育儿闲谈

在我们印象中，船无非就是在尾部吊装一个或几个螺旋桨以进行推进，如上图福特号航母这般。

然而，不少非军迷朋友所不了解的是，诸如美国海狼级核潜艇，英国机敏级等先进核潜艇，却是使用“泵射推进”。

而像美国濒海战斗舰等这样的高速舰使用的又是“喷水推进”，咱们先说后者，因为两者极为类似。

何为喷水推进？

上图为美国濒海战斗舰独立号，它使用的就是“喷水推进”。

使用“喷水推进”的舰船，我们任何时候都甭想看到它的螺旋桨，最多只能看到上图那4个装置。

怎么运作的？

运作的大概原理就如上面的剖视动图。静态图如下：

推进时，就是下图这样子。

据一些资料上说，某大型船只上的喷水推进装置，其总流量非常惊人，相当于美加边界的尼亚加拉瀑布的平均水流量。

图片来自Jim2B。

到这里，有的网友会有疑问，传统的螺旋桨外露推进，可以方便转向和倒车。而使用喷水推进的船只又是如何实现拐弯和倒车的？

倒车很简单，原理恰如上面的动图。

而转向的原理，咱们来看看美国濒海战斗舰独立号的变种姊妹舰，USS Tulsa (LCS-16) 塔尔萨号。

塔尔萨号安装4个喷水推进，全功率推进时，每秒的水流量24000加仑，合每秒90吨水流量。

作为对比，我国黄果树大瀑布水流量一般保持在每秒8至12吨，当然，黄果树片区普降大雨时例外（最大时，黄果树大瀑布水流量高达每秒690吨）。

濒海战斗舰上的每一个“喷水推进”装置都如此灵活，这让濒海战斗舰相比于其他战舰，操作更灵活。

泵射推进

“泵射推进”与“喷水推进”原理是相似的，只不过，前者用在核潜艇上，后者多用在军舰和民用船舶上。

一个在水面，一个潜行于水下，我们总不能期望它们的推进装置长相一样，称呼还一样。

老式潜艇上的螺旋桨，图片来自Weston Westmoreland。

而现代的先进核潜艇是看不到螺旋桨的。

某些先进核潜艇的泵射装置如上图，而实物图如下：

图片来自美国海军研究所的Jeff Head。

上图为造价23亿美元的美国弗吉尼亚级攻击型核潜艇，因为核潜艇都是各大国的核心机密，故这艘弗吉尼亚级攻击型核潜艇上浮时，其泵射装置是用一块布遮挡起来的，其内部结构无法知晓。

因此，我们只能通过上面这张大概的参考图来略知一二，而实际结构可能会出入很大。

总之，我们只要知道，泵射推进跟喷水推进有一点是类似的，都是用“管子”将螺旋桨包起来。

有哪些优势？

核潜艇使用泵射推进，核心出发点就是为了静音。螺旋桨外漏容易产生空泡噪音，这会让核潜艇难以成为真正意义上的“大洋黑洞”。

上图为螺旋桨在水中产生空泡的高速摄影图。空泡的产生跟压力密切相关，而用“管子”把桨叶包起来后，管子里的水流很急，桨叶受到的动压很大，空泡不容易产生。

美国海军工程试验站为了对比泵射推进和普通螺旋桨推进时的噪音。他们上世纪曾经做过对比实验，结果表明，泵射推进比普通的螺旋桨推进最高可低20分贝左右，差距非常大。

而在舰艇上使用喷水推进，最大的好处是操纵性和倒车性能优越；舰体外的附件少，减少了阻力。

另外，跟外露螺旋桨相比，使用喷水推进的船可在浅水活动，因为只要入水口被淹没就行。还有就是，因为旋转部件是包裹起来的，所以里面的桨叶能得到很好的保护，不会切割外面的礁石和鱼儿。

