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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前置定子可以起到整流作用,把进水理顺,有利于转子发挥最大推进效率,常用于追求最大速度的鱼雷。螺旋桨产生的推进水流必然带有转动。转动是不产生推进作用的,但转动又必然与周围的静止水体产生互动,产生紊流和噪声。前置定子有利于转子发力,这也导致较大的噪声。
后置定子则相反,把转子的出水理顺,减少水流的转动,减少噪声。后置定子本身对噪声也有一定的屏蔽作用,进一步降噪,多用于追求最大降噪的潜艇。
检修中的基洛级潜艇“埃罗莎”号。A:转子,B:定子,C:外壳。可见典型的定子后置设计。
围壳体围成的涵道也有讲究,这可以类比于喷气发动机的进气道。从进水口开始逐渐扩大,可以使得进水减速增稳,改善转子工作效率。在转子之后逐渐收小,可以使得出水水流进一步加速,提高航速。但这是以额外阻力为代价的。渐扩段相当于倒拖一朵喇叭花,渐缩段则直接增加转子的背压,“憋住”转子的有效出力。世上本无免费的午餐。
有的泵推只有渐缩,渐缩的进水段套在艇艉锥周围,这样有利于与艇艉整合,比较紧凑,但并不利于改善转子工况。进水在又薄又长的渐缩环道里加速,阻力也大,更加适合于现有潜艇的泵推化改装,全新设计一般不这么做。取消渐扩进水段是有的,只有短到几乎可以忽略不计的进水段,但依然用渐缩的出水段对水流加速,提高航速。这样对抑制转子空泡噪声效果要损失一些,但结构重量也要小一些。
不管前置还是后置,定子结构本身都要造成阻力,吃掉一点功率。泵推围壳本身又是一大块重量和阻力,涵道内与水流的互动也导致一点推力损失。泵推吃功率,在很长时间里是妨碍在潜艇上采用的一大障碍,传统潜艇没有多余的功率可以损失。现代核潜艇反应堆出力大大提高了,才有条件推广。
传统泵推可以机械直推,也可以电推,但还是需要传动轴,所以也称有轴泵推。这带来一系列传动轴的固有问题。电推的话可以电机外置,解决传动轴问题,但解决不了泵推的另一顽固问题:缠绕。
开放的螺旋桨也有缠绕问题,但一般情况下,外物在叶尖甩出,问题不大。泵推有围壳围着,甩不掉,很容易“吸引”缠绕。增加进水网格可以缓解外物问题,但网格本身也会堵塞,更何况增加阻力。
无轴泵推就不一样了。顾名思义,无轴泵推没有传动轴,环形电机直接整合在泵推围壳内,螺旋桨叶片是直接安装在环形电机的转子上的,与有轴泵推好比是滚筒式洗衣机与波轮式洗衣机的差别。
环形电机在原理上与普通电机相仿,只是转子(电机的转子,在这里也是推进器的转子)直径大大加大,而且是空心的。用于无轴泵推时,叶片像从圆环伸向中央的牙齿。牙尖可以搭接,但通常悬空,所以圆心是空心的。圆形处线速度为零,本来就没有推进作用,没有叶片也不损失推力。外物缠绕通常向中心聚集,空心的圆心正好让外物通过。演示表明,无轴泵推很难发生缠绕问题。这对潜艇在容易发生缠绕危险的浅海行动具有不言而喻的意义。
曾经使得西方误认为基洛级潜艇采用了无轴泵喷技术的照片,其实是“埃罗莎”号的定子
基洛级潜艇其实还是两级定子,图中可见有明显的两道接缝
无轴泵推没有中心体,因此也没有由此而来的中心体尾后低压区和阻力问题。本来空心的旋转的推进水柱,现在中心被进水通过空心的中央填满了,出水特别平顺,也降低了尾流噪声。无轴泵推也不需要定子,不管用什么方式把围壳固定在艇体上了,围壳内是不需要定子的。相比之下,有轴泵推是必然有定子的。
无轴泵推由于是从轮圈传力,扭力特别大,不需要变距叶片,就可以在一两秒钟内从全速前进转为全速倒退,这是螺旋桨或者有轴泵推难以做到的。
无轴泵推在阿姆斯特丹的全电游船上已经实现了,每天在运河里悄无声息、水波不兴地划过。
标签 核潜艇-
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