03.08 潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技?

小宇和小淇的跟班


潜艇的隐蔽性主要取决于她的静音性能,而“无轴泵推”指的又是一种推进技术,所以,无轴泵推能使潜艇的拥有更好的隐蔽性其实就得益于它拥有相比于传统推进技术更好的静音性能,那么这种无轴泵推技术究竟是怎样的呢?下面就来给大家详细解释一下。首先,顾名思义,

“无轴泵推”技术的原理主要就体现在“无轴”这两个字上面,而“无轴”这两个字的意思很明显就是指“没有传动轴”,再结合“泵推”的意思是“泵喷推进”,因此,所谓的“无轴泵推技术”把它拆开来理解其实就是“没有传动轴的泵喷推进系统”。接着,我们再来看一张图:

▲传统的螺旋桨推进系统简图

上面的简图就是一个传统的螺旋桨推进系统结构,从图中我们可以知道,这种螺旋桨推进系统的主要结构为:动力源+传动轴+螺旋桨,以及带动它们相互运转的一些小部件,比如齿轮(Gear)等,然后问题就来了,传动装置工作时各部件之间产生的机械噪音是不可避免的,再加上螺旋桨在水中高速转动也会产生明显的空泡噪音,所以就会导致这种传统的螺旋桨动力系统的噪音很大,而噪音的大小又是衡量潜艇性能好坏的一个重要指标,因此,为了尽可能减小潜艇产生的噪音,以提高她在大洋中的隐蔽性,就搞出来一种比螺旋桨推进技术有着更好静音性能的“泵喷推进技术”,如下图所示,就是一个后置定子式泵喷推进系统的结构简图(还不是无轴泵推):

▲泵喷推进结构简图(后置定子式)

从图中来看,我们可以发现这个泵喷推进系统其实也有类似“螺旋桨”的东西,其实内部我们看不见的地方同样也有传动轴,而跟螺旋桨推进系统最明显的区别就是泵喷推进系统的“螺旋桨”外部多了个罩子,那么这个罩子又是干什么用的呢?就是减噪和吸音,用来降低整个推进结构产生的噪音,因为这个罩子实质上是一个用吸音、减振材料制成的“环状导管整流罩”,用来控制推进装置内外水流的,同时还可以屏蔽内部流道内转子工作时产生的巨大噪音。罩子内部结构如下图所示:

▲罩子内部结构图

“环状导管整流罩”内部的则是转子和定子,转子其实就是我前面提到的“螺旋桨”,转动时产生推进力,至于定子,实质上相当于一个固定装置,用来固定外部的那个环状导管整流罩,除此之外,定子的作用还有给从外部进入转子的水流预旋,或者是缓冲转子产生的尾流,具体作用则是跟定子的位置有关,定子在转子前面时,此时的泵喷推进系统被称为“前置定子式”,定子的作用就是对水流进行预旋;而当定子在转子的后面时,此时则被称为“后置定子式”泵喷推进系统,定子的作用就是缓冲转子产生的尾流。这两种泵喷推进技术各有优点和缺点,“前置定子式”的噪音更小,但是推进效率低,而“后置式”的推进效率高,但噪音也更大。因此,考虑到隐蔽性问题,目前潜艇上用得多的是“前置定子式”泵喷推进系统。

▲无轴泵推结构简图

泵喷推进系统解释完,就可以继续来介绍题目中问到的“无轴泵推”了,前面提到,传统的泵喷推进系统仍然有传动轴,所以,传统装置产生的噪音就不可避免,而“无轴泵推”就没有这个顾虑了,因为在第一段就已经说了无轴泵推其实就是“没有传动轴的泵喷推进系统”,它的结构大概如上面的简图所示,桨叶固定在转子的内壁,由转子带动,而不用传动轴,转子和定子则是与电机一起被一个外壳包裹,通过电磁驱动原理,电机可以带动转子的运转,从而进一步带动桨叶的转动而获得推进力,与传统的(有轴)泵推即使相比,无轴泵推在结构上就已经避免了机械传动装置所带来的巨大噪音。因此,这就是无轴泵推给潜艇所带来的静音优势。下图为无轴泵推中的桨叶结构:

▲桨叶

最后总结一下,在静音性能的优劣上,无疑是:无轴泵推>传统有轴泵推>螺旋桨推进,只不过现阶段无轴泵推技术还处于摸索阶段,还没有哪个国家已经把这种技术实用化了,至于难点嘛,就是那个驱动电机,需要满足体积小、功率大这两个条件,体积小是为了能装进那个外壳罩子,功率大则是为了保证潜艇拥有足够的航速。当然,最重要的还是静音,静音性能不好的潜艇,跟一条咸鱼也没多大区别了。


哨兵ZH


核潜艇的噪音很大,这一方面因为核潜艇体积和吨位本来就大,另一方面也因为核潜艇的动力系统噪音较大,核潜艇的动力系统中噪音最大的就是螺旋桨和驱动轴。为了降低潜艇的螺旋桨推进噪音,过去世界各主要大国都使用了7叶低噪音螺旋桨来降低推进噪音,并且在美俄第三代核潜艇出现的时候,开始为潜艇的螺旋桨加装泵喷推进器。

图为俄罗斯的后置定子泵喷推进器。

泵喷推进器可以有效降低潜艇的螺旋桨噪音,他用一个外壳把螺旋桨套在里面,由此把潜艇的推进设备分为了三个方面:外壳、定子、转子。外壳就是泵喷推进器的筒型外壳,转子就是泵喷推进器内的螺旋桨,定子就是泵喷推进器上起到扰流和顺流作用的固定叶片。根据定子位置的不同,世界上的泵喷推进器可以分为后置定子和前置定子两大部分,其中欧美大量使用前置定子泵喷推进器,俄罗斯使用的是后置定子推进器。

图为无轴泵喷推进器。
前置定子推进器,可以利用定子对进入泵喷推进器的水流提前梳理,然后再由螺旋桨(转子)拨动水流,这样水流因为提前就已经被理顺,所以噪音较小,这种方式是降低潜艇噪音最好的办法。后置定子推进器则是转子在前、定子在后,转子首先拨动水流,然后再从定子处喷出,这样的好处是泵喷推进器喷出的水流是梳理整齐的,动能较大,有利于潜艇高航速航行。由此可见美俄对核潜艇的不同要求,美国追求低噪音,俄罗斯追求高航速。

图为潜艇的泵喷推进器结构图。

我国新研发的无轴泵喷推进是一种不同于现有泵喷推进器的新型泵喷推进器,他取消了潜艇的推进轴,完全利用电能进行推进,因此只需要保留定子和转子,这样潜艇上一大噪音源--推进轴就彻底消失了,这是电力推进带来的好处。无轴泵喷推进器的外壳内部是转子叶片,转子叶片直接固定在外壳的内壁上,环绕内壁旋转,定子则在其后,这样就既保留了潜艇的推进系统完整性,又进一步降低了潜艇噪音。

上图为俄罗斯式泵喷推进器,下图为美国弗吉尼亚级核潜艇的泵喷推进器。

无轴泵喷推进器的好处还有很多,比如他可以灵活布置,因为取消了推进轴,所以他布置的位置不受推进轴位置的限制,可以在潜艇上多个点进行布置,实现推进效率的最大化。此外,他还可以通过旋转推进方向来进行反推、侧推、上推、下推,这样潜艇就可以实现垂直的纵向移动、完全的水平移动,极大的提升了潜艇的机动性能,对于核潜艇争取有利的作战阵位非常有用。

图为无轴泵喷推进器。

所以说,无轴泵喷推进器算是潜艇上的一大开创性发明,他由我国的马伟明院士团队研发成功,对我国海军的整体技术水平提高有着深远的意义。


海事先锋


潜艇的泵推技术分两种

一种是有轴泵推,泵推技术是指将螺旋桨罩在一个导流罩之内,而螺旋桨产生的噪声由于导流罩的存在大大减小,但是潜艇无论是采用什么推进技术,目前最大的噪声源是轴系。

无论是电机还是然汽轮机,它都是有轴的,通过这根轴传送动力,而无轴就是取消轴系,通过把线圈直接驱动螺旋桨,也就是把螺旋桨叶嵌在圆形内环上,然后通过这个圆形内环的整体旋转带动叶片,而叶片直接作用于水。

