

泵噴推進器可以有效降低潛艇的螺旋槳噪音,他用一個外殼把螺旋槳套在裡面,由此把潛艇的推進設備分為了三個方面:外殼、定子、轉子。外殼就是泵噴推進器的筒型外殼,轉子就是泵噴推進器內的螺旋槳,定子就是泵噴推進器上起到擾流和順流作用的固定葉片。根據定子位置的不同,世界上的泵噴推進器可以分為後置定子和前置定子兩大部分,其中歐美大量使用前置定子泵噴推進器,俄羅斯使用的是後置定子推進器。

圖為無軸泵噴推進器。
前置定子推進器,可以利用定子對進入泵噴推進器的水流提前梳理,然後再由螺旋槳(轉子)撥動水流,這樣水流因為提前就已經被理順,所以噪音較小,這種方式是降低潛艇噪音最好的辦法。後置定子推進器則是轉子在前、定子在後,轉子首先撥動水流,然後再從定子處噴出,這樣的好處是泵噴推進器噴出的水流是梳理整齊的,動能較大,有利於潛艇高航速航行。由此可見美俄對核潛艇的不同要求,美國追求低噪音,俄羅斯追求高航速。

圖為潛艇的泵噴推進器結構圖。

我國新研發的無軸泵噴推進是一種不同於現有泵噴推進器的新型泵噴推進器,他取消了潛艇的推進軸,完全利用電能進行推進,因此只需要保留定子和轉子,這樣潛艇上一大噪音源--推進軸就徹底消失了,這是電力推進帶來的好處。無軸泵噴推進器的外殼內部是轉子葉片,轉子葉片直接固定在外殼的內壁上,環繞內壁旋轉,定子則在其後,這樣就既保留了潛艇的推進系統完整性,又進一步降低了潛艇噪音。

上圖為俄羅斯式泵噴推進器,下圖為美國弗吉尼亞級核潛艇的泵噴推進器。

無軸泵噴推進器的好處還有很多,比如他可以靈活佈置,因為取消了推進軸,所以他佈置的位置不受推進軸位置的限制,可以在潛艇上多個點進行佈置,實現推進效率的最大化。此外,他還可以通過旋轉推進方向來進行反推、側推、上推、下推,這樣潛艇就可以實現垂直的縱向移動、完全的水平移動,極大的提升了潛艇的機動性能,對於核潛艇爭取有利的作戰陣位非常有用。

圖為無軸泵噴推進器。

所以說,無軸泵噴推進器算是潛艇上的一大開創性發明,他由我國的馬偉明院士團隊研發成功,對我國海軍的整體技術水平提高有著深遠的意義。


海事先鋒


潛艇的泵推技術分兩種

一種是有軸泵推,泵推技術是指將螺旋槳罩在一個導流罩之內,而螺旋槳產生的噪聲由於導流罩的存在大大減小,但是潛艇無論是採用什麼推進技術,目前最大的噪聲源是軸系。

無論是電機還是然汽輪機,它都是有軸的,通過這根軸傳送動力,而無軸就是取消軸系,通過把線圈直接驅動螺旋槳,也就是把螺旋槳葉嵌在圓形內環上,然後通過這個圓形內環的整體旋轉帶動葉片,而葉片直接作用於水。

而由於螺旋槳外環跟導流罩一體化,所以實現了外環通過線圈把電力轉換為磁力,而通過磁力的變化驅動內環。以前的電機,需要由轉子轉動帶動軸系,而通過軸系輸出動力,由於軸系是有摩擦的,所以噪聲很大。

這樣的話由於在轉動過程中,內外環靠磁力束縛,不產生摩擦,所以軸系噪聲徹底消失,可以這樣說無軸泵推跟有軸泵推的差距,就類似於五代機與四代機之間的差距,所以在螺旋槳靜音技術上來說,可以說是一次革命。


李曉偉


目前世界上的潛艇一共有三種動力系統,第一種就是傳統的驅動軸帶動螺旋槳推進,一般來說螺旋槳葉片越多,噪音越小,動力越強,現代最先進的螺旋槳也只能發展到七葉片,當年蘇聯為了製造七葉大側斜槳從日本東芝進口精密數控機床,就曾經引起了軒然大波,螺旋槳推進雖然製造簡單,但是缺點也很明顯,那就是噪音太大而且推進效率不高。