鲸鱼背上的累累疤痕，拜某条船的上的螺旋桨所赐。

也正因此，一些救生艇也使用喷水推进。原因不难理解，我们得把人完完整整地救上船，而不是弄成几块后……

出品：科普中国

制作：寒木钓萌

监制：中国科学院计算机网络信息中心

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本文由科普中国融合创作出品。

寒木钓萌

我是萨沙，我来回答。

很简单，原因如下：

第一，降低噪声。

这是最主要的目的，也是几乎唯一的目的。

对于核潜艇来说，低噪声比一切都重要。噪声越低，就意味着潜艇生存能力越强，战斗力越强。敌人的声呐不能有效发现核潜艇或者发现的距离较短，就意味着己方核潜艇就可以占据绝对优势。

美军新一代核潜艇，采用泵射推进以高航速航行时，噪声已经很接近海洋报警噪音。

比如著名的海狼型核潜艇。

第二，效率更高。

泵射推进的效率大大高于螺旋桨。

第三，便于在浅海作战。

随着苏联的垮掉，美军已经的战略从深海转移到浅海，对手也逐步变为常规潜艇。

泵射推进更适合在浅海作战，符合美军战略的变更。

总之，泵射推进是潜艇的未来。

萨沙

2017年5月30日，中国中央电视台播发报道，称中国工程院院士、中国武汉海军工程大学马伟明少将所在团队研制的“潜艇用无轴泵喷推进器”，在技术领先美国十年。中国的下一代核潜艇上，将用上中国自主研发的“无轴泵喷推进器”。

大家知道，潜艇按所用动力装置来分类，可分为常规动力潜艇与核动力潜艇两大类。按所用推进装置来分，可分为螺旋桨推进器潜艇与泵喷推进器潜艇两大类。

泵喷推进器，是一种比螺旋桨推进器运行噪声更小、推进效率更高、技术上更先进的推进器。

潜艇用推进螺旋桨在运行时，由于叶片振动及空泡的存在，会产生很大噪声。这种噪声辐射到海水中后，容易被敌方反潜声呐捕捉到。

为降低潜艇推进螺旋桨的运行噪声，人们想了很多办法。其中一种办法就是给潜艇配备七叶大侧斜螺旋桨。潜艇是否采用七叶大侧斜推进螺旋桨，曾是潜艇是否先进的一个标志。七叶大侧斜螺旋桨，是一种噪声较低的推进装置。

但七叶大侧斜螺旋桨并不是一种完美的推进装置。

科学家与工程师经过反复试验发现，如果在螺旋桨外面罩上一个隔音隔振的导流罩，就可进一步降低螺旋桨的运行噪声。

科学家与工程师继续研究下去，就弄出了一种比螺旋桨推进器更先进的潜艇用推进装置——泵喷推进器。与传统的螺旋桨推进器相比，泵喷推进器在外观上的最大特点是，它的推进桨叶，被包裹在一个环形导流罩内。

泵喷推进器在大幅提高推进效率的同时，辐射出的噪声比七叶大侧斜螺旋桨还要低很多。

最早在潜艇上使用泵喷推进器的国家，是英国。步英国后尘，美国人也为自己的核潜艇开发了泵喷推进器。目前，英国的“特拉法尔加级”“机敏级”、与美国“海狼级”“弗吉尼亚级”等先进攻击核潜艇上，都采用了泵喷推进器。美国正在规划中的下一代战略导弹核潜艇“哥伦比亚级”，也铁定要使用泵喷推进器。

因受时代与技术的限制，截至目前，欧美国家所有先进核潜艇使用的“泵喷推进器”，都是“有轴泵喷推进器”。

“有轴泵喷推进器”在结构上，由固定不动的环形导流罩与其内的螺旋桨两部分组成。螺旋桨的作用是驱动海水从导流罩内部流过，从而产生推力。但它的螺旋桨，仍是由一根来自潜艇耐压壳内的传动轴驱动的。这根传动轴，一头连着潜艇艇内的蒸汽轮机或电动机，一头连着螺旋桨的中心轴。

采用“有轴泵喷推进器”的潜艇，仍有贯穿艇体耐压壳的传动轴系存在。因而，潜艇在航行时，这个传动轴系与艇体、传动轴系与泵喷推进器之间，会相互影响而产生可暴露潜艇行踪的噪声。

