本周，对于中国的军迷来说，年轻的马伟明院士又给我们带来了一个惊喜，在央视焦点访谈的节目中，由他所领导的团队研制的潜艇无轴泵喷推进器原理样机首次公开，加上他在采访里这句自信的“领先就领先美国”，让大家对下一代核潜艇又多了许多美好的期待。
新一代核潜艇的推进器
本周三，在央视焦点访谈里，曾在电磁弹射器领域做出过突出贡献的马伟明院士又拿出了一项鼓舞人心的成就，那就是展示了号称用于下一代核潜艇的无轴泵喷推进器。由于这项技术比较先进，互联网上一时间也没有特别靠谱的介绍，于是在一时之间，从“无轴泵喷只是一个大号的无刷电机”到“无轴泵喷就是电磁超导推进”的各种说法都冒了出来。
作为美国打算在10年以后才在核潜艇上实际装备的真·高技术装备，把无轴泵喷技术“矮化”成一种共享电瓶车上都有的地点技术显然是荒谬可笑的。不过作为美国10年后就打算实用化的装备，用超导之类的高技术词汇过分神话这一技术，把它描述成像可控核聚变一样的未来科技自然也不合适。要说明白这一切，还得从传统的潜艇动力——螺旋桨说起。
在一般水面舰艇上，作为推进装置的螺旋桨最主要考虑的就是推进效率。而在潜艇上，除了要尽可能提高推进效率，提升潜艇的航速外，螺旋桨的设计还有一个重要的考虑就是降低噪音，这一方面的要求一个是尽量减少螺旋桨产生的空泡（因为空泡破裂会产生额外噪音，同时降低螺旋桨推进效率并且损坏桨叶表面），另一个则是降低螺旋桨的转速获得较低的噪音（这毫无疑问会带来速度的降低）。这两项互相矛盾的要求在技术上互相妥协，加上参考现实的螺旋桨加工工艺的结果，就是我们在谈到潜艇的时候经常会用到的一个词“七叶大侧斜螺旋桨”，这种螺旋桨相对来说比较不容易产生空泡，同时在低转速的情况下还能获得较高的推进效率和航速。
七叶大侧斜螺旋桨
当然这显然不是潜艇推进器的终点，在冷战后期，泵喷推进器就走上了潜艇动力的舞台。从本质上说，泵喷推进的确也不是什么高科技，顾名思义就是“像水泵一样推进”。因为泵喷的外部设有渐扩式导管，就像飞机的进气道一样，可以将流入的水流减速，从而提高驱动的效率，并且延缓空泡的产生，从而提升动力效率，因此最早被用于鱼雷提升航速。随着技术的进一步发展，泵喷推进器在推进效率高于后者的同时，其辐射噪声反而低于七叶大侧斜桨。文献表明，低航速下，泵喷的低频线谱噪声比七叶大侧斜桨要小15dB以上，宽带谱总噪声级下降10dB以上，高航速下，降噪效果更为明显。且泵喷空化性能要优于七叶大侧斜螺旋桨，使得泵喷临界航速更高，十分适合水下高速航行的核潜艇使用。当然，驱动几吨重鱼雷的泵喷和驱动几千甚至上万吨核潜艇的泵喷在技术难度上不是一个档次，二者在结构上也因为定子位置不同分别采用后置定子泵喷和前置定子泵喷。分别突出速度和静音性。经过多年发展，目前在美、英、法等国，泵喷已经成为新一代核潜艇的标准配备。
基洛级改进型拆下的后定子和转子
至于无轴泵喷，本质上是把原本通过驱动轴驱动的转子转为通过集成在泵喷导管或者轮毂内的电机发出的电磁力驱动转子旋转。虽然原理上很像无刷电机，但无论是制造工艺还是其采用的润滑方式都有相当大的不同。不过与传统机械式泵喷相比，无轴泵喷的推进效率实际上是降低的，消耗功率则反而要增加，其主要的优势还是在于能够降低噪音。这当然不是说外置电机就比潜艇内部的电机更加安静，而是因为无轴泵喷甩掉了无论是机械式泵喷还是螺旋桨都逃不掉的驱动轴，这根驱动轴带来的整个推进器和轴系的震动及其产生的噪音，在无轴泵喷上都得以取消，从而在动力系统减噪方面迈进了一大步。当然这一技术难度不小，在此之前，美国是唯一将这一技术产品实用化的，潜艇上唯一运用无轴泵喷的就是美国的“弗吉尼亚”级，而且只是其艇上的辅助推进集成电机泵喷，美国目前的规划，也只是在至少10年以后建造的下一代战略弹道导弹核潜艇上可能采用的推进形式。
“弗吉尼亚”级潜艇的泵喷推进器，当然，还不是无轴泵喷
规划中的美国海军未来无轴泵喷
不过这一推进系统也不是毫无缺陷，一个是以目前的技术来看，无轴泵推还不适合作为主推力的大功率推进系统，大多数的实践主要还是利用其不需要推进轴，所以转向灵活的优势，作为改善舰船操纵性的辅助推进系统，同时保留螺旋桨或者机械式泵喷作为主动力。当然理论上只要增加几个无轴泵喷，动力确实也能得到改善，但对于核潜艇来说，推进器也不能无限制增加。根据现有的测算，如果“捆绑”在潜艇上的无轴泵喷数量超过3个，这些布置距离太近的推进器就会互相“抢水喝”，导致推进器的功率下降，而只装1个或者2个则功率又不够；另一个缺陷则是因为其电机等电磁设备都布置于潜艇外的导流罩内，其电磁信号缺乏遮蔽，很容易导致潜艇的磁信号增强。基于上述两个考虑，目前美国最新的核潜艇规划里，机械式泵喷又成了主流，无轴泵喷还是回到了辅助推进的位置上。
回到马伟明院士的产品上，现场看到的无轴泵喷推进器体积和直径都相当小，要么只是一台功率较小的辅助推进器，要么根本只是更加早期的技术验证机。无论如何，这台无轴泵喷推进器距离真正装上核潜艇，成为水下高速航行的主动力系统，显然还存在相当大的距离。虽然这样也不影响其在技术上的先进性甚至领先性，但就实用性而言，我们显然还不能就此乐观的认为，即将服役的新核潜艇的推进系统就能因为这样一台验证机而万事大吉。
《焦点访谈》截图 采访中出现的无轴泵喷样机
从目前的情况观察，无论是已经服役并且多次远赴印度洋、太平洋甚至大西洋进行巡航的093型核潜艇，还是增加了垂直发射的对陆攻击巡航导弹，指挥台围壳后部有隆起的093改进型核潜艇，都还没有使用泵喷推进器的迹象，而是继续使用传统的七叶大侧斜螺旋桨，因此对于中国海军而言，无论是哪一种泵喷推进器，都能提高中国核潜艇的水下隐蔽性，并且提高中国海军核潜艇的推进效率。对于过往记录中水下噪音偏大，且长期因为反应堆尺寸和技术问题功率不足、水下航速偏慢的中国核潜艇来说，无论哪个形式的改变都是值得可喜的，而如果考虑到技术的复杂性，那么技术上更加成熟可靠，且同时在推进效率和降噪两方面都能取得较大进展的机械式泵喷推进系统，也许是眼前中国海军核潜艇的最好选择。至于随着技术的进一步发展，中国的无轴泵喷推进器能否突破现有的技术上限，就要看马院士给我们带来的惊喜有多大了。（观察者网）