而由于螺旋桨外环跟导流罩一体化,所以实现了外环通过线圈把电力转换为磁力,而通过磁力的变化驱动内环。以前的电机,需要由转子转动带动轴系,而通过轴系输出动力,由于轴系是有摩擦的,所以噪声很大。

这样的话由于在转动过程中,内外环靠磁力束缚,不产生摩擦,所以轴系噪声彻底消失,可以这样说无轴泵推跟有轴泵推的差距,就类似于五代机与四代机之间的差距,所以在螺旋桨静音技术上来说,可以说是一次革命。


李晓伟



核潜艇的无轴泵推技术,通俗来讲,就是取消机械传动的传动轴,使用电机控制,由于省去了传动轴,潜艇的机械噪声没有了,更加安静,而且电线的布置更方便,更节约地方,潜艇无轴泵喷推进器已经成为下一代各国核潜艇所用的推进系统。那么无轴泵推到底是怎么样的“黑科技”,比起传统的推进系统又有哪些优点呢?无轴泵推的主要优点有以下几个方面:



1.机械效率高。传统的有轴泵推在推进过程中需要进行主轴传动和变速,其机械效率一般为50%左右,高一点的为70%,热效率就更低了。无轴泵推由于直接采用电动机且无传动模块,其起始机械效率就可以接近80%,而且随着中国超导体的研究,机械效率只会越来越高。


2.航行噪音小。无轴泵推只能采用电动机作为动力,因此相比传统的柴油机和机械结构,其本身的固有振荡频率和机械接触噪音非常之小。而同为电动机驱动的泵推系统,无轴泵推由于没有传动轴噪声非常的小。相比之下有轴泵推的传动轴在转动输出动力过程中不可避免的机械磨损和耦合振荡会产生相当大的噪音,这个噪音是很难通过消音瓦等进行消除的。


3.占用空间小。有轴泵推其本质上还是利用传动系统输出动力,从能源段到输出端中间占据了相当一部分的空间。尤其是电动机/发动机-传动轴-螺旋桨之间的水密问题,更是造船业的一大难题。无轴泵推在使用的时候由于发动机位于泵壳内,其动力来源只需要源源不断的电力即可,且密封效果较好,不需要为水密系统再发愁。

综上,无轴泵推技术突破对于潜艇尤其是核潜艇来说具有划时代的意义,能够显著增强核潜艇的作战能力。相比西方国家,我国在消音系统上已经获得领先一代的突破,这是以马伟明院士为首的军工科研人员的突破,更是中国军事科技力量上的突破。在未来,中国的海军科技还会进一步发展,届时我们将拥有在大洋上跟任何一个国家掰手腕的力量。


米曹说事


目前世界上的潜艇一共有三种动力系统,第一种就是传统的驱动轴带动螺旋桨推进,一般来说螺旋桨叶片越多,噪音越小,动力越强,现代最先进的螺旋桨也只能发展到七叶片,当年苏联为了制造七叶大侧斜桨从日本东芝进口精密数控机床,就曾经引起了轩然大波,螺旋桨推进虽然制造简单,但是缺点也很明显,那就是噪音太大而且推进效率不高。


如何解决噪音问题呢?简单粗暴,直接在上面加个罩子不就行了(水流从罩子向后喷射,就是所谓的泵喷),于是就诞生了所谓的有轴泵推装置,这种推进器其实和螺旋桨没有什么本质区别,依旧还是使用驱动轴带动转子(螺旋桨)旋转产生反作用力推动潜艇前进,最大的区别就是在外面加了个罩子(环状导管)屏蔽了部分噪音,另外还安装了后置定子用来改善水流的流速和流场条件,一定程度的减少了噪音。这一推进装置首先由英国人的特拉法尔加级潜艇运用,而后美国的海狼级,俄罗斯的基洛级,法国的都先后运用了有轴泵喷推进器。
(美国弗吉尼亚级有轴泵推)

对比传统螺旋桨,有轴泵喷推进虽然减少了部分噪音,但是本质上并没有什么区别,可以说这只是一种过渡性的技术方案,所以从21世纪开始,以美国为首,各军事大国纷纷开始研制划时代的无轴泵喷推进器。所谓无轴泵喷推进就是取消了传统驱动轴,将螺旋桨叶片安装在环状导管(罩子)内侧,将动力装置集成在潜艇外部的环状导管内部,由电机带动整个环状导管内部桨叶一起旋转,从根本上杜绝了驱动轴这个最大潜艇的噪音源。


那么无轴泵推有什么优势呢?