所有的电动机，都由定子与转子两大部分构成；泵喷推进器，也由外部的环形导流罩与罩内的推进桨叶两部分组成。

在“无轴泵喷推进器”中，电动机的定子被集成在环形导流罩中，与环形导流罩合二为一了；电动机的转子则与导流罩内的推进桨叶融为一体了。

或者说，在“无轴泵喷推进器”中，其推进桨叶，是直接由安装在导流罩内的电动机驱动的，而不是由来自艇体内发动机或电动机的驱动轴驱动。

“有轴泵喷推进器”推进桨叶，由中心轴驱动。而“无轴泵喷推进器”的推进桨叶，由导流罩内的电动机从四周驱动，根本就没有中心轴。潜艇在配置“无轴泵喷推进器”后，其推进器与潜艇耐压壳内的汽轮机或电动机之间，不再有复杂的机械轴系联系。因为在“无轴泵喷推进器”中，驱动泵喷推进器的电机、推进桨叶、环形导流罩已被集成到一起了，或说一体化了。

“无轴泵喷推进器”与艇体耐压壳内的动力装置，只存在电缆联系。电缆负责将潜艇艇体内的电力与控制信号，传送到“无轴泵喷推进器”上；“无轴泵喷推进器”上配装的各种监控传感器收集的数据，也通过电缆回传到潜艇艇内，供潜艇操作人员决策用。

潜艇采用“无轴泵喷推进器”的好处很多：

第一，因为没有“有轴泵喷推进器”上那根来自潜艇艇体内的主传动轴，所以它在运行时，就没有了主传动轴系产生的噪声。

第二，由于“无轴泵喷推进器”是把电机布置在艇体外部的环形导管上，所以还能节省潜艇艇体舱内的宝贵空间；

第三，“无轴泵喷推进器”与艇体内部只存在电缆联系，所以它的布置非常灵活。它可以装在潜艇尾部正中轴线上，也可装在潜艇尾部两侧，还能设在潜艇的各种舵上。甚至可设置在潜艇艇体内，与潜艇融为一体。在潜艇艇体前后各开一个口子，两个口子之间的导流管内，就可放置“无轴泵喷推进器”。

有人觉得“无轴泵喷推进器”技术很神秘，这是一种误解。实际上，舰船用“无轴泵喷推进技术”，与民用电动汽车及电瓶车上使用的“无轴驱动技术”有很深渊源。

我们常见的电瓶车及某些电动轿车中，就使用了“电动机直接驱动车轮技术”。“电动机直接驱动车轮技术”，就是一种“无轴驱动技术”。因为使用这种驱动技术的电动轿车与电瓶车，驱动车轮前进的动力，是由安装在车轮上与车轮已合为一体的电动机驱动的。装在车轮上的电动机，与发动机之间，只有电缆联系。而在普通汽车上，其发动机舱内发动机产生的动力，需要通过变速箱与复杂的轴系作中介，才能传递到车轮上，以驱动车轮转动。

在“无轴泵喷推进器”的研制方面，中国起步稍晚于美国，但进步神速。从目前的研究情况来看，在该项技术的研发上，中国已超越美国而处于全球领跑者地位。

但“无轴泵喷推进技术”要实现工程化应用，要成功应用到潜艇上去，还需要解决一系列技术难题。

首先，需要解决舰船舶综合电力技术实用化难题。因为无轴泵喷推进器的转子叶轮是使用大功率电动机驱动的。这些电动机一方面是耗电大户；另一方面因潜艇的航速变化范围大，所以这些电动机工作时对电力的需求，也是在随时变化的。潜艇需采用综合电力系统，才能对发动机提供的电力实施精确化调度，从而使“无轴泵喷推进器”在得到足够与持续的电力供应时，潜艇上其它设备与武器装备的用电，也可得到满足。

