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盤(pán)點(diǎn)中國(guó)新一代核潛艇的黑科技
關(guān)鍵字: 核潛艇中國(guó)海軍永磁電機(jī)
用電力推進(jìn)的話,汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),大功率輸配電系統(tǒng)“柔性”地通過(guò)電纜傳遞功率,不僅大大便利艇內(nèi)的設(shè)備布置,而且便于用可變轉(zhuǎn)速電機(jī)推動(dòng),一舉取消了齒輪箱、傳動(dòng)軸的噪聲。傳統(tǒng)上用勵(lì)磁電機(jī),現(xiàn)在采用更先進(jìn)的永磁電機(jī),功率密度更高,噪聲更低。
并非巧合的是,大名鼎鼎的馬偉明院士的重要貢獻(xiàn)之一就是中壓交直流系統(tǒng)。中壓比低壓的功率密度更高,這是現(xiàn)代電推的關(guān)鍵技術(shù),新一代汽車也有向48伏直流轉(zhuǎn)變的趨勢(shì),艦船使用的可以更高,但英國(guó)“伊麗莎白女王”級(jí)航母和美國(guó)“朱姆瓦爾特”級(jí)驅(qū)逐艦據(jù)說(shuō)用的還是低壓直流系統(tǒng)。直流便于大功率傳輸和調(diào)速,用于推進(jìn);交流用于艇其他一般用戶。中壓系統(tǒng)和永磁電機(jī)一起,這又鎖上核潛艇動(dòng)力系統(tǒng)降噪鏈的又一環(huán)。
馬偉明院士的話講的硬氣,但相關(guān)節(jié)目中展示的無(wú)軸泵噴裝置還是個(gè)小型裝置,距離實(shí)際應(yīng)用到底有多少距離還難估計(jì)
更非巧合的是,在央視《焦點(diǎn)訪談》節(jié)目中,馬偉明院士展示了無(wú)軸泵推技術(shù)。展示的當(dāng)然是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小東西,現(xiàn)在達(dá)到什么樣的實(shí)用化程度是保密的,到底離裝艇使用有多少距離,就留給人們想象了。
傳統(tǒng)推進(jìn)用螺旋槳,傾斜的葉片在旋轉(zhuǎn)中通過(guò)對(duì)水的斜切的向后分量形成推進(jìn)力。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō),就是在葉片前后制造一個(gè)壓力差。壓力差越大,推進(jìn)的力道越大。不過(guò),壓力差也是有副作用的,葉片背后的減壓會(huì)造成汽化,空泡在水壓下破滅會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲。由于葉片產(chǎn)生壓差的能力與線速度的平方成正比,簡(jiǎn)單葉片的空泡澡聲在葉尖達(dá)到最大。由于直接暴露在水中,這或許是潛艇噪聲的最大來(lái)源。
為了使得葉片的推進(jìn)效率在半徑方向相對(duì)均勻以達(dá)到最優(yōu),葉片寬度和扭轉(zhuǎn)需要精心設(shè)計(jì),這就形成了螺旋槳葉片像現(xiàn)代抽象派雕刻一樣的奇特形狀。為了加大推力但減小噪聲,通常還需要加大直徑、降低轉(zhuǎn)速。大直徑復(fù)雜扭轉(zhuǎn)的螺旋槳制造是技術(shù)難關(guān),當(dāng)年?yáng)|芝因?yàn)樗较孪蛱K聯(lián)出口有關(guān)數(shù)控機(jī)床還遭到美國(guó)的嚴(yán)厲制裁。
但螺旋槳的降噪是有極限的,進(jìn)一步降噪要在螺旋槳以外做文章,這就是泵推。泵推也稱涵道螺旋槳,在常見(jiàn)螺旋槳之外圍上一圈圍殼,對(duì)葉片噪聲實(shí)現(xiàn)屏蔽,只有在尾后很小的錐形區(qū)域內(nèi)才容易探測(cè)到螺旋槳的噪聲。
泵推不是新概念,在魚(yú)雷上也早就得到應(yīng)用,但在潛艇上的應(yīng)用依然屬于前沿技術(shù)。魔鬼正在細(xì)節(jié)之中。
法國(guó)凱旋級(jí)戰(zhàn)略核潛艇的模型,紅圈部位即為泵噴推進(jìn)系統(tǒng)
泵推的圍殼套在艇艉錐頂端,必然需要支撐結(jié)構(gòu),這稱為定子,通常是順著流向的固定葉片結(jié)構(gòu)。螺旋槳當(dāng)然就是轉(zhuǎn)子。在結(jié)構(gòu)上,要么定子在前,轉(zhuǎn)子在后;要么轉(zhuǎn)子在前,定子在后。兩者各有好處。
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