如何解決噪音問題呢?簡單粗暴,直接在上面加個罩子不就行了(水流從罩子向後噴射,就是所謂的泵噴),於是就誕生了所謂的有軸泵推裝置,這種推進器其實和螺旋槳沒有什麼本質區別,依舊還是使用驅動軸帶動轉子(螺旋槳)旋轉產生反作用力推動潛艇前進,最大的區別就是在外面加了個罩子(環狀導管)屏蔽了部分噪音,另外還安裝了後置定子用來改善水流的流速和流場條件,一定程度的減少了噪音。這一推進裝置首先由英國人的特拉法爾加級潛艇運用,而後美國的海狼級,俄羅斯的基洛級,法國的都先後運用了有軸泵噴推進器。
(美國弗吉尼亞級有軸泵推)

對比傳統螺旋槳,有軸泵噴推進雖然減少了部分噪音,但是本質上並沒有什麼區別,可以說這只是一種過渡性的技術方案,所以從21世紀開始,以美國為首,各軍事大國紛紛開始研製劃時代的無軸泵噴推進器。所謂無軸泵噴推進就是取消了傳統驅動軸,將螺旋槳葉片安裝在環狀導管(罩子)內側,將動力裝置集成在潛艇外部的環狀導管內部,由電機帶動整個環狀導管內部槳葉一起旋轉,從根本上杜絕了驅動軸這個最大潛艇的噪音源。


那麼無軸泵推有什麼優勢呢?

第一、根據試驗數據,同等體積的無軸泵推和傳統的七葉大側斜槳相比,推進效率高出20%左右,但是整體噪音卻要小15分貝以上,對於以噪音大小判斷先進程度的潛艇來說,這簡直就是劃時代的進步。

第二、無軸泵推將電機集成在潛艇外部的環形導管(罩子)內部,有效節省了潛艇內部空間,不僅能夠讓潛艇裝載更多的導彈魚雷,還能改善艇員的生活環境,而這些都是戰鬥力!


我國目前的潛艇運用的還是傳統螺旋槳推進裝置,並沒有發展有軸泵噴推進器,所以噪音水平對比國外潛艇有不小的差距,也正是因為這樣,美國人曾經嘲笑我們:中國潛艇只要一出港口,在大洋彼岸就被探測到了。在2017年5月30日播出的《焦點訪談》節目中,專題報道了海軍工程大學電力電子研究所所長馬偉明的先進事蹟,其中就痛痛快快的打了美國人的臉,馬偉明博士介紹了我國無軸泵推的進展,並且表示在這一領域已經領先美國十年以上,要領先就領先美國,可以預見,我國下一代潛艇必將結合全電綜合推進,運用全新的無軸泵噴推進器,屆時我國的核潛艇綜合水平終於能夠站上世界之巔!


軍武吐槽君


潛艇從普通螺旋槳到七葉大側斜螺旋槳到泵推,即將發展到無軸泵推,這成果和發展速度都令人感到太厲害了,想想上世紀80年代蘇聯從日本東芝偷偷購買了先進機床,得以生產出七葉大側斜螺旋槳,使得潛艇噪音大幅減小,令美國人大為惱火的故事,這當時的“先進技術”這都成了上上一代技術了。

現在還是有很多潛艇使用螺旋槳,只是有很多已經使用有軸泵推了。這東西最早是英國使用的,“特拉法爾加”級、“機敏”級都採用了泵推,美國一看不錯也為自己的“海狼”級、“弗吉尼亞”級研發裝備了泵噴推進器,法國“梭魚”級、俄羅斯“亞森”級都用上了泵推技術,這些都是有軸泵推,也就是說,有一根從潛艇內部伸出來的傳動軸,帶動泵噴推進器裡的螺旋槳,看起來嘩嘩往外噴水,實際上就是用一隻環形罩子把螺旋槳罩起來了而已。