这一个难题，对中国来说，已不是难题。因为中国工程院院士、中国武汉海军工程大学马伟明少将领导的科研团队，已完成第二代船舶综合电力系统——中压直流船舶综合电力系统的研发工作，这是一种领先欧美一代的先进技术。

英国45型驱逐舰、美国“福特级”航母上使用的是第一代船舶综合电力系统技术，即中压交流船舶综合其次，需研制出功率大、体积小、重量轻的驱动电机。排水量几千甚至上万吨的核潜艇，如果仅配装一台“无轴泵喷推进器”的话，这台推进器的可用功率，就得达到几万马力。这台推进器所用的电动机，在功率足够大的同时，还必须具备体积小、重量轻特点。否则，它根本装不进“无轴泵喷推进器”的环形导流管内。

三是“无轴泵喷推进器”所用电动机，要能在高盐高腐蚀性的环境中长期工作。“无轴泵喷推进器”的内置电机，必须暴露在恶劣的水环境中，以让海水流过电动机定子和转子之间的间隙，带走电动机产生的热量，从而完成对电动机的冷却任务。所以，电动机定子和转子的外壁，都需要采用特殊的防护设计。“无轴泵喷推进器”的导流罩对电动机起到机械防护作用，也需要专门设计。据说中国武汉理工大学的科学家，已初步解决了“无轴泵喷推进器”电动机防护设计难题。电力系统技术。

猴子军师

螺旋桨在船舶上的应用，到现在已经有超过两百年的历史了。最早提出螺旋桨用于船舶具有更好的优越性，是在1752年～瑞士物理学家伯努利第一次提出了螺旋桨比在它以前存在的各种推进器优越的报告，他设计了具有双导程螺旋的推进器，安装在船尾舵的前方。而第一个实验动力驱动螺旋桨的则是美国人斯蒂芬，他在1804年建造了一艘7.6米长的小船，用蒸汽机直接驱动，在哈得逊河上做第一次实验航行，当时最高航速达到了14.8公里/小时。到如今螺旋桨已经成为各类船舶的绝对主力，主要优点有技术成熟度高，传动效率较高，维护简便，生产成本较低，使用寿命长等诸多优点。螺旋桨发展到现代，军舰和潜艇一般都使用大倾斜螺旋桨，水面舰艇一般用五叶的多，而潜艇一般用七叶的多。

驱逐舰的五叶大倾斜螺旋桨

大倾斜螺旋桨应用于军舰和潜艇后，传动效率和静音效果都走了明显的提高，但是与此同时声纳的进步也从未停歇。现代可变深式拖拽线列阵声纳的出现，使潜艇的螺旋桨发出的噪声变得易于探测，不仅探测距离越来越远，而且探测精度也越来越高，而且如同雷达一样，还具备了多目标探测的能力。这就对传统螺旋桨潜艇提出了不小的挑战，直接关系到了潜艇的水下生存率。而更安静和更快的潜艇才能有更多机会得以存活～于是潜艇只有想办法寻求新的途径来降低噪声和推进效率，在这种情况下，泵推进技术，就应运而生。时间追溯到上世纪80年代，一向喜欢研究新型海军装备的英国在“特拉法尔加”(Trafalgar)级攻击型核潜艇上率先装备了一种新型的泵喷推进器，这种推进方式可以有效降低潜艇的辐射噪声，因而倍受世界各海军强国的关注，于是乎都跟着上了泵推进技术的研究和应用。

新型泵推进加消声瓦的使用，不仅使潜艇的噪声得以有效降低，让声纳探测变得困难，而且使水下排水量达5298吨的特拉法尔加级潜艇使用25000马力的功率，达到了惊人的32节最高航速，相当于这个大家伙在水下以接近60公里/小时的速度在飞奔！由于泵推进技术对于潜艇来说有如此巨大的优越性，于是乎各海军强国争先恐后地抓紧时间研发，紧随其后的就是美国和俄罗斯。