第一、根据试验数据,同等体积的无轴泵推和传统的七叶大侧斜桨相比,推进效率高出20%左右,但是整体噪音却要小15分贝以上,对于以噪音大小判断先进程度的潜艇来说,这简直就是划时代的进步。

第二、无轴泵推将电机集成在潜艇外部的环形导管(罩子)内部,有效节省了潜艇内部空间,不仅能够让潜艇装载更多的导弹鱼雷,还能改善艇员的生活环境,而这些都是战斗力!


我国目前的潜艇运用的还是传统螺旋桨推进装置,并没有发展有轴泵喷推进器,所以噪音水平对比国外潜艇有不小的差距,也正是因为这样,美国人曾经嘲笑我们:中国潜艇只要一出港口,在大洋彼岸就被探测到了。在2017年5月30日播出的《焦点访谈》节目中,专题报道了海军工程大学电力电子研究所所长马伟明的先进事迹,其中就痛痛快快的打了美国人的脸,马伟明博士介绍了我国无轴泵推的进展,并且表示在这一领域已经领先美国十年以上,要领先就领先美国,可以预见,我国下一代潜艇必将结合全电综合推进,运用全新的无轴泵喷推进器,届时我国的核潜艇综合水平终于能够站上世界之巅!


军武吐槽君


潜艇从普通螺旋桨到七叶大侧斜螺旋桨到泵推,即将发展到无轴泵推,这成果和发展速度都令人感到太厉害了,想想上世纪80年代苏联从日本东芝偷偷购买了先进机床,得以生产出七叶大侧斜螺旋桨,使得潜艇噪音大幅减小,令美国人大为恼火的故事,这当时的“先进技术”这都成了上上一代技术了。

现在还是有很多潜艇使用螺旋桨,只是有很多已经使用有轴泵推了。这东西最早是英国使用的,“特拉法尔加”级、“机敏”级都采用了泵推,美国一看不错也为自己的“海狼”级、“弗吉尼亚”级研发装备了泵喷推进器,法国“梭鱼”级、俄罗斯“亚森”级都用上了泵推技术,这些都是有轴泵推,也就是说,有一根从潜艇内部伸出来的传动轴,带动泵喷推进器里的螺旋桨,看起来哗哗往外喷水,实际上就是用一只环形罩子把螺旋桨罩起来了而已。

无轴泵推就真是厉害了,看起来绝对黑科技,那就是中间的桨叶没有轴,还转得飞快,秘密就是把驱动电机设计在环状罩壳里,由于彻底跟传动轴告别了,所以它的噪音水平最低,甚至低于海洋背景噪音,正是由于海军工程大学马伟明教授的杰出工作,使得我国直接跨过有轴泵推,使用无轴泵推,将我国潜艇的噪音水平一下子推到世界超一流行列。N


联合防务


所谓无轴泵推,自然是相对于有轴泵推而言的,目前我国在“潜艇无轴泵推”领域的发展已经处于前列,甚至可以说我国该技术已经领先美国十年。

像是美国的“弗吉尼亚”级和“海狼”级核动力攻击潜艇,都采用的是有轴推进器,这类潜艇以及其他使用该技术的水面舰艇的有轴推进器,都是通过推进器正中心轴上的转子传动轴来驱使推进器螺旋桨旋转的,你可以把它想象成是一个“超大号的电风扇”。这种推进器通过向后喷射海水来维持推进的动力,通过泵的高速离心工作,使得进入入口内部的水流通过泵加压并向后经过喷嘴。增加轴的好处就是可以以较低的速度来获取较大有效的推进力度,这非常适合中低速的推进潜艇,如潜艇,有轴泵推技术也是目前最为常见的潜艇推进方式。

而至于无轴泵推是个什么黑科技?相较于有轴泵推,无轴泵推没有一系列驱动轴,是通过电流带动电机直接运转的,电机的定子都镶嵌在扇叶外侧的环形导管中。在运转之时,定子和转子之间存在一定空隙,在通电后由于电磁感应现象产生交变磁场来带动叶片转子运动。