無軸泵推就真是厲害了,看起來絕對黑科技,那就是中間的槳葉沒有軸,還轉得飛快,秘密就是把驅動電機設計在環狀罩殼裡,由於徹底跟傳動軸告別了,所以它的噪音水平最低,甚至低於海洋背景噪音,正是由於海軍工程大學馬偉明教授的傑出工作,使得我國直接跨過有軸泵推,使用無軸泵推,將我國潛艇的噪音水平一下子推到世界超一流行列。N


聯合防務



核潛艇的無軸泵推技術,通俗來講,就是取消機械傳動的傳動軸,使用電機控制,由於省去了傳動軸,潛艇的機械噪聲沒有了,更加安靜,而且電線的佈置更方便,更節約地方,潛艇無軸泵噴推進器已經成為下一代各國核潛艇所用的推進系統。那麼無軸泵推到底是怎麼樣的“黑科技”,比起傳統的推進系統又有哪些優點呢?無軸泵推的主要優點有以下幾個方面:



1.機械效率高。傳統的有軸泵推在推進過程中需要進行主軸傳動和變速,其機械效率一般為50%左右,高一點的為70%,熱效率就更低了。無軸泵推由於直接採用電動機且無傳動模塊,其起始機械效率就可以接近80%,而且隨著中國超導體的研究,機械效率只會越來越高。


2.航行噪音小。無軸泵推只能採用電動機作為動力,因此相比傳統的柴油機和機械結構,其本身的固有振盪頻率和機械接觸噪音非常之小。而同為電動機驅動的泵推系統,無軸泵推由於沒有傳動軸噪聲非常的小。相比之下有軸泵推的傳動軸在轉動輸出動力過程中不可避免的機械磨損和耦合振盪會產生相當大的噪音,這個噪音是很難通過消音瓦等進行消除的。


3.佔用空間小。有軸泵推其本質上還是利用傳動系統輸出動力,從能源段到輸出端中間佔據了相當一部分的空間。尤其是電動機/發動機-傳動軸-螺旋槳之間的水密問題,更是造船業的一大難題。無軸泵推在使用的時候由於發動機位於泵殼內,其動力來源只需要源源不斷的電力即可,且密封效果較好,不需要為水密系統再發愁。

綜上,無軸泵推技術突破對於潛艇尤其是核潛艇來說具有劃時代的意義,能夠顯著增強核潛艇的作戰能力。相比西方國家,我國在消音系統上已經獲得領先一代的突破,這是以馬偉明院士為首的軍工科研人員的突破,更是中國軍事科技力量上的突破。在未來,中國的海軍科技還會進一步發展,屆時我們將擁有在大洋上跟任何一個國家掰手腕的力量。


米曹說事


所謂無軸泵推,自然是相對於有軸泵推而言的,目前我國在“潛艇無軸泵推”領域的發展已經處於前列,甚至可以說我國該技術已經領先美國十年。

像是美國的“弗吉尼亞”級和“海狼”級核動力攻擊潛艇,都採用的是有軸推進器,這類潛艇以及其他使用該技術的水面艦艇的有軸推進器,都是通過推進器正中心軸上的轉子傳動軸來驅使推進器螺旋槳旋轉的,你可以把它想象成是一個“超大號的電風扇”。這種推進器通過向後噴射海水來維持推進的動力,通過泵的高速離心工作,使得進入入口內部的水流通過泵加壓並向後經過噴嘴。增加軸的好處就是可以以較低的速度來獲取較大有效的推進力度,這非常適合中低速的推進潛艇,如潛艇,有軸泵推技術也是目前最為常見的潛艇推進方式。

而至於無軸泵推是個什麼黑科技?相較於有軸泵推,無軸泵推沒有一系列驅動軸,是通過電流帶動電機直接運轉的,電機的定子都鑲嵌在扇葉外側的環形導管中。在運轉之時,定子和轉子之間存在一定空隙,在通電後由於電磁感應現象產生交變磁場來帶動葉片轉子運動。

