综合电力+无轴泵推,静音性大幅提升,未来核潜艇动力的理想搭配

目前,不论是核潜艇还是常规潜艇,所采用的推进系统基本组成形式都是动力源+传动机构+螺旋桨的形式,部分先进性型号的潜艇采用了泵推结构,但其实也只是在螺旋桨外加了一个整流罩而已,传动机构依然存在。无轴泵推是近几年非常火热的一种舰艇推进形式,也被认为是未来一段时间内核潜艇最好的推进方式之一。相对于传统推进方式,无轴泵推最大的优势就是取消了传动机构进而降低了潜艇噪音,此外,对于提升潜艇的机动性也会有较大帮助。

对于核潜艇来说,无轴泵推最大的优势就是减少了噪音源、提升了静音性能

无轴泵推的一种样机结构

潜艇本身的意义就是借助海水的遮蔽对敌发动突然袭击,对于自身隐蔽性的要求在所有军用舰艇中是最苛刻的。一般情况下,潜艇自身噪音主要来自于航行过程中的流体噪音和本身机械装置运转产生的机械噪音(螺旋桨划水产生的噪音也属于流体噪音)。对于流体噪音,可以通过优化潜艇结构设计、减少潜艇外表易发生空泡突出结构等方式,降低噪音水平;而对于机械噪音,一般从噪音源和噪音传播途径两方面下手,如采用高性能、低噪音的发动机或者转动设备,提高零部件加挂工艺和装配精度等,可以降低噪音源,而通过减振浮筏、消音瓦等方式可以增大噪音传递难度,也可以达到降低潜艇噪音的效果。

潜艇在航行过程中,流体流经表面会产生噪音,螺旋桨划水也会产生噪音

核潜艇动力系统的组成,中间的汽轮机、变速和传动机构是最大的机械噪音源

无轴泵推装置的结构特点是每一片桨叶都具有自己的推动部件,而装置的外壳就相对一个电机的定子、桨片则相当于电机的转子,这样只需要提供电力就能够使得桨叶转动起来,进而产生推进力。由于桨叶直接安装在推进装置的外壳上,不需要中间再有传动轴带动,这就减少了中间的传动环节,不仅简化了驱动机构组成,而且更重要的是减少了一个机械噪音源,对于提升潜艇静音性能有极大帮助。

在小型民用船舶上采用的无轴泵推装置

“弗吉尼亚级”核潜艇采用的有轴泵推装置结构简图

无轴泵推装置的使用必须有一个前提,那就是要与舰艇的综合电力系统配合,无轴泵推需要电力作为动力源,舰艇也必须将发动机或者反应堆的能量转换为电力,才能够作用到无轴泵推。因此,未来核潜艇想要采用无轴泵推,首先要解决的是潜艇的电力化问题。目前,水面舰艇方面已经开始了综合电力推进应用,如英国的“伊丽莎白女王级”航母、45型驱逐舰以及美国DDG1000驱逐舰等,都采用了电力推进,而潜艇方面尚没有实践,不过美国已开工建造的下一代战略核潜艇“哥伦比亚级”已经确定采用电力推进,只是目前的方案还是有轴泵推方式,看了无轴泵推在核潜艇上的应用还需要一段时间才能变成现实。

舰艇推进系统的发展沿革

美国的“哥伦比亚级”战略核潜艇确定采用电力推进的潜艇,不过采用的还是有轴泵推结构