除此之外,无轴泵推的最大优势是其噪音更低,随着各国反潜能力的大幅度提升,潜艇对降噪隐身技术方面的要求也变得日益迫切。当然各国海军除了大力发展和研究消声材料和水下水声抑制设备等在传播途径中降噪的方式之外,还应充分考虑到声音三要素中对噪声源的抑制,而有轴推进器叶片的旋转噪声周期性强,处在中低频率的噪声强度较大、辐射距离远且暴露在艇外直接向海洋环境中辐射潜艇推进时产生的噪声,是各国检测水下潜艇时最常检测到的主要声源之一。

无轴泵喷推进器各部件示意图

因此,研究推进器水下辐射噪声的声场特性对提高潜艇隐身性至关重要,潜艇对新型低噪声推进器日益紧迫的需求和技术开发催生了无轴泵喷推进器。无轴泵喷推进器水下噪声更低,除此之外推进能力也更强,绝对是未来潜艇所必备的推进方式。

但无轴泵喷推进器仍存在研制难点,为了避免噪声一直以重复的周期对外发射,所以无轴泵喷各部件就需要经过严格而复杂的模拟测试和水下噪声实际测算。

我国在该领域已经有很大的突破,最新实验中,无轴泵喷推进器在大约2倍叶频中转动部件的环型叶片转子和静止导管部件径向声压级均大于轴向,叶轮径向声压级小于轴向,三者均呈“8”字形分布,而“8”字形的噪声各方向频率发射呈现周期律动到各个方向,充分抑制噪声的周期性产生。

可以说,大力研制无轴泵喷推进器既能解决噪声发出,也可以提升潜艇推进性能,绝对一劳多得,所以不愧为新一代的“水下黑科技”。


科罗廖夫


潜艇噪音最大的来源被公认为螺旋桨,而近些年各国都研究的无轴泵退技术不但让噪音降低了一大截,而且还提高了推进效率,这是一项具有突破性的技术,但说白了就是全电推进系统在潜艇上的应用,要提升到黑科技程度恐怕还是有点过了!

潜艇的静音能力就是潜艇最大的战斗力,而潜艇的最大噪音其实就是螺旋桨,目前世界潜艇的螺旋桨发展到了第三代了,也就是无轴泵退技术的应用!

第一代传统的螺旋桨,一般叶片越多,加工越精细,螺旋桨噪音越小。当年苏联加工技术非常毛糙,因此潜艇的噪音水平比之美国核潜艇高了很多,苏联为了生产7叶片大侧斜桨,秘密从日本东芝引进高精密度数控机床,极大的降低螺旋桨噪音水平后,在大洋中与美潜艇发生相撞事件,引起轩然大波。之后美国调查后对东芝进行了史无前例的处罚和制裁。但是这种靠精密加工降噪方法终究遇到了天花板,最后哪怕降低1分贝就要付出10倍以上的代价!

第二代为有轴泵推技术。在传统螺旋桨降噪很困难后,英国率先在特拉法尔加级潜艇设计上灵光一现,给螺旋桨外侧加一个罩子包起来,这就是所谓的有轴泵推技术,这个罩子不但有效的隔绝螺旋桨产生的噪音,而且还能让水流向后推而不向外扩散,形成喷射效果,提高了螺旋桨的推进效率。

美国弗吉尼亚级有轴泵推

有轴泵推和传统螺旋桨推进没有什么本质区别,就是在外围加个隔音罩屏蔽部分噪音,还提高推进效率!英国人率先使用后,美国的海狼、弗吉尼亚级;俄罗斯、法国的核潜艇也都相继采用。我国这一时期发展的潜艇却很遗憾的并没有采用有轴泵推技术,这一时间段我国海军军费紧张,在一个青黄不接的年代,没钱研发新装备,我国并没有发展有轴泵推技术!等我国有钱后则直接一步到位发展无轴泵推了!