除此之外,無軸泵推的最大優勢是其噪音更低,隨著各國反潛能力的大幅度提升,潛艇對降噪隱身技術方面的要求也變得日益迫切。當然各國海軍除了大力發展和研究消聲材料和水下水聲抑制設備等在傳播途徑中降噪的方式之外,還應充分考慮到聲音三要素中對噪聲源的抑制,而有軸推進器葉片的旋轉噪聲週期性強,處在中低頻率的噪聲強度較大、輻射距離遠且暴露在艇外直接向海洋環境中輻射潛艇推進時產生的噪聲,是各國檢測水下潛艇時最常檢測到的主要聲源之一。

無軸泵噴推進器各部件示意圖

因此,研究推進器水下輻射噪聲的聲場特性對提高潛艇隱身性至關重要,潛艇對新型低噪聲推進器日益緊迫的需求和技術開發催生了無軸泵噴推進器。無軸泵噴推進器水下噪聲更低,除此之外推進能力也更強,絕對是未來潛艇所必備的推進方式。

但無軸泵噴推進器仍存在研製難點,為了避免噪聲一直以重複的週期對外發射,所以無軸泵噴各部件就需要經過嚴格而複雜的模擬測試和水下噪聲實際測算。

我國在該領域已經有很大的突破,最新實驗中,無軸泵噴推進器在大約2倍葉頻中轉動部件的環型葉片轉子和靜止導管部件徑向聲壓級均大於軸向,葉輪徑向聲壓級小於軸向,三者均呈“8”字形分佈,而“8”字形的噪聲各方向頻率發射呈現週期律動到各個方向,充分抑制噪聲的週期性產生。

可以說,大力研製無軸泵噴推進器既能解決噪聲發出,也可以提升潛艇推進性能,絕對一勞多得,所以不愧為新一代的“水下黑科技”。


科羅廖夫


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


局座張召忠在80年代翻譯了湯姆·克蘭西的小說《獵殺紅十月號》,這部小說的“主角”——“紅十月號”戰略核潛艇(颱風級)就採用了噴射器和電動推進技術。採用這種技術的優點是,可以大大降低潛艇的噪音。湯姆·克蘭西構想中的這種先進的推進系統,與現在的無軸泵推系統比較類似。

馬偉明少將在接受央視採訪時表示,中國新一代攻擊型核潛艇(095型)將配備無軸輪輞驅動的泵噴推進系統,這是一種革命性的靜音推進系統。可以說,我國在無軸泵推系統方面的探索出於世界的領先地位。

在此之前,潛艇採用的泵噴推進系統均為有軸泵噴,最初是在80年代由英國皇家海軍的“特拉法爾加”級攻擊型核潛艇率先採用的。泵噴推進系統由兩組葉片串聯分佈於艇尾:一組固定,叫定子葉片;一組由主軸驅動,叫轉子葉片。定子葉片可以使水流流過轉子葉片前進行預旋,讓轉子葉片的進流條件得到改善,從而減小噪音。

這兩組葉片外面有一個前粗後細的柱型罩子(也叫環狀導管),一般由吸聲、減震的材料製造,可以有效阻斷葉片轉動產生的噪音。潛艇的泵噴推進器,定子葉片一般被設置在轉子葉片前面,噪音較小,但是推進效率低;但是魚雷的泵噴推進器,定子葉片放在後面,推進效率高、噪音較大。

我國現在搞出的這種輪輞驅動的泵噴推進系統,是將電動機安裝在環狀導管內部,將轉子葉片連接在環狀導管內部的旋轉帶上(由電動機驅動)<strong>。也就是說,驅動螺旋槳的大軸被取消了,這不僅大大降低了潛艇的輻射噪聲,還很好地節省了寶貴的艇體空間。


兵說


潛艇是“大洋黑洞”,其絕佳的隱蔽性讓敵人不寒而慄。一艘潛艇的噪聲水平是重要的指標之一。噪聲主要來源於三方面:螺旋槳噪聲、水動力噪聲、機械噪聲。

為了降低嗓聲,工程師們想盡了各種辦法。螺旋槳從五葉升級到七葉大側斜,噪聲明顯降低。

再給它加上環狀導管,屏蔽螺旋槳噪聲,用定子改善進流,就成了泵噴推進系統。

1979年,英國率先在“特拉法爾加”級核潛艇上使用泵噴推進器,隨後美蘇也在“海狼”級、“弗吉尼亞”級、“北風之神”級等核潛艇上使用。它被列為絕密技術,用罩子嚴嚴實實的包裹起來。

