中国领先美国的潜艇无轴泵推技术,它究竟厉害在哪里?

2021-01-16 19:36:05 52赫兹实验室

对于潜艇来说,它最大的特点就是"出其不意,攻其不备",因此潜艇的静音水平,直接影响着潜艇的生存能力和攻击性能。

而潜艇的噪音最大来源之一就是推进装置。想要减少潜艇的噪音,就必须从推进装置上下功夫!

这里就要说到中国工程院,马伟明院士研制的"无轴泵喷推进器",它将应用在中国下一代核潜艇上。毫不夸张的说,这项技术领先美国十年。

那么什么是无轴泵喷推进呢?它究竟厉害在哪里?

这里先给大家科普下潜艇的推进装置,主要分为下面三大类:螺旋桨推进器,泵喷推进器,磁流推进器。

先来说说说螺旋桨推进器。

大家如果细心观察,日常船舶在海洋行驶中,你会看到很多都使用四叶螺旋桨作为推进器,也就是螺旋桨上有4片叶片,它可以有效的推动着船进行移动。

但是潜艇跟它们不一样,现在最先进的使用的是七叶大侧斜螺旋桨。

为啥使用这种方式呢?

我们知道螺旋桨在高速旋转时,加速叶片上的水,水流速越快压力越小,就会产生了大量的泡泡,这些泡泡的学名叫做空泡。

这些空泡在海水的压力下会迅速破裂,破裂会产生强烈的冲击波,会产生大量的噪音,从而会暴露潜艇位置。

为了减少空泡的产生,降低潜艇噪音,并且还要有更高的推进效率,于是就产生了低速多叶大倾角螺旋桨的设计。

这里肯定有杠精要问了,为什么要使用七个呢?

简单来说,就是奇数的叶片可以不让其他叶片正好在共振频率上,这样可以更有效的降低噪音。

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?于是就产生了泵喷推进器,泵推顾名思义就是"像水泵一样推进"。

它的外部设有渐扩式导管,就像飞机的进气道一样,可以将流入的水流减速,从而提高驱动的效率,并且可以延缓空泡的产生,从而提升动力效率。

而这其中又分为,有轴泵喷推进器和无轴泵喷推进器两类。

先来说说有轴泵喷吧,说简单点就是泵喷上面加个罩子,这样水流从罩子向后喷射。

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螺旋桨旋转。产生反作用力推动潜艇前进,它只是一定程度上,减少了螺旋桨旋转产生的噪音。

想要进一步提高效率,那怎么办呢?

这里就要说到,中国工程院马伟明院士,研制出来的无轴泵推技术。

这种技术取消了传统的驱动轴,将螺旋桨叶片安装在环状导管内侧,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。

它的优势是减掉了潜艇的两大噪音源,一个是螺旋桨翼尖空泡噪音,另一个就是驱动轴传动噪音。有轴泵喷泵推只能消除螺旋桨翼尖空泡噪音,而无法进一步消除驱动轴传动噪音。

同时又由于无轴泵推的动力发生源是在潜艇外面,这样大大节约潜艇内部空间,潜艇的战斗力也得到极大的提升。

另外,无轴泵喷还可以灵活布置,可以在潜艇的尾部任意区域选择布置,提高推进效率,甚至可以反转,实现倒车。连马伟明院士自己都已经说得很清楚了,领先就领先美国。

那有人会说啦,不就是把传动轴去掉嘛,这看似很简单的。

但是这里面的难度可不小哟!

小鲸为什么这么说?

无轴泵推技术要面对两个难点:

第一个就是小型化的问题。我们知道潜艇主动力装置相当庞大,那么大的东西,你要做在一个泵喷射器的外圈外壳里面,小型化技术很难。

第二个就是它的可靠性要求很高。主推力电机装在泵推里面,而不安装在艇内,也就是说如果在航行中出了毛病,你是没法检修的,没法采取其他措施的。

关于有轴泵推和无轴泵推,你可以这样理解:

比如我们平时的自行车是有轴的,动力传给轴上的飞轮使车子前进。

现在咱们发明一种单独巨大轮子的自行车,圆心没有轴,人坐在轮子中间,动力由小齿轮加到圆周上使车子前进,无轴泵推技术就可以理解成这种自行车的改进型。

无轴泵推系统虽然好,但仍然还是传统机械动力系统,只不过驱动方式改成是用电力驱动而已。

还有比这个更牛叉的,它就是磁流体推进器。

这玩意简单来说就是在舰艇上安装电磁铁,通电后电磁铁所处的海水中会有磁场线通过。

这个磁场能对导电的海水产生电磁力作用,与此同时产生与磁力垂直的电流,之后在磁场与电流的相互作用下,船舶与海水产生大小相等反向相反的作用力,从而推动舰艇前进!

推进全程没有机械振动和叶片转动,理论上不会产生噪音。可以让潜艇在几乎绝对安静的状态下以极高的航速航行。

但是目前这种技术还停留在实验室阶段,应用到潜艇至少还要一段很长的时间。

同时由于磁流体推进技术的核心是电磁力。说白了,关键还是电机技术,这就需要综合电力控制技术,对艇上的电能进行更精确、更有效率的分配。

因此,马伟明院士另一项成果,也就是综合电力系统又将再一次发挥关键作用。

要不怎么说马院士是国宝级专家呢,这里简单说几个他的成就吧。

比如他研制出世界上第一台交直流发电机系统,让中国潜艇真正拥有了 "中国心"。

他研究出电磁弹射,让中国成为继美国后第二个在该领域取得巨大成就的国家。

他研究出中压直流综合电力系统,被认为是船动力的第三次革命,这种技术让科幻电影中的电磁炮、激光武器等高能武器上舰变成可能。

最后小鲸想说:

中国现在在各行各业能够取得很多重大的成就,与无数默默奉献的科学家们密不可分。

正是因为他们的付出,才创造出了我们现在的生活,才让我们从一个一穷二白的国家,成长为一个连美国都不敢小看的国家。

而马伟明院士的成就,更是让中国船动力技术,实现了从落后到引领的跨越,让中国多款核心尖端技术装备实现了对美国的弯道超车。

尤其是潜艇方面,目前制约我国潜艇性能的各路关节已经打通,那么接下来我们只需要将期待交给时间。

小鲸相信呢,要不了多久,一款代表着世界顶级水平的,新型核潜艇就会出现在我们的视野里。

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