第三代无轴泵推技术。无轴泵退就是螺旋桨中间的驱动轴没有了,驱动变成了外围的“圆环罩”,螺旋桨安装在这个外围的罩子上进行转动!当然这可不是简单的将中间的轴变成圆环,美国人率先电机集成到这个圆环罩上,从根本上解决了驱动轴这个大的噪声源,据说能一下子降低潜艇10~15分贝的噪音;推进效率上也提高20%左右;而且潜艇电机集成到潜艇外部,没有了庞大的驱动轴,内部空间更大了,潜艇可以做得更小或者装更先进的设备,也可以改善官兵的生活环境,这些可都是潜艇的战斗力的体现!

我国的093、094核潜艇虽然很遗憾的还采用传统的螺旋桨推进,噪音被美国嘲笑一出港远在关岛就能听到。但我国却在无轴泵推技术上发展想到哪个好。2017年央视节目中,马伟明博士介绍了我国无轴泵推的进展,而且自信的表示这款产品要领先美国,而这项技术也必将用在095/096上,那么我国下一代核潜艇将采用全电推进系统,无轴泵推技术,噪音水平上势必大大降低,至少应该能追上美国弗吉尼亚级的中早期水平吧!

【据媒体爆料(小道消息),中国已经秘密的交付一艘无轴泵推技术核潜艇,媒体普遍猜测是一艘095早期型号服役,但个人认为应该是091或者092改进的无轴泵推的试验潜艇型号,以对我国无轴泵推效果的测试!这个消息目前无法确定是否属实!】

综上,无轴泵推技术是潜艇发展的一项新技术,能够有效降低潜艇噪音的同时,进一步提高潜艇的推进效率,这项技术在美国的新建造的哥伦比亚级核潜艇上已经开始应用,对潜艇发展具有划时代的意义!但是这项技术中国、俄罗斯、英国、法国的研究进度都不差,因此称为黑科技还算不上!还有,对于局座提到的“海带缠潜艇”来说,无轴泵推技术好像完美的给解决了!


狼烟火燎


我们先来了解下传统核动力潜艇的推进原理:

核潜艇的核心是核反应堆,核裂变释放的热量加热水,产生高压蒸气,高压蒸气推动汽轮机叶片飞速旋转,汽轮机大轴连接有螺旋桨,汽轮机一部分动能还带动发电机,发出电能供给艇上的通讯、探测、预警系统等。

以上是第一代核潜艇的推进原理,核潜艇极大地提高了潜艇在水下的续航能力,可以连续下潜数月而不上浮。

图释:最初的螺旋桨推进技术

续航能力解决了,但提供强大动力的螺旋桨噪声也达,高达110分贝左右,轴系振动是一个主要的噪声源,容易被声呐系统探测到,潜艇的最大的威胁就在于能出其不意,攻其不备,110分贝的高噪声困扰着潜艇隐身技术,各国都在想法设法降低核潜艇噪声。振动是世界级难题,核电站因为振动而延误工期的案例就有好几例,振动就会有噪声产。

除了改进螺旋桨叶片的角度、数量,一个革命性的改进是采用泵喷推进技术,泵喷技术就是给传统的螺旋桨加装了导流罩,海水在螺旋桨的驱动下从导流罩中间流过,形似从泵中喷出,导流罩对螺旋桨振动和海水振动起到了一个屏蔽作用,减小潜艇动力噪声,增强了核潜艇的水下生存能力,但仍存在传动轴这项技术最早是英国海军发明的,后来美国也有了,一直对我国实行技术封锁。

图释:英美的泵喷技术

我国已经装备的无轴泵推技术是在潜艇上用电能直接驱动电机旋转,电机中间是一个无轴泵,直接利用电磁力驱动泵的轮毂,轮毂上安装有叶片,由于电磁力可以通过非接触传递,这样就不需要刚性的大轴来传动动力,消除了原来大轴传动的振动噪声。

除此之外,由于除去了中间动力传动部分,将发动机效率提高了10%以上,这样在海里不需要很大的动力就可以获得原来速度,也可以降低噪声,最终将噪声降低至90分贝左右,这个分贝高度的声音就相当于大海背景的噪声,将核潜艇隐身在大海里,提高了潜艇的生存能力。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