潜艇泵推进技术外形图

潜艇泵推进技术三位图

为什么泵推进技术一问世就受到海军强国的青睐和跟进呢？这是其技术的先进性决定的。泵推进技术的特点归纳起来有几点(一)、噪声低。泵喷推进器的转子在导管内部，导管可起到屏蔽和吸声的作用，另外，位于前方的定子可以使转子进流场更均匀，从而减少转子的脉动力，降低推进器的线谱辐射噪声。另外，泵喷推进器旋转叶轮(转子)的直径一般小于螺旋桨，在相同转速下，泵喷推进器桨叶的旋转线速度较低，可以降低推进器的旋转噪声。国内外研究和应用的结果表明：低航速下，泵喷推进器的低频线谱噪声比七叶大侧斜螺旋桨小15分贝以上，宽带谱声级总噪声下降10分贝以上：高航速下，泵喷推进器的降噪效果更为明显。（二）、推进效率高。泵喷推进器的定子(无论前置或后置)可以减少推进器尾流中的旋转能量损失，增加有效的推进能量：泵喷推进器的导管(无论是减速导管还是加速导管)可以减少转子叶稍滑流损失、增加有效推力，从而提高泵喷推进潜艇的推进效率。泵喷推进器与艇体匹配良好的泵喷推进潜艇，其推进效率可达到0．8～0．85。

因为泵推进技术的优点明显，所以各海军强国用作潜艇动力系统后，逐步向水面舰艇延伸，尤其是担有反潜任务的驱逐舰。因为潜艇跑得快了，水面舰艇的航速也要跟的上，不然一转眼找不到了还反什么潜？另外，面对安静到接近海洋背景声音的新型泵推潜艇，驱逐舰本身安装的传统螺旋桨噪声太大，不利于随舰装备的先进声纳发挥其性能。于是乎，不差钱又有技术的各新老牌海军强国的水面舰艇，尤其是驱逐舰，推进系统自然就跟进使用泵推进技术了。

朱姆沃尔特的AWJ-21水喷射推进系统

地主之仪2

第一代是螺旋桨用水推水，第二代泵式用水喷水，下一代应该是高压发动机涡轮增压混合高效燃油喷射用气喷水，再下一代就应该是电磁分离水分子用离子体喷水，最后一代应该是曲率推动了，上天入水。

我臆想的下一代燃气喷射式的构想是这样：试想一下，用一个几个航空/航天发动机按在船头。进气口放船头上吸气，吸气时顺便把风阻先破掉，出气口放船头水下，用能让客机或者航天飞机级别的燃气喷射的燃气推力作用到水里，不是推空气而是推水（水比空气重，反作用力应该更大），然后燃气在水里的气泡又成为超空泡效应，托起船底又减小了船体水的阻力。最后理想的速度应该想象为把无人机航母在水里开得像导弹或者飞机一样快（或者你想象把航天飞机的机尾摁在水里把飞机当船开），这样无人机航母可以24小时打击全球。

下一代船的设计思路肯定不是现在开放式的，一定是上下外壳全包起来，做得和火箭一样通体光滑，而且满足船体超高速行驶要么是无人船，要么是直接飞行员座舱，作战时一岗一位，不可能像现在一样开船时还可以船员走来走去。

只是这种船作战时一路开，一路都是烤熟的海鲜

一心一意行不行

不邀自答，手机作答，没有图片，见谅。

螺旋桨和泵喷推进器各有优缺点

螺旋桨结构简单，没有额外的附加重量，空泡数不高的情况下效率还是可以保证的，缺点是抗空化性能差，高速后效率下降，噪声严重。当然也有专门针对空化设计的螺旋桨——表面桨，可以保证高速效率，但是低速效率较差，而且噪声较大。另外，螺旋桨还容易缠渔网或打伤水下生物，一般救生艇都不用螺旋桨。而且单个螺旋桨扭矩是不平衡的，一般需要调整舵角平衡或成对使用或对转螺旋桨。

