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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叶片的叶根现在扎根在环圈上,受力设计和制造极大简化,容易在推进效率、噪声、重量、成本上优化,比如像现代超高涵道比涡扇发动机的风扇叶片一样,在叶尖反而“铲出”。
只要能解决大尺寸环形电机的制造问题,大直径无轴泵推的叶片制造反而相对简单。当然,这个“只要”可不简单,大直径、大功率、低磨耗、高精度的环形电机是技术难关,这也限制了无轴泵推的功率。用多个降低直径的环形电机驱动的无轴泵推并联工作,可以解决单个大直径环形电机的设计和制造问题。
应用了无轴泵喷技术的渡轮,该船首尾各装一个无轴泵喷推进器目前应用的无轴泵喷系统缺点是功率小,单个推进器只能用作小船的动力,或者大船的辅助动力
在其他因素不变的情况下,泵推的推力大体取决于叶片扫过的面积。至今减半的话,需要四个半直径单元才能等效于一个全直径单元。好在无轴泵推的安装灵活,没有常规螺旋桨或者有轴泵推要考虑传动轴从艇体穿出的问题,除了围壳与艇体的连接,并不需要定子,只要在艇艉设计时考虑到,多单元的安装是可以解决的。比如说,常规艇艉是水滴形的尾巴,可以近似为圆锥,天然适合单螺旋桨设计。但把艇艉改成扁锲形,水动力特性和制造上依然没有太大的问题,但提供了天然的安装多单元无轴泵推的空间。与电传操控相结合的话,甚至引入可转动单元,还可大大减小常规的尾翼尺寸,降低阻力。多单元还降低对可靠性的要求。
多单元之间的“抢水”是一个问题,但单元越多,每个单元的功率越低,抢水问题实际上越小,当然保证所有单元均匀出力对水动力设计的要求也越高。在这方面,航空上有很多先例,可以借鉴。随着涡电混动的兴起,新一代飞机沿翼展布满了螺旋桨。大量小功率电驱动螺旋桨的制造成本低,可靠性要求低,与传统设计中追求尽量减少发动机和螺旋桨数量的做法截然相反。这与多单元无轴泵推有相似之处。
多单元除了要在艇体设计时就有所考虑和可靠的中压直流系统的支持,还有较大的重量和阻力。与全直径泵推相比,四个半直径泵推的围壳总周长要加倍,大体上也导致重量和阻力加倍。还是那句老话,没有免费的午餐。
另一个问题是外置的环形电机不易屏蔽电磁信号,多单元无轴泵推加剧了屏蔽困难,容易导致暴露目标。这些原因使得无轴泵推尚未在潜艇的主要推进上得到应用。就看马伟明能不能给人们带来惊喜了。
即使中国尚未突破无轴泵推技术,有轴泵推依然是一个飞跃,这方面已经没有一票否决式的技术障碍了。
中国正在有关核潜艇动力系统降噪的一系列关键技术取得突破,是否会在下一代核潜艇上集中采用还不好说,这里有风险控制问题。
先进核潜艇是一系列尖端技术组成的复杂系统,图为“海狼”级核潜艇的艇艏声呐基阵
另一个问题是艇体设计。理论上,水滴形艇体阻力最小,噪声也最小。但纯水滴形每一段艇体都是连续可变曲率,制造很困难,一般用改进水滴形或者纺锤形,艏艉与水滴形相同,中段为简单的圆柱形,简化制造。饶是如此,大直径艇体制造依然是技术难关。
大直径艇体内空间完整,便于系统布置,更有利于布置长大的重型垂发导弹,极大地提高打击威力和火力密度。但大直径艇体的制造、焊接、质检都难度很高。所谓大直径厚板比小直径薄板容易制造,这是似是而非的。
凡事都有一个度。适中尺度永远是最容易制造的,更大更小更厚更薄都要难度增加。大的比小的好做,这只是把微小的与适中的相比,而不是适中的与庞大的相比。特大特厚构件的精密制造永远是技术难题,而精密制造对艇体是关键。艇体的不平整或者接缝不能对齐,会造成严重噪声。耐压要求还使得艇体必须用高强度厚板制造,厚度可想而知。不过中国正在重型精密制造方面悄悄地走到了世界的前面。西方用更小的技术装备达到了同样的制造尺寸,中国技法尚不如人,只好把剑打造的更长一点。有一天中国的技法也一样精湛了,那就是另外一个境界了。
在现代海战中,航母像威风八面、力撼四方的泰森,但核潜艇才是杀人越货的忍者杀手。中国核潜艇的春天就要到来了吗。人们正在急切期待。
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