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5月30日,中央电视台《焦点访谈》栏目播出的“科技强国的追梦人”特别节目,在介绍中国工程院院士、海军工程大学电力电子研究所所长马伟明院士的相关事迹时,提到了了他所在团队研制的“在世界上第一个领先项目”——“潜艇无轴泵喷推进器”。
什么是无轴泵喷?
据马伟明院士介绍,潜艇无轴泵喷推进器是下一代核潜艇推进系统,“现在已经在应用了”,而且我们在技术上“领先美国”。那么,无轴泵喷推进器到底是个什么样子?
无轴泵喷是相对于有轴泵喷而言的,目前像英国的“机敏”级、美国的“海狼”级、“弗吉尼亚”级攻击核潜艇所采用的泵喷推进器,仍是由潜艇的驱动轴来提供动力,使用驱动轴带动泵喷推进器的转子转动,通过与水流的相互作用产生推力,推动潜艇达到要求的航速。这种推进器简单来说,就是在螺旋桨外面加个罩子(环状导管),以屏蔽螺旋桨(转子)旋转产生的噪声,并通过定子和导管改善进流条件,使流场更均匀、流速更快,从而提高推进效率。从本质上讲还是“艇体-轴系-螺旋桨”那一套传统推进方式,属于有轴泵喷。
无轴泵喷则是把驱动轴带动叶轮改成电机驱动,而且电动机不是安装到潜艇的中心轴线,而是布置在环状导管内,不需要中心驱动轴,螺旋桨(转子)也不再是一体式的,而是由多个单独的叶片组成,从中心驱动变成了四周驱动,所以叫无轴泵喷。
无轴泵喷的优点
有轴泵喷推进器因为需要一根一头连着蒸汽轮机或电动机,一头连着螺旋桨的主轴,所以无法消除轴系与艇体,轴系与螺旋桨之间耦合振动产生的潜艇低谱噪声。
而无轴泵喷推进器因为没有了这根主轴,就从根本上消除了驱动轴运转所带来的各种噪声。其核心技术优势在于将电机无轴推进技术与泵喷低噪、高临界航速的突出优点结合起来,既能发挥泵喷本身的声学性能优势,又能消除轴系噪声。同时,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,还能节省舱内空间,是一举数得的好事。
无轴泵喷推进技术的几个难点
不过,无轴泵喷推进技术要得到实际应用,还要解决几个难点问题:
1、潜艇动力系统的综合全电推进技术。因为无轴泵喷的转子叶轮是使用电机驱动,要进行热能或化学能-电能-机械能的转换,功率损失较大,所以需要综合电力控制技术对艇上的电能进行更精确、更有效率的分配。
2、驱动电机的体积和功率。无轴泵喷的核心就是安装在环状导管内的驱动电机,为降低阻力和流体噪声,环状导管的剖面被设计成机翼形状,而且不能太厚,这就限制了驱动电机的尺寸,也限制了无轴泵喷推进器的推力。所以必须研制出体积更小,功率更大的驱动电机,才能让潜艇真正用上无轴泵喷推进器。
从央视现场画面看,试验室内的泵喷体积和尺寸都较小,很可能是用于技术演示的原理样机或者早期的小功率推进器。虽然无法获知中国无轴泵喷推进器的具体研制进度,但可以知道中国在无轴泵喷领域肯定已经取得了突破性进展,因为马伟明院士本身就是电机方面的专家,综合全电推进技术也是其团队的主要研究课题,上面的两大难点或许已经得到解决。所以我国的下一代核潜艇,很可能就会应用无轴泵喷推进技术。
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