其實泵噴推進系統是傳統主機-傳動裝置-軸系-螺旋槳推進方式的衍生版,仍然用傳動軸系傳導動力,一頭連著主機,一頭連著螺旋槳。

有軸系就無法解決與艇身、螺旋槳之間的機械耦合噪聲,另外,減速器、離合器等也是噪聲重要來源之一。雖然減震浮筏、消聲瓦抑制噪聲效果顯著,但這條路已經走到了盡頭。要想繼續降低噪聲,必須尋找全新方案。

這時,一種全新的“無軸泵噴推進系統”(無軸輪緣推進系統)走進視野,對潛艇設計產生革命性影響。它的外觀和有軸泵噴推進器差不多,但內涵截然不同,它把軸系淘汰了!這可是核心部件啊。

環狀電機是動力來源,其定子固定在環狀導管上,內環的動子與螺旋槳合成一體。通電後,動子帶動螺旋槳旋轉,驅動艦艇前進。

這種設計實在巧妙,好處多多:

1、螺旋槳損傷降低,空泡減少。

傳統螺旋槳切割海水速度最快的槳尖,恰恰是最薄弱的,在海水反作用下損傷很大。而無軸泵噴模式裡,切割海水速度最快的部位變成了槳根,是最厚最結實的地方。螺旋槳損傷大大降低,還抑制了空泡產生。沒有螺旋槳軸,也降低了漁網纏繞風險。

2、噪聲低,省空間。

艦艇軸系長達幾十米甚至上百米,佔用空間大,噪聲大。無軸泵推沒有軸系,從根本上消除了傳動噪聲,使潛艇進入新境界,比“大洋黑洞”更安靜。軸系佔據的大塊空間,也能安裝其他設備,利用率大大提高。

3、推進效率高。

傳統推進系統,動力從主機經傳動系統、軸系層層傳遞到螺旋槳,能量損失大,機械效率在50%~70%左右。無軸泵推用電動機直接帶螺旋槳,機械效率高達80%以上,隨著系統優化還會越來越高。

4、密封性好。

傳統螺旋槳軸與艇體之間的密封很複雜。而無軸泵推用電纜傳輸電力和信號,各傳感器採集的數據也由電纜回傳,再不用為複雜的密封煩惱了。

5、佈置靈活,機動性高。

無軸泵推不受軸系限制,佈置方式靈活。可以佈置在艇尾,也可以佈置在艇身兩側,還可以多個推進器同時使用,為潛艇未來的超機動性奠定了基礎。和風漫談原創,禁止抄襲。

當然,無軸泵噴推進系統也有困難要克服:

1、消耗電力多,電機運轉要精確控制,需要綜合電力控制系統對全艇電能進行精確、高效的分配。

2、目前功率還不夠大,推動大型艦艇方面還需要進一步提升。

3、受到環形導管限制,電動機體積不能太大,又要提升動力,非常考驗設計和製造水平。

4、海水從電機轉子、定子間流過,帶走熱量提供冷卻。定子、轉子要用特殊材料的外殼包裹,以抵禦海水侵蝕。

無軸泵推系統的科技水平非常高,將使潛艇戰鬥力提高一大截。那如此先進的黑科技,是不是美國水平最高呢?不,在這個世界上美國還真不是處處領先。雖然其國防部從2004年就制定了Tango Bravo項目,研究無軸泵推技術,但並無確切成果產出。

事實上,在這個領域我們才是世界領先!

前段時間,我國著名科學家、中國工程院馬偉明院士帶領團隊攻克了中壓直流綜合電力技術,帶動了我國無軸泵推、電磁彈射、電磁炮等一系列先進技術迅速發展,為下一代潛艇和艦艇發展打開了廣闊空間。

這是無數軍工人日夜奮鬥的結果,他們的無私奉獻讓國防事業更強大,向他們致敬!


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