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!
和风漫谈原创文字,欢迎关注,图片来自网络,侵删。一起了解有趣的知识。