中國“國寶級”專家出手,一黑科技讓潛艇靜音,技術領先美國

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全球大型潛艇正越來越多地採用泵噴射推進器來取代傳統螺旋槳,雖然結構複雜重量大,但這種新概念推進裝置卻具有螺旋槳無法比擬的性能和噪聲優勢。

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對於潛艇來說,推進裝置可以說是最重要甚至最敏感的組件,在設計和製造上需要應用高度複雜的技術才能在推進效率和聲學特徵上取得最佳平衡;因此推進裝置是材料科學、機械工程和流體力學結合的黑科技產物。

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傳統潛艇螺旋槳目前在技術上已經觸及天花板,雖然通過用利用計算機流體力學分析進行輔助設計,誕生了多葉片大側斜螺旋槳以及槳轂渦流擴散器設計,噪聲水平顯著降低。但始終無法消除槳尖產生的空泡噪聲以及隨之而來的氣蝕現象,因此泵推就應運而生。

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目前潛艇使用的泵推裝置都屬於軸流式噴水器,由外罩導管、螺旋槳、和定子葉片組成,水流在螺旋槳驅動下通過導管增加壓力,減小螺旋槳空泡的產生,隨後噴嘴將水流的壓力能量轉換為水流的速度向後高速噴出,產生推力。

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軸流噴水器能以較低的速度產生高流量噴流,並且大幅降低空泡噪聲,非常適合潛艇;此外,除了在潛艇性能包線的低端之外,泵推裝置的推進效率都高於螺旋槳。

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由於螺旋槳被包裹在的導管內部,使潛艇可以在淺水中操作而不用擔心損壞螺旋槳,遭受漁網或海帶等異物纏繞的風險也大幅降低。不過結構複雜笨重讓泵推裝置並不適合安裝在小型潛艇上,且造價遠比螺旋槳昂貴。

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英國“特拉法加”級和美國“海狼”級潛艇是最早採用泵推裝置的量產型潛艇,經過多年發展成熟後,泵推裝置已經成為全球新型大型潛艇的標配。

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目前泵推的發展方向是無軸泵推,我國已經在這一先進技術上與領先地位;2017年5月央視《焦點訪談》欄目透露“國寶級”專家馬偉明院士團隊為下一代核潛艇研製的潛艇無軸泵噴推進器已經領先於美國,並以得到應用。

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無軸泵推取消了驅動軸,將螺旋槳葉片安裝在導管內部的環狀電動機轉子上,在重量、噪音和推進效率上更進一步,也更加符合未來潛艇的全電推進設計。


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