中国攻克无轴泵推技术，可终结美海军优势？磁流推进才是终极目标

近日，美国《国家利益》杂志发文称，中国已成功研制出无轴圈动式泵喷推进系统，并准备装备到下一代核潜艇，作为推进系统。该推进系统与传统螺旋桨推进不同，它的运行噪音非常小。文章表示如果中国海军的潜艇全面装备无轴圈动式泵喷推进系统，那么中国潜艇的水下噪音将会非常小，这将有可能改变中美目前的水下格局。

我军的弹道导弹核潜艇

螺旋桨水下运动情况

我们都知道，螺旋桨是用来推动船舶或潜艇前进的部件，也是船舶和潜艇上最重要的部件。螺旋桨的运动路径就是一个螺旋，通过不断旋转产生动力。也就是说如果船舶或者舰艇想要动起来就需要螺旋桨不断旋转，并且还要高速旋转，这其中的机械摩擦、螺旋桨与水之间的摩擦就会产生大量噪音。随着船舶或潜艇体积和重量越来越大，螺旋桨旋转速度也越来越快，产生的噪音就会非常大。同时由于螺旋桨桨叶尖的部分线速度非常大，与水的摩擦也非常剧烈，因为摩擦产生的热量会使水迅速汽化产生气泡，而气泡很快就会因为水的压力而破裂，大量气泡破裂既会产生巨大的噪音同时也会腐蚀螺旋桨桨叶，使得螺旋桨桨叶原本顺滑的表面变得凹凸不平，而凹凸不平的表面反过来又会加剧与水摩擦产生的噪音。这就是螺旋桨在水下产生的空泡效应。

空泡效应对于螺旋桨的腐蚀

为了改善螺旋桨的空泡效应，各国船舶工业部门使用了各种办法，包括改善螺旋桨的形状等等，其技术路线非常简单，就是然螺旋桨变得更加高效减慢其旋转速度。当螺旋桨的旋转速度降低到一定程度时，空泡效应就会大大缓解。并且由于螺旋桨转速较低，与水和轴承机械间的摩擦也会减缓，这就使其运行噪音大大降低，所以改进螺旋桨推进系统是降低潜艇噪音最快方法。减缓螺旋桨的转速可以通过设计造型更加复杂的旋桨叶片形状改善叶片效率，或增加桨叶数量加大桨叶划过水的面积增加推力。这种两种方法相对比较简单，但是对制造工艺要求更高，不过各国都在这两个方面已经很成熟，也很难有更大提高。

降低转速还有一个很简单的方法就是增大螺旋桨的尺寸，螺旋桨尺寸越大，划过水的面积越大，在推力不变的情况下螺旋桨的转速也会变慢。但是通过增大螺旋桨尺寸降低空泡效应是一个非常矛盾的方案。如果想要降低空泡效应就必须降低螺旋桨桨叶尖端的线速度，虽然降低转速会减慢线速度但是增大尺寸会增加线速度，所以各国在螺旋桨制造方面会在造型、桨叶数量和尺寸方面相互取舍并通过严谨的流体力学试验，最终确定螺旋桨的最佳方案。

俄罗斯基洛级潜艇泵喷推进系统

因为传统螺旋桨的种种问题，各军事工业强国在发展核潜艇时，不约而同地看上了泵喷推进，潜艇泵喷推进器是由环状导管、定子和转子构成的组合式推进装置。环状导管罩住转子和定子，转子类似于螺旋桨的旋转叶轮，通过与水流相互作用产生推力来推动潜艇。与采用七叶大侧斜螺旋桨相比，泵喷推进器具有推进效率高、辐射噪声低、临界航速、高构造复杂、重量大等特点。因为泵喷推进器的螺旋桨被外侧导管罩着，所以其推力指向性更好，推力流失减少加大推进效率，从而增加推力。

同时由于推进效率的增加，螺旋桨尺寸和转速也可以相应地降低，空泡效应的产生也相对较少，并且螺旋桨产生的空泡也全在导管内破裂，导管在一定程度上可以屏蔽空泡破裂的噪音。因此，泵喷推进器的噪音可以做到非常低。不过泵喷推进器是一种组合式推进器，构型和结构比螺旋桨要复杂得多，并且泵喷推进器的重量是普通螺旋桨的2-3倍，对艇体的配平、艇体尾部的结构强度和推进器轴系的振动等带来较大影响，所以除了能够生产核潜艇的军事技术工业强国，其他国家无法制造这种先进的潜艇推进器。

