能让核潜艇隐身于大洋之中,无轴泵推到底是怎样的“黑科技”?

用户68734454


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


不得不说,无轴泵推技术的出现让潜艇的噪音一下子降低了一大截,而且还极大提高了推进效率,算是一项比较大的突破性技术,要提升到黑科技恐怕还是有点过了!

大家都知道,潜艇最大的噪音来源就是螺旋桨了,目前世界潜艇推进一种有3种动力系统,第一种就是传统的螺旋桨驱动,一般来说螺旋桨的叶片越多,加工精度越高,噪音越小,动力也越强,目前最先进的技术也就是发展到7叶片推进。当年苏联为了加工七叶大侧斜桨,秘密的从日本东芝引进高精密度的数控机床,极大的降低了潜艇噪音造成美俄潜艇相撞,引起了轩然大波,最终调查后美国对东芝进行了史无前例的处罚和制裁。但是通过精密加工降低噪音的方法最终遇到了天花板,而且这种方式噪音始终太大,推进动力损耗较大,效率较低!

在螺旋桨降噪问题上遇到了天花板该怎么办呢?在各国的潜艇降噪音都遇到门槛后,英国在特拉法尔加级潜艇灵光一现,居然推出了泵推技术(有轴泵推),原理很简单,就是在螺旋桨外围用个罩子将他包起来,这样既能隔音降低噪音,又能让水流不向外扩散,而是从罩子向后喷射,提高了螺旋桨的推进效率,也就是所谓泵推技术了。

美国弗吉尼亚级有轴泵推

这种推进与螺旋桨没有什么本质区别,也就外围的隔音罩屏蔽了部分噪音,还提高推进效率。英国人率先使用后,美国在海狼级、弗吉尼亚级,俄罗斯、法国后续发展的潜艇都采用给了这样的方式,噪音得到了很大的降低。这个算不得黑科技,算是潜艇向无轴泵推技术发展的一种过渡方案!这一时间段我国军事发展正处于忍耐期,有些青黄不接,也没有军费研发,因此我国潜艇并没有发展有轴泵推技术。当我国有了经济实力后,也就直接跳过了有轴泵推,直接一步到位发展无轴泵推了!

有轴泵推为各国潜艇推进技术发展明确了一个方向,于是各国开始在此基础上发展无轴泵推技术,这算是一个划时代的潜艇推进技术了!所谓的无轴泵推就是驱动轴不再是中间的一根轴了,而是变成了外围的“圆环罩”,螺旋桨叶片反置安装在这个圆环罩子上。不要小看了这个圆环罩子,他没有想象的这么简单,美国率先将电机集成到这个罩子内部带动圆环罩旋转驱动,从根本上解决了驱动轴这个巨大噪声源。他的优点是能够有效降低噪音10~15分贝(这是一项革命性技术);第二与传统螺旋桨比起来推进效率达20%,第三电机集成到了潜艇外部后,空出来一大片潜艇内部空间,潜艇可以做到更小,或者装更大更先进的设备,改善潜艇官兵生活空间,这些可都是战斗力!

虽然我国因为某些原因在093、094核潜艇上还采用传统的螺旋桨推进技术,噪音比之美国、俄罗斯先进潜艇在噪音水平上差了一大截,被美国嘲笑我国潜艇一出军港而远在关岛都能侦听到。但是我国在无轴泵推技术上发展得相当好,而且相当先进,在2017年央视节目中,马伟明博士介绍了我国无轴泵推的进展,而且相当自信的表示这项技术领先美国,将运用到我国下一代核潜艇技术上。我国的下一代核潜艇095/096将采用全电推进系统,并运用这套无轴泵推技术,噪音水平上必将大大降低,保守估计至少能追上弗吉尼亚级核潜艇噪音的早期水平吧!

【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!】

无轴泵推是一种潜艇降噪的新模式,也可以说是一种新方法,但个人还是认为这项技术应该是比较先进的技术,对潜艇具有划时代的意义,但要说黑科技感觉真的算不上。美国率先开始研发并指明一条基本原理后,各国在这项技术上很快有所突破了,估计无轴泵推的最大难题应该是全电推进系统的演化和成熟问题,材料技术应该也算一大难题,希望不要像DDG1000那样随便趴窝吧!

当然这些都是自己的推测,如果有什么不同意见,欢迎留言讨论,互相探讨学习!还有潜艇的泵推技术解决了张局座提出的难题,再也不怕海带(绳)缠潜艇了,呵呵!!!


狼烟火燎



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


无轴泵喷取消了传统意义上的机械传动,由发电机发电直接驱动无轴泵推器,即可降噪又节约空间。现代潜艇最强调“静音”,噪音越小越好,无轴泵喷泵推进就是目前最好的降噪技术之一,大约可降噪约10%,更可提高推进效率,达到更高航速。

无轴喷水推进最大的特点在于“无轴”。动力输出模式直接简化为电动机——螺旋桨,其机械结构发生了根本性改变,直接利用喷水推进泵喷出水流的反作用力前进,抗空泡能力强、噪声低,效率高,阻力小等优点。

传统的有轴泵推在推进过程中需要进行主轴传动和变速,其柴电发动机效率基本50-70%。而无轴泵推由于直接用电动机且无中间传动模块,其效率接近80%,随着中国的技术进步,未来只会越来越高。

无轴泵推用电机作动力,其本身噪音非常小。我军没有公开现役潜艇噪音数值,但根据国外研究资料推断,中国潜艇噪音一般在100分贝左右,最高不超过110分贝,与国际先进水平差距相当小。使用无轴泵推能达到90分贝左右,海洋背景噪音也就是90分贝水平,等于我们潜艇完全“隐身”于自然环境中,让中国核潜艇成为真正的大洋黑洞。

传统有轴泵推进整个系统占据了潜艇很大一部分空间,而且传动轴,螺旋桨之间的水密也是个老大难。无轴泵推发动机位于艇尾泵壳内,只需电力即可运转,且密封效果较良好。


深圳达文西


根交流电机和无刷电机原理一样,不过将转子做成扇叶。



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