核潜艇上面的泵推技术解析!

核潜艇是国之重器,但只有安静的核潜艇才是国之利器。在70年代中国就憋劲咬牙造出了第一代核潜艇。但由于技术和经济条件的限制,这是有遗憾的。

40年后,中国在许多关键的工业技术方面取得了巨大的进展,有些甚至跨入世界前沿,但在核潜艇静音方面还是有显著差距。在各级舰船下饺子的时候,核潜艇方面进展缓慢,不乏关键技术没有取得突破,不宜在低水平上投入过多的考虑。

反应堆产生热量,产生高温高压蒸汽,推动汽轮机,转换为机械能。传统方式是把这机械能直接用于推进。但汽轮机转速大大高于螺旋桨转速,需要大功率减速齿轮箱,这是可观的噪声源。反应堆、汽轮机、齿轮箱重量打,只能布置在艇体中段,保证中心和重量的合理分配,导致的很长的传动轴,不仅制造要求高、重量大、占用宝贵空间,还不可避免地产生振动和轴承噪声,这是另一个可观的噪声源。

泵推的围壳套在艇艉锥顶端,必然需要支撑结构,这称为定子,通常是顺着流向的固定叶片结构。螺旋桨当然就是转子。在结构上,要么定子在前,转子在后;要么转子在前,定子在后。两者各有好处。

前置定子可以起到整流作用,把进水理顺,有利于转子发挥最大推进效率,常用于追求最大速度的鱼雷。螺旋桨产生的推进水流必然带有转动。转动是不产生推进作用的,但转动又必然与周围的静止水体产生互动,产生紊流和噪声。前置定子有利于转子发力,这也导致较大的噪声。后置定子则相反,把转子的出水理顺,减少水流的转动,减少噪声。后置定子本身对噪声也有一定的屏蔽作用,进一步降噪,多用于追求最大降噪的潜艇。

无轴泵推就不一样了。顾名思义,无轴泵推没有传动轴,环形电机直接整合在泵推围壳内,螺旋桨叶片是直接安装在环形电机的转子上的,与有轴泵推好比是滚筒式洗衣机与波轮式洗衣机的差别。环形电机在原理上与普通电机相仿,只是转子直径大大加大,而且是空心的。用于无轴泵推时,叶片像从圆环伸向中央的牙齿。牙尖可以搭接,但通常悬空,所以圆心是空心的。圆形处线速度为零,本来就没有推进作用,没有叶片也不损失推力。外物缠绕通常向中心聚集,空心的圆心正好让外物通过。演示表明,无轴泵推很难发生缠绕问题。这对潜艇在容易发生缠绕危险的浅海行动具有不言而喻的意义。

中国正在有关核潜艇动力系统降噪的一系列关键技术取得突破,是否会在下一代核潜艇上集中采用。