泵喷推进器,是一种比螺旋桨推进器运行噪声更小、推进效率更高、技术上更先进的推进器。潜艇用推进螺旋桨在运行时,由于叶片振动及空泡的存在,会产生很大噪声。这种噪声辐射到海水中后,容易被敌方反潜声呐捕捉到。为降低潜艇推进螺旋桨的运行噪声,人们想了很多办法。其中一种办法就是给潜艇配备七叶大侧斜螺旋桨。潜艇是否采用七叶大侧斜推进螺旋桨,曾是潜艇是否先进的一个标志

七叶大侧斜螺旋桨,是一种噪声较低的推进装置。但七叶大侧斜螺旋桨并不是一种完美的推进装置。科学家与工程师经过反复试验发现,如果在螺旋桨外面罩上一个隔音隔振的导流罩,就可进一步降低螺旋桨的运行噪声。科学家与工程师继续研究下去,就弄出了一种比螺旋桨推进器更先进的潜艇用推进装置——泵喷推进器。与传统的螺旋桨推进器相比,泵喷推进器在外观上的最大特点是,它的推进桨叶,被包裹在一个环形导流罩内。

泵喷推进器在大幅提高推进效率的同时,辐射出的噪声比七叶大侧斜螺旋桨还要低很多。最早在潜艇上使用泵喷推进器的国家,是英国。步英国后尘,美国人也为自己的核潜艇开发了泵喷推进器。目前,英国的“特拉法尔加级”“机敏级”、与美国“海狼级”“弗吉尼亚级”等先进攻击核潜艇上,都采用了泵喷推进器。美国正在规划中的下一代战略导弹核潜艇“哥伦比亚级”,也铁定要使用泵喷推进器。

因受时代与技术的限制,截至目前,欧美国家所有先进核潜艇使用的“泵喷推进器”,都是“有轴泵喷推进器”。“有轴泵喷推进器”在结构上,由固定不动的环形导流罩与其内的螺旋桨两部分组成。螺旋桨的作用是驱动海水从导流罩内部流过,从而产生推力。但它的螺旋桨,仍是由一根来自潜艇耐压壳内的传动轴驱动的。这根传动轴,一头连着潜艇艇内的蒸汽轮机或电动机,一头连着螺旋桨的中心轴。

采用“有轴泵喷推进器”的潜艇,仍有贯穿艇体耐压壳的传动轴系存在。因而,潜艇在航行时,这个传动轴系与艇体、传动轴系与泵喷推进器之间,会相互影响而产生可暴露潜艇行踪的噪声。所有的电动机,都由定子与转子两大部分构成;泵喷推进器,也由外部的环形导流罩与罩内的推进桨叶两部分组成。在“无轴泵喷推进器”中,电动机的定子被集成在环形导流罩中,与环形导流罩合二为一了;电动机的转子则与导流罩内的推进桨叶融为一体了。

或者说,在“无轴泵喷推进器”中,其推进桨叶,是直接由安装在导流罩内的电动机驱动的,而不是由来自艇体内发动机或电动机的驱动轴驱动。“有轴泵喷推进器”推进桨叶,由中心轴驱动。而“无轴泵喷推进器”的推进桨叶,由导流罩内的电动机从四周驱动,根本就没有中心轴。潜艇在配置“无轴泵喷推进器”后,其推进器与潜艇耐压壳内的汽轮机或电动机之间,不再有复杂的机械轴系联系。

因为在“无轴泵喷推进器”中,驱动泵喷推进器的电机、推进桨叶、环形导流罩已被集成到一起了,或说一体化了。“无轴泵喷推进器”与艇体耐压壳内的动力装置,只存在电缆联系。电缆负责将潜艇艇体内的电力与控制信号,传送到“无轴泵喷推进器”上;“无轴泵喷推进器”上配装的各种监控传感器收集的数据,也通过电缆回传到潜艇艇内,供潜艇操作人员决策用。

潜艇采用“无轴泵喷推进器”的好处很多:第一,因为没有“有轴泵喷推进器”上那根来自潜艇艇体内的主传动轴,所以它在运行时,就没有了主传动轴系产生的噪声。第二,由于“无轴泵喷推进器”是把电机布置在艇体外部的环形导管上,所以还能节省潜艇艇体舱内的宝贵空间;第三,“无轴泵喷推进器”与艇体内部只存在电缆联系,所以它的布置非常灵活。

它可以装在潜艇尾部正中轴线上,也可装在潜艇尾部两侧,还能设在潜艇的各种舵上。甚至可设置在潜艇艇体内,与潜艇融为一体。在潜艇艇体前后各开一个口子,两个口子之间的导流管内,就可放置“无轴泵喷推进器”。有人觉得“无轴泵喷推进器”技术很神秘,这是一种误解。实际上,舰船用“无轴泵喷推进技术”,与民用电动汽车及电瓶车上使用的“无轴驱动技术”有很深渊源。

我们常见的电瓶车及某些电动轿车中,就使用了“电动机直接驱动车轮技术”。“电动机直接驱动车轮技术”,就是一种“无轴驱动技术”。因为使用这种驱动技术的电动轿车与电瓶车,驱动车轮前进的动力,是由安装在车轮上与车轮已合为一体的电动机驱动的。装在车轮上的电动机,与发动机之间,只有电缆联系。而在普通汽车上,其发动机舱内发动机产生的动力,需要通过变速箱与复杂的轴系作中介,才能传递到车轮上,以驱动车轮转动。

在“无轴泵喷推进器”的研制方面,中国起步稍晚于美国,但进步神速。从目前的研究情况来看,在该项技术的研发上,中国已超越美国而处于全球领跑者地位。但“无轴泵喷推进技术”要实现工程化应用,要成功应用到潜艇上去,还需要解决一系列技术难题。首先,需要解决舰船舶综合电力技术实用化难题。因为无轴泵喷推进器的转子叶轮是使用大功率电动机驱动的。

这些电动机一方面是耗电大户;另一方面因潜艇的航速变化范围大,所以这些电动机工作时对电力的需求,也是在随时变化的。潜艇需采用综合电力系统,才能对发动机提供的电力实施精确化调度,从而使“无轴泵喷推进器”在得到足够与持续的电力供应时,潜艇上其它设备与武器装备的用电,也可得到满足。这一个难题,对中国来说,已不是难题。

因为中国工程院院士、中国武汉海军工程大学马伟明少将领导的科研团队,已完成第二代船舶综合电力系统——中压直流船舶综合电力系统的研发工作,这是一种领先欧美一代的先进技术。英国45型驱逐舰、美国“福特级”航母上使用的是第一代船舶综合电力系统技术,即中压交流船舶综合其次,需研制出功率大、体积小、重量轻的驱动电机。

排水量几千甚至上万吨的核潜艇,如果仅配装一台“无轴泵喷推进器”的话,这台推进器的可用功率,就得达到几万马力。这台推进器所用的电动机,在功率足够大的同时,还必须具备体积小、重量轻特点。否则,它根本装不进“无轴泵喷推进器”的环形导流管内。三是“无轴泵喷推进器”所用电动机,要能在高盐高腐蚀性的环境中长期工作。

“无轴泵喷推进器”的内置电机,必须暴露在恶劣的水环境中,以让海水流过电动机定子和转子之间的间隙,带走电动机产生的热量,从而完成对电动机的冷却任务。所以,电动机定子和转子的外壁,都需要采用特殊的防护设计。“无轴泵喷推进器”的导流罩对电动机起到机械防护作用,也需要专门设计。据说中国武汉理工大学的科学家,已初步解决了“无轴泵喷推进器”电动机防护设计难题。

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