潜艇是“大洋黑洞”,其绝佳的隐蔽性让敌人不寒而栗。一艘潜艇的噪声水平是重要的指标之一。噪声主要来源于三方面:螺旋桨噪声、水动力噪声、机械噪声。

为了降低嗓声,工程师们想尽了各种办法。螺旋桨从五叶升级到七叶大侧斜,噪声明显降低。

再给它加上环状导管,屏蔽螺旋桨噪声,用定子改善进流,就成了泵喷推进系统。

1979年,英国率先在“特拉法尔加”级核潜艇上使用泵喷推进器,随后美苏也在“海狼”级、“弗吉尼亚”级、“北风之神”级等核潜艇上使用。它被列为绝密技术,用罩子严严实实的包裹起来。

其实泵喷推进系统是传统主机-传动装置-轴系-螺旋桨推进方式的衍生版,仍然用传动轴系传导动力,一头连着主机,一头连着螺旋桨。

有轴系就无法解决与艇身、螺旋桨之间的机械耦合噪声,另外,减速器、离合器等也是噪声重要来源之一。虽然减震浮筏、消声瓦抑制噪声效果显著,但这条路已经走到了尽头。要想继续降低噪声,必须寻找全新方案。

这时,一种全新的“无轴泵喷推进系统”(无轴轮缘推进系统)走进视野,对潜艇设计产生革命性影响。它的外观和有轴泵喷推进器差不多,但内涵截然不同,它把轴系淘汰了!这可是核心部件啊。

环状电机是动力来源,其定子固定在环状导管上,内环的动子与螺旋桨合成一体。通电后,动子带动螺旋桨旋转,驱动舰艇前进。

这种设计实在巧妙,好处多多:

1、螺旋桨损伤降低,空泡减少。

传统螺旋桨切割海水速度最快的桨尖,恰恰是最薄弱的,在海水反作用下损伤很大。而无轴泵喷模式里,切割海水速度最快的部位变成了桨根,是最厚最结实的地方。螺旋桨损伤大大降低,还抑制了空泡产生。没有螺旋桨轴,也降低了渔网缠绕风险。

2、噪声低,省空间。

舰艇轴系长达几十米甚至上百米,占用空间大,噪声大。无轴泵推没有轴系,从根本上消除了传动噪声,使潜艇进入新境界,比“大洋黑洞”更安静。轴系占据的大块空间,也能安装其他设备,利用率大大提高。

3、推进效率高。

传统推进系统,动力从主机经传动系统、轴系层层传递到螺旋桨,能量损失大,机械效率在50%~70%左右。无轴泵推用电动机直接带螺旋桨,机械效率高达80%以上,随着系统优化还会越来越高。

4、密封性好。

传统螺旋桨轴与艇体之间的密封很复杂。而无轴泵推用电缆传输电力和信号,各传感器采集的数据也由电缆回传,再不用为复杂的密封烦恼了。

5、布置灵活,机动性高。

无轴泵推不受轴系限制,布置方式灵活。可以布置在艇尾,也可以布置在艇身两侧,还可以多个推进器同时使用,为潜艇未来的超机动性奠定了基础。和风漫谈原创,禁止抄袭。

当然,无轴泵喷推进系统也有困难要克服:

1、消耗电力多,电机运转要精确控制,需要综合电力控制系统对全艇电能进行精确、高效的分配。

2、目前功率还不够大,推动大型舰艇方面还需要进一步提升。

3、受到环形导管限制,电动机体积不能太大,又要提升动力,非常考验设计和制造水平。

4、海水从电机转子、定子间流过,带走热量提供冷却。定子、转子要用特殊材料的外壳包裹,以抵御海水侵蚀。

无轴泵推系统的科技水平非常高,将使潜艇战斗力提高一大截。那如此先进的黑科技,是不是美国水平最高呢?不,在这个世界上美国还真不是处处领先。虽然其国防部从2004年就制定了Tango Bravo项目,研究无轴泵推技术,但并无确切成果产出。

事实上,在这个领域我们才是世界领先!

前段时间,我国著名科学家、中国工程院马伟明院士带领团队攻克了中压直流综合电力技术,带动了我国无轴泵推、电磁弹射、电磁炮等一系列先进技术迅速发展,为下一代潜艇和舰艇发展打开了广阔空间。

这是无数军工人日夜奋斗的结果,他们的无私奉献让国防事业更强大,向他们致敬!


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