
这是法国《海军新闻》制作的中国095攻击型核潜艇的CG图,半个世纪过去了,095用上了无轴泵推,中国的核潜艇终于不再是水下拖拉机了!

中国的第一种核潜艇,是091型,首艇长征一号,在1974年的八一节服役,算算时间,这已经是五十多年前了。现在091已经退役,长征一号成为海军博物馆的展品。091实现了零的突破,意义非凡,但实事求是的说,它只是解决了有无的问题,性能上确实存在很多缺陷,其中最糟糕的一项,就是噪声,高达160分贝,而英法俄的核潜艇,大约是100分贝,美国的海狼级、弗吉尼亚级,大约是95分贝,与海洋背景噪声相当。

相比之下,091的动静,可以说是大得惊人了,被国外嘲讽为水下拖拉机,从港口一出来,在日本都能听到,这话很难听,也有点夸张,但噪音大的确是事实。潜艇噪声大,不仅容易暴露,自己的声纳,性能也会变差,自己都很吵,当然就听不见别人了。

潜艇的噪声来源,有内部的机械运转,外部的水流冲击,而占大头的,是推进器,在中高速的条件下,推进器的噪声,甚至能占到总噪声的60%到90%。所以,把推进器的噪声解决了,潜艇的静音性能就能提高好几个数量级。那么,推进器的噪声又是怎么来的呢?主要是螺旋桨叶片的振动和空化产生的,其中空化又是最主要的来源。那什么是空化呢?当螺旋桨转动时,紧贴表面的薄薄一层,会跟随叶片运动,根据流体力学的原理,速度越大,压力越低。压力越低,水的沸点就越低。当转速超过一定限度,这一薄层水,就沸腾了,变成了水蒸气,产生大量气泡,你可以理解为螺旋桨的一部分能量,被用来“加热”这部分水了。
这些气泡虽然不大,但数量很多,在周围水压的作用下,即生即灭,就像一个个微型的爆炸冲击波,用微小的,但时速高达每小时上千公里的射流,反复冲击螺旋桨表面,不仅把表面打得千疮百孔,空泡破裂产生的噪声,也会陡然上升。要减少空泡,要么降低转速,要么在螺旋桨的形状上,下功夫。
苏联就用过双螺旋桨,有并列也有串列,西方采用了5叶和7叶大侧斜螺旋桨,有一定作用,但制造工艺复杂,上限比较明显,而且对航速仍然有限制,一着急跑快了,噪声一样大,而桨叶的直径和数量,又不能无限制的增加,想进一步提升静音性能,同时航速还要高,就得上泵推了。
泵推的外观特点,是外面包了一层,形成了一个涵道,螺旋桨,或者叫转子,和涵道内壁是紧密贴合的。然后,再加一个定子,位置有两种选择,定子在转子的前方,能起到提前整流的作用,让水流先具备一定的旋转速度,进入转子的范围后,和转子的相对转速就降低了很多,空泡自然减少。定子在转子的后方,可以回收20%左右的能量,能提高推进效率,可以理解为把带有旋转的水流,给捋直了,全向后喷。
前者有利于降噪,在潜艇上用的多,后者有利于提速,在鱼雷上用的多。用上了泵推,潜艇的静音航速区间大为拓展,普遍可以提高6到8节,这是一个巨大的优势。但事情到这儿还没完,初代的泵推,还是有轴的,除了外面的整流罩和定子,动力的来源和传递,和传统的螺旋桨并无区别。这时候,整个轴系产生的噪声,随着航速的增加,又会变大,毕竟轴系是由各种机械组成的,各个方向上的振动和变形,是无法消除的。
面对这个问题,把转轴去掉,自然可解。但没了轴,转子还怎么转呢?办法就是让转子沿着涵道的内壁运动,原来转轴的位置,就空了,转子就像“吊”在涵道里面一样。转的问题解决了,那么动力如何传过去呢?也有办法,就是把电机,装在那一圈整流罩里,相当于把传统的电动机反着来,和无链条电动自行车上的轮毂电机,是一个道理。这样一来,轴的噪声自然没了,还因为没有中轴,更不容易被异物缠绕,对复杂水域的适应性也更好了。
当然,这种技术也会带一些考验。有轴的推进,推力是通过轴传递到潜艇的,轴只要足够粗壮,就顶得住这个巨大的力量。无轴泵推,推力就只能通过这个外壳来传递推力了,外壳就不可避免地,会变得比较笨重,从而影响进水效率。而且,带轴的推进,发动机和传动部分,都在艇内,有故障可以随时维修,而无轴泵推,全部都吊在外面,在水里泡着,不仅对密封的要求非常高,而且人还够不着,也修不了,要修就只能进干船坞,所以,对可靠性的要求,比带轴推进要高得多。
但只要技术达标,无轴泵推总的来说,是利大于弊,有条件的国家,肯定都要上。目前,美英法俄的核潜艇,都用上了泵推,以有轴为主。中国的核潜艇,得益于马伟明院士在电推方面的巨大贡献,综合国内外各种消息,在最新型的095上,已经用上世界领先的无轴泵推了,静音性能有望达到弗吉尼亚级的水平,被淹没在海洋背景噪声之中,成为名副其实的大洋黑洞。这样的095,游弋于海面之下股票配资技巧和方法,无论是谁,都必须要心怀畏惧了。
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