民用船只上使用的小型无轴圈动式泵喷推进系统

虽然泵喷推进器有很多优点，理论上还可以降低潜艇的水下噪音，但是它毕竟拥有大量的机械构件，其机械和轴承摩擦震动产生的噪音实际上并没有减小。在此基础之上，我海军工程大学马伟明院士开发了无轴圈动式泵喷推进系统，这种新型推进系统与核潜艇现阶段使用的有轴泵喷推进器的最大区别就是取消了传动轴，或者说将传动轴、螺旋桨与驱动电机结合到一起，在环状导管内圈直接安装驱动电机的定子，而螺旋桨叶轮直径安装驱动电机的转子，螺旋桨叶轮的叶尖由外向内安装。因为螺旋桨桨叶叶尖处在圆周运动靠近圆心的位置，所以旋转时它的线速度非常小，从根本上解决了空泡问题。

整个推进系统推进电机就是螺旋桨，螺旋桨就是推进电机，没有了传动轴，机械震动和机械摩擦的噪音源也变到最少。由于无轴圈动式泵喷推进系统直接解决了推进系统空泡效应和机械摩擦震动的问题，它的静音能力非常强。如果这一推进系统装备到我军潜艇部队，显然我军潜艇的静音性能会上一个新的台阶，甚至超越美国。无轴圈动式泵喷推进系统取消了复杂的传动机构，甚至将推进电机也移到了潜艇的外部，潜艇内将会空余出大量空间用于装载其他设备，比如更多的电池、氧气储存罐等，以改善潜艇水下潜航时间，增大潜航时间，提高水下潜伏能力。另外一方面，还可以加装更多机械减震设备，降低机械通过艇体向海中传播噪音，提高静音性能，也可以改善乘员居住条件。

因为螺旋桨传动机构的消失，振动源大大减少，潜艇静音能力得到大幅度提高。水下静音性能的提升将直接改变中美水下力量的对比，美国潜艇单面性能碾压的态势也将一去不复返，甚至还可能出现中国潜艇常态化跟踪美国海军舰艇的情况。当然，这样日子对我们来说也许并不遥远，因为2017年马伟明院士在接受中央电视台采访时就表示这一项技术已经进入实用阶段。

磁流推进原理示意图

不过，从另一方面来讲，无轴圈动式泵喷推进系统的技术壁垒并不高，尽管美国目前在电磁技术方面遇到瓶颈，如果加大人力物力财力投入迟早会攻克这一技术。如果美国潜艇同样装备无轴圈动式泵喷推进系统，结合其本身声呐系统和潜艇整体降噪性能的优势，美国会很快追平甚至再次反超。鉴于这一点，我军应该瞄准潜艇的终极推进方案——磁流推进技术。

相比无轴圈动式泵喷推进系统，磁流推进技术最大的特点就是取消了螺旋桨，甚至取消了一切与水接触的动力装置。磁流推就是在贯通海水的通道内建立一个磁场，这个磁场能对导电的海水产生电磁力作用，使之在通道内运动，在反作用力的作用下推动船舶前进。由于取消了水中运动的机械装置，这将使得潜艇在前进时完全不会产生噪音，做到真正的静音前进。

美国军事小说家汤姆·克兰西创作的《猎杀红色十月》小说中就有过类似的描述，苏联最新型台风级潜艇装备了代号为履带的磁流推进系统，该潜艇在被美国潜艇跟踪时启动了这一推进系统，使得红色十月号在美国潜艇的声呐中完全消失，最后声呐操作员在耳机中只能听到苏联潜艇艇员的歌声。因为采用磁流推进系统，这艘潜艇非常从容地穿越了美国为苏联设置的反潜网，由此也能看出磁流推进的可怕。

电影中采用磁流推进技术的台风级潜艇箭头所指位置就是其履带磁流推进系统尾喷口

目前，我国已经在无轴圈动式泵喷推进系统上取得突破，如果我国潜艇真的使用该技术，那么对美国海军而言，无论是潜艇还是引以为傲的航母战斗群，世界各大洋肆无忌惮的日子恐怕就到头了。无轴圈动式泵喷推进系统可以让潜艇比美国潜艇还要安静，美国舰艇只能小心监听水下环境，以防我军潜艇的跟踪和突击。这会使得美国海军舰艇在任何行动中都要有所顾忌，与我国水面舰艇对抗时更是无法放开手脚。

无轴圈动式泵喷推进系统

当然，我们的终极目标还是磁流推进系统，如果这一愿望能够实现，中国海军就能单方面碾压美国海军水下力量，届时中国海军潜艇部队无论是在远洋伏击能力上还是在生存能力上都将得到质的提高，甚至能够改变中美目前的海上对抗形式。希望中国海军能够早日突破磁流推进技术，助力中国潜艇部队走向真正的巅峰。