潜艇是水下的蛟龙,具有攻击敌人军舰近岸保护、科学侦测等功能。如何做到出其不意攻其不备,除了要考虑潜艇的自身本领外,还需解决外部因素。以提高潜艇的生存能力和攻击性能,其中最为重要的因素之一就是噪音的控制。

中国094核潜艇
潜艇的静音水平关乎着潜艇的生死存亡,潜艇的噪音最大来源之一就是推进装置。想要减少噪音必须从推进装置入手。
目前马伟明院士研制出的一款降噪的无轴泵喷推进器取得了里程碑的成果。可以说,这项技术领先美国十年并将应用于中国下一代核潜艇上。

马伟明院士
为什么选择无轴泵喷?它有什么过人之处?在这里我们先来了解一下潜艇的推进装置。
推进装置可以分为三类,螺旋桨推进器、泵喷推进器和磁流推进器。
螺旋桨推进器是一种常见的推进装置,如果大家留心生活中的船只大家就可以发现,船舶在海洋行驶过程中,尾部的螺旋桨高速旋转,以推进船只移动。
其中主要的机理就是螺旋桨推进器将主机产生的能量转换成机械力,同时通过改变螺旋桨运转形态来实现船只的前进后退以及转向。

普通船只一般由四叶螺旋桨进行推进,而潜艇有所不同,现在最先进的潜艇使用的是七叶大侧斜螺旋桨。为啥是七叶大侧斜螺旋桨呢?这还是要从静音的角度说起。
螺旋桨在高速旋转时会产生大量的空泡,空泡随海内气压变化上浮并破裂,大量空泡破裂产生强烈的冲击波在海面会形成明显的动态,而且会有声音产生,从而会暴露潜艇的位置。
因此为了减少空泡产生,降低潜艇的噪音,同时要求更高的推进效率,七叶大侧斜螺旋桨应运而生。

同时螺旋桨的叶片越少,推力就越小,同等推力下转速就需要提得更高,噪音也会随之增大,所以潜艇叶片较普通船只叶片数增多。
选择七叶的原因是因为非对称的叶片比对称的“共振”小,因此选择奇数叶片这样可以有效的降低噪音。选择侧斜叶片的原因是因为侧斜的叶片在转动时更能接近水流方向,从而也可以降低噪音。

七叶大侧斜螺旋桨
但螺旋桨推进器产生的噪音仍然很大,为更好的降低潜艇噪音,传统的螺旋桨推进装置显然已经不能满足要求,于是就出现了泵喷推进器。
以水泵作动力,将水从船底孔吸入通过喷射驱动装置,艇底大量的水在叶轮的推动下,通过转向导流管喷到艇后把水从船后方向排出,靠水的反作用力来推进船舶。

有轴泵喷推进器
泵喷推进器又分为有轴泵喷和无轴泵喷推进器两类,有轴泵喷推进器其实在某种程度上就是在螺旋桨推进器的基础上加上了一个导流罩。这样使水流向导流罩后面喷射,在一定的程度上减少了螺旋桨旋转产生的噪音。
尽管有轴泵喷推进器比螺旋桨推进器大幅度降低了噪声,但是仍有贯穿艇体耐压壳的传动轴系存在。这样还是会产生可暴露行踪的噪声,为进一步降低潜艇噪声,科学家们就开始研制无轴泵喷推进器。

有轴泵喷推进器
而我国在此领域有了里程碑式的成果,这里就要谈到我国的领军人物,马伟明院士。
他研制出无轴泵喷推进器,无轴泵喷把驱动轴带动叶轮改成电机驱动,电动机布置在环状导管内,螺旋桨由多个单独的叶片组成。从中心驱动变成了四周驱动,有轴由此变成无轴。

梧州泵喷推进器
无轴泵喷推进器较有轴推进器有以下几个优点:
一是消减了在主传动轴系产生的噪音,
二是无轴泵喷推进器与艇体内部只存在电缆联系,所以它的布置灵活。
三是无轴泵喷推进器把电机布置在艇体外部,所以可以有效节省舱内内部空间,而这也就是领先美国十年的地方。
有人会说这不就是加轴去轴的问题吗?有这么难吗?其实问题并没有那么简单。

梧州泵喷推进器
无轴泵喷推进器的研制存在两个难点:
一是体积的小型化。潜艇的主动力装置非常的庞大,如今要将这个庞然大物安装在外壳里面,就必须让其变小,而这就需要技术。
二是装置的可靠性必须过硬。主推力电机安装在泵推里面,一旦发生事故是无法检修的。这就要求装置要有极高的安全可靠性,所以这也就是研究的难点。
有轴泵喷推进器好比我们使用的自行车,动力传给轴上的飞轮使车子前进;无轴推进器好比一个单独无轴巨大的轮子,动力由圆周上的小齿轮转动产生,从而使车子前进。

梧州泵喷推进器
无轴泵喷推进器虽好,但还是需要螺旋桨驱动,还是会有噪音产生。
如何更高效率地更安静的推进?这就要说到第三种推进方式,磁流体推进器。
简单来说,就是在舰艇上安装电磁铁,基于磁生电、电生磁原理,磁场对导电海水产生电磁力作用。
由于力的相互作用,船舶就与海水产生大小相等方向相反的作用力,从而推动舰艇前进,这样船只就可以保持绝对安静,保持极高速度前进。
但这目前还处于实验阶段,对于应用到实际工程中还有一段时间。磁流体推进技术的核心是电磁力,所以关键技术还是电机技术。

磁流体推进器
在此,马伟明院士另一项研究成果也将大展风采,在这里不得不分享一下他的成果。
他研制出世界上第一台交直流发电机系统让中国潜艇焕然一新,他研制出电磁弹射成为继美国后第二个拥有此项技术的国家。
他研究出中压直流综合电力系统,被称为船动力的第三次革命。

马伟明院士
科学技术是第一生产力,创新是引领发展的第一动力。
在中国,每个领域都在日新月异地变化着,而这一切都与那些默默无闻的科学家密不可分。中国因为有了他们而进步,新一代的继承者也在奋发向前。
我们相信,在未来,中国必定能实现中华民族伟大复兴的中国梦,