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常規潛艇為何不學核潛艇裝泵推?因要求航速超過20節

常規潛艇為何不學核潛艇裝泵推?因要求航速超過20節
2019年10月08日 15:51 新浪軍事
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  泵推系統是一種為船舶設計的新型推進系統,其是由導管螺旋槳,離心泵或者混合流泵組成,融合了高速離心和軸向設計兩種設計思路。其設計歷史可以追溯到1931年,一位意大利發明家在威尼斯展示了第一臺能夠正常運行的泵推發動機,但是由于設備材料的強度問題,導致該型號發動機使用壽命極短,且他也未為此申請專利,因此它設計的泵推發動機從來沒有被商業使用。而第一臺成功被商業運用的泵推發動機則是于24年后的1955年,由新西蘭的發明家威廉。漢密爾頓爵士所發明設計的。而泵推系統的軍用,則是在1957年由美國賓夕法尼亞大學的設計研究所設計,并且應用在重型魚雷上,包括現在的旗魚魚雷,MK48魚雷,MK50魚雷,ADCAP等。

  泵推系統在艦艇上的運用,最多的便是水翼船和潛艇,水翼船的泵推系統。在較大的艦艇上,泵推系統大多由燃氣輪機等提供動力,而目前最先進的泵推系統則已經為全電推進。這也是限制常規潛艇使用泵推系統的一個絆腳石,眾所周知潛艇潛水時,是不可能使用化石燃料來提供動力的,而常規潛艇的潛水,則是平常在水面上使用化石燃料的來提供航行動力,并且為蓄電池充電,在水下航行時,動力來源便變成了由蓄電池提供,但是蓄電池提供的電力,不僅要為輪機提供動力,還需要對艇上的作戰系統,人員生活系統提供電力。

  但泵推系統是依靠大量電力進行航行,且需求是高航速,約為20節以上才可在靜音等水平上優于普通螺旋槳推進,由于目前的技術問題,常規潛艇的航速鮮有超過20節的,因此在常規潛艇上采用泵推,效能不及常規螺旋槳推進系統。并且目前西方各主要大國的核潛艇都采用了泵推系統,例如 皇家海軍的機敏級,美國海軍的海狼級,弗吉尼亞級,計劃中的SSBNX,法國海軍的凱旋級等等。

  雖然泵推系統對潛艇航速由要求,但是其優點不可小視。1。由于泵推系統對航速的要求,因此在正常螺旋槳產生空化噪音時,泵推系統還遠未達到空化臨界速度,進而提高了潛艇無聲航行的速度。2。相對于螺旋槳的體積,泵推的體積更小,因此推進器和發動機的功率密度更高。3。泵推系統外部擁有保護殼,使內部的無軸螺旋槳更不易被損壞。4。泵推系統更加靈活,可以產生矢量推力。5。泵推系統可以降噪,因為泵推系統帶有保護性外殼,導致其的聲納特征降低,而且這種特殊的推進系統是獨一無二的,因此在聲紋庫中更難被識別。

  在使用壽命上泵推系統的壽命高于螺旋槳推進系統,同樣是由于空化原因所造成。當暴露的螺旋槳葉片穿過液體時,特別是在螺旋槳葉尖周圍區域,空化效應最容易發生在暴露的螺旋槳葉片的前緣偏后的位置。且高速旋轉的葉片后方的壓力會降低,并且在某些情況下,當壓力局部地降低到飽和蒸汽壓力以下時,便會形成氣泡。這稱為空化效應。空化效應會在船舶螺旋槳的運動邊緣產生渦流線。

  朝向渦流的核心,使液體的流速增加并且讓壓力降低。較低的壓力會引發空化效應,產生的氣泡會產生噪音,振動以及腐蝕螺旋槳的槳葉。許多的研究表明,當空化氣泡在槳葉表面附近坍塌時,會產生空化效應損壞螺旋槳槳葉的一個破壞性因素,即向槳葉表面發射所謂的凹入微射流。這種液體射流可以產生高達1500米/秒的速度,并且能夠損壞已知的最硬物質。而泵推系統即可避免這樣的損壞。

  泵推系統優點極多,因此,我國海軍也早已在泵推技術方面加大力度進行研發,我國海軍最新研發的輪輞驅動泵噴射器在泵噴射罩內具有環形電機,其將葉片轉子轉動到泵噴射腔內以產生更小的水泡,使潛艇更安靜。

  且在研發常規潛艇的泵噴射推進系統方面,也取得了很大的成就。并且泵推系統可以整合計入核潛艇的全電系統,為船體和搭載平臺,推進器,船舶控制,電動執行,傳感器和自衛等領域技術整合提供便利。(作者署名:雷姐的機械空間

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