泵喷推进器，有前置定子、后置定子之分，前置定子推进效率好些，后置定子噪声性能好些。泵喷推进器较螺旋桨，抗空化性能好，噪声低，所以对于噪声要求苛刻的潜艇采用泵喷推进器，水下探测主要靠声纳，噪声高了就暴露自己了，同时会增加鱼雷声自导的作用距离，提高被鱼雷命中的几率。另外，泵喷推进器由于有定子的存在，扭矩是自平衡的，且安全系数高。缺点主要是太重了，尤其是导管，占用排水量较多。

聆风行

螺旋桨不管是用在船上还是潜艇上当它运转的时候在水下的噪音是非常大的，潜艇如果用螺旋桨的话在水下的噪音可以达到60-70分贝，在水面的噪音也能达到65分贝以上，所以，为了降噪，就把潜艇的推进系统做成了磅射系统！这套系统最大的优点在于安静，在水下的噪音能达到40-50分贝！在水面的噪音可以达到55分贝，相对来说还是很安静的！美国的海狼级核潜艇的这套推进系统是最先进的，在水下的噪音可以达到45分贝，再加上壳体用了隔音材料，可以把噪音降低到30分贝以下！到目前为止中国的晋级核潜艇还有俄罗斯的核潜艇都在逐渐使用这套系统！这套系统还有一个优点就是相对于传统螺旋桨它的功率更大，结构更紧凑，制造成本更低廉，维修保养更方便等特点！现在一般驱逐舰也采用这套系统！因为驱逐舰需要更好的机动性和更快的速度！再就是现在好多声呐系统都很先进，在很远的地方就能探测到物体！一但被发现就意味着将会面临灭顶之灾！所以还是以隐身为主！

我叫钱多多18

这就好比螺旋桨飞机和喷气式飞机的区别

周密最强大脑

潜艇由原来传统的螺旋桨推进器，改为采用泵喷推进器，有点类似于航空发动机由原来的螺旋桨，改为涡轮喷气发动机，都是划时代的革新！

潜艇采用泵喷推进器的最大好处就是，与传统的螺旋桨推进器相比，大大降低了噪音。潜艇的主要噪音源就是推进器！另外也大大提高了推进的效率。

目前的泵喷推进器还处在起点阶段，制造工艺及其复杂，对材料和设计的要求都很高，目前只有英国、美国和俄罗斯等少数海军强国才能制造。

潜艇最理想的推进器，就是完全取消螺旋桨，象乌贼那样的靠纯向后喷水来实现，就象电影《猎杀红十月》里的台风级潜艇（当然是假象出来的），使得潜艇既高速又无声地在水下航行。

目前的所谓泵喷推进器其实还是要靠内置的螺旋桨来实现吸水和向后喷射水流，而真正的泵喷必须要完全取消螺旋桨，直接利用某种电磁原理，使得海水从前面的开口进入管道后，直接形成高速旋转水流，向后猛喷出来，这种技术还得需要很多年才能实现。

酷酷的音乐

我是武备库，以下是我的观点：

大家都知道大多数航行在水面的船舶和潜行于水下的潜艇都是采用螺旋浆推进。但是随着科技的进步，当今军事技术的发展，泵推技术越来越受到各国的青睐。

螺旋浆推进虽然被利用了几个世纪，但是其带来的麻烦却一直没有办法根除。例如，螺旋浆叶旋转时末端部位产生空泡化，形成的气泡在水中炸裂，对螺旋浆叶末端产生不可逆的损害。同时气泡炸裂的同时会产生大量噪音，使船的行踪暴露。所以，在没有出现泵喷推进前，各国都想方设法将螺旋浆的角度和形状设计成最佳状态，以减少噪音的产生。

现在的大洋黑洞 潜艇，越来越受到大国的重视，而潜艇在海里最易泄露行踪的就是自身发出噪音。美俄等国在研究处理艇内噪音消除的的方法时，也在努力客服船尾螺旋浆的声音。于是，革命性的技术，泵喷推进装上了先进潜艇之上。美、法、英等国都先后在自家先进潜艇上安装了泵推，中俄略微落后，但是中国正在开发一种无轴泵喷，其噪音和效能位居世界第一，希望能早日看到中国核潜艇上运用该类技术。

關鍵字: 重达 泵射 科学