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盘点中国新一代核潜艇的黑科技
关键字: 核潜艇中国海军永磁电机
用电力推进的话,汽轮机驱动发电机,大功率输配电系统“柔性”地通过电缆传递功率,不仅大大便利艇内的设备布置,而且便于用可变转速电机推动,一举取消了齿轮箱、传动轴的噪声。传统上用励磁电机,现在采用更先进的永磁电机,功率密度更高,噪声更低。
并非巧合的是,大名鼎鼎的马伟明院士的重要贡献之一就是中压交直流系统。中压比低压的功率密度更高,这是现代电推的关键技术,新一代汽车也有向48伏直流转变的趋势,舰船使用的可以更高,但英国“伊丽莎白女王”级航母和美国“朱姆瓦尔特”级驱逐舰据说用的还是低压直流系统。直流便于大功率传输和调速,用于推进;交流用于艇其他一般用户。中压系统和永磁电机一起,这又锁上核潜艇动力系统降噪链的又一环。
马伟明院士的话讲的硬气,但相关节目中展示的无轴泵喷装置还是个小型装置,距离实际应用到底有多少距离还难估计
更非巧合的是,在央视《焦点访谈》节目中,马伟明院士展示了无轴泵推技术。展示的当然是实验室规模的小东西,现在达到什么样的实用化程度是保密的,到底离装艇使用有多少距离,就留给人们想象了。
传统推进用螺旋桨,倾斜的叶片在旋转中通过对水的斜切的向后分量形成推进力。从另一个角度来说,就是在叶片前后制造一个压力差。压力差越大,推进的力道越大。不过,压力差也是有副作用的,叶片背后的减压会造成汽化,空泡在水压下破灭会产生很大的噪声。由于叶片产生压差的能力与线速度的平方成正比,简单叶片的空泡澡声在叶尖达到最大。由于直接暴露在水中,这或许是潜艇噪声的最大来源。
为了使得叶片的推进效率在半径方向相对均匀以达到最优,叶片宽度和扭转需要精心设计,这就形成了螺旋桨叶片像现代抽象派雕刻一样的奇特形状。为了加大推力但减小噪声,通常还需要加大直径、降低转速。大直径复杂扭转的螺旋桨制造是技术难关,当年东芝因为私下向苏联出口有关数控机床还遭到美国的严厉制裁。
但螺旋桨的降噪是有极限的,进一步降噪要在螺旋桨以外做文章,这就是泵推。泵推也称涵道螺旋桨,在常见螺旋桨之外围上一圈围壳,对叶片噪声实现屏蔽,只有在尾后很小的锥形区域内才容易探测到螺旋桨的噪声。
泵推不是新概念,在鱼雷上也早就得到应用,但在潜艇上的应用依然属于前沿技术。魔鬼正在细节之中。
法国凯旋级战略核潜艇的模型,红圈部位即为泵喷推进系统
泵推的围壳套在艇艉锥顶端,必然需要支撑结构,这称为定子,通常是顺着流向的固定叶片结构。螺旋桨当然就是转子。在结构上,要么定子在前,转子在后;要么转子在前,定子在后。两者各有好处。
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- 责任编辑:于宝辰
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