下一代先进核潜艇的关键技术-无轴泵推系统揭秘

最近关于马伟明院士研发的无轴泵推系统的信息出现，很多朋友不知道这是个什么技术，现在给大家科普一下，其实这是为下一代先进核潜艇研发关键技术，我们的研发进度已经把美国抛在后面了！

现代的水面舰艇、潜艇上，都有推进轴。传统推进方式的舰艇，推进轴从主机-减速箱系统引出，直伸至舰尾连接螺旋桨。电力推进的舰艇推进轴较短，但也有一根推进轴从电机-减速箱系统伸出，连接螺旋桨。推进轴的存在使得舰艇下层舱室的布置受到影响，对于潜艇来说，推进轴还是巨大的噪声源。

无轴推进方式采用新颖的电机系统驱动，完全取消了推进轴，对于潜艇而言，是一个革命性的技术进步。在无轴推进器中，电机的定子集成在导管结构内，转子形成环形，围绕推进器的轮缘，因此又称为轮毂推进器，在潜艇上，这种推进技术又被称为集成电机推进技术。

轮毂电机并非全新的技术，低功率低转速的轮毂电机现已广泛应用于电动自行车和电动汽车上。

无轴推进首先是一种全电推进方式。它与普通的全电推进方式不同的是电机形式、结构和推进方式。2004年，DARPA制定了“唐格-布拉沃”计划，授予通用电船公司相关合同，研发潜艇使用的集成电机推进技术，准备为美国的下一代弹道导弹核潜艇、攻击型核潜艇做技术储备。集成电机推进技术目前有三种模式：轮毂驱动、轮缘驱动、内部驱动。

轮毂推进器可采用两种形式，一种是将轴承组件安装在内部轮毂内，另一种形式是将轴承组件安装在外侧定子中。通用电船公司轮毂推进器采用的是第一种技术方案。但第二种技术方案也在进行研究。轮毂驱动从结构上看，通用电船公司的推进系统采用两台推进器，机罩的外壳分别安装在潜艇耐压壳的两侧。单台电机功率为5.85兆瓦，正常最大转速125转/分，两台推进器总功率约12兆瓦，足可推动“弗吉尼亚”大小的攻击型核潜艇。

轮缘驱动也是一种不带推进轴的推进方式，它将螺旋桨叶片固定在外径上，中心部位没有支撑物。推进器将永磁转子设计成环形结构，定子上则装配了带水润滑的推力和支座滑动轴承。轮缘驱动的优点在于效率高，并可单独置换损坏的叶片，而不需要将螺旋桨整体拆除。

“唐格-布拉沃”计划推出的几种无轴推进潜艇方案

内部驱动也叫内部轮缘电力驱动，目前美国海军也在进行概念研究，推出了名为RED-1的概念潜艇。该概念潜艇模型基于集成电机推进技术，引入了另外一种无轴推进器。它采用永磁电机，安装在潜艇耐压舱内，位于潜艇尾操纵面之前。这种永磁电机中心有很大的空间，实际上是一种魔戒状结构，甚至可允许一台直径为1.22米的无人潜航器从电机中心穿过开出艇外。

无轴推进技术将消除潜艇贯穿耐压壳体的轴系，在重量、尺寸和能量密度上，均优于现有推进方式。它结构新颖，具有低噪声、高效推进、可为能源/载荷提供较多携带空间等优点，可能实现潜艇推进技术的革命。

目前，无轴推进技术还处于概念研究和实验室模型验证阶段。他面临的主要技术难关，一是如何精确调节螺旋桨转速以达到最佳的转速比，二是全新结构的螺旋浆的流体力场应重新计算、重新设计，以充分发挥无轴推进的优点，将噪声降低到最小。此外，无轴推进器的螺旋浆由于形状特殊，因此，装备它的潜艇在航行尤其是进出港时，如何防止螺旋桨叶与海底、码头的剐蹭，也是一个不容忽视的问题。