无轴泵推是潜艇的新机遇

晨枫

“自古以来”，潜艇就用螺旋桨推进，现在的主流泵推可以看做套上涵管的螺旋桨。螺旋桨转速越高，出力越大，但空泡噪声越大。套上涵管后，噪声受到很大的抑制，主要传导方向局限在正前方和正后方，侧向噪声大大降低。但螺旋桨的直径、转速和噪声的关系没有本质改变。
* a1 x4 b# c2 t
( J9 N; n) }* |" Q0 U/ k

+ ]! V$ G- m4 \3 i现代潜艇常用大直径7叶大弯度螺旋桨。叶数越多，螺旋桨每转动一圈，出力越大，桨叶的“啪嗒”声越均匀，缺乏明显节奏的噪声容易融入海洋环境的背景噪声。直径越大，同样每转动一圈的出力越大，但在同样转速下叶尖速度越高，空泡噪声越大，所以需要降低转速。大弯度桨叶的弯度是三维的，不仅前后缘弯度增加，呈弯刀形，还从根部向叶尖沿径向逐步减小扭转。这是为了在接近轴心的部位增加桨叶出力，在接近叶尖的部位降低出力，尽量使得出力和噪声均匀化，减少“局部热点”，增大全局效力。
  p$ ^: `' v8 A  a# H
但单个螺旋桨还是有叶尖的空泡速度限制，还是有免不了的“啪嗒”声。
% ^& _& R( ?$ T
# z1 z- I6 S/ i1 x& o泵推不进给螺旋桨套上涵道，还提供了新的可能性。现有泵推还是推进电机内置在艇内，通过大轴驱动艇尾的桨叶。无轴泵推取消了大轴。
" m0 h" a/ o! V/ \" P
无轴泵推取消大轴后，一般采用外挂短舱，螺旋桨的进水条件更好，可转动短舱还起转向作用，对于港内低速靠泊机动尤其有用。

3 ~) d, ^' o& `- I3 K

4 t* Y" i3 B# N/ e% o: o* T短舱泵推可以用轴心电机和环形电机。轴心电机比较常规，在涵道内用支架固定驱动电机，电机直接驱动螺旋桨。这到底算有轴泵推还是无轴泵推也可以争议。

6 d& @9 _  G* G) x5 q" V- J真正的无轴泵推采用环形电机，涵道的固定外壁结构本身就是定子，转动内壁是转子，桨叶“生根”在转动内壁上，叶尖反而在圆心。
. K* f4 p$ S  V1 b) s& f


0 \7 o2 N8 o1 j& j9 n) o无轴泵推可以是开放叶尖的
$ u$ n, k) h7 k2 N' @
开放叶尖的好处是不可能被外物缠绕，渔网、绳缆直接就从中心的开口“吐”出去了。缺点是桨叶的出力和受力是反的，靠近圆心处受力条件差，但线速度低，需要加强出力；靠近环壁处受力条件好，但线速度高，需要降低出力。没有这样的均衡化的话，桨叶出力沿径向向圆心递减可能在圆心造成回流阻力。
4 L& n1 L$ Z- q  C$ j; S

& q" c* \, M( N1 }/ y# r
1 b! U( `3 O+ Z# p也可以是带更加常规的叶尖整流装置
" n$ K" K! b- x5 o, q8 j: R  C
这样可以避免圆心的回流阻力，但可能有缠绕问题，也牺牲了一些桨叶扫过面积。
8 p2 Q' J2 f- L% {; M6 I; ?/ C
' v1 p+ N/ |6 y" F$ y5 h* N不管是哪一种，无轴泵推有利于分布式推进，用多个推进器代替单一推进器。除了可靠性上的好处外，分布式推进还降低噪声。一个全直径的螺旋桨和4个半直径的螺旋桨具有相同的扫过面积，在转速相同的情况下，可大致看作具有相同的推进作用。但全直径螺旋桨的叶尖速度2倍于半直径螺旋桨，这意味着前者噪声更大。如果空泡速度介于两者之间，噪声水平就是质变了。
0 r' h4 K" q* ]9 D  M/ W# W0 s
5 y& x' g+ ]( a8 b& ?% B. d7 C- u

单个螺旋桨有富有特征的“啪嗒啪嗒”声。多个螺旋桨在协调相位后，可以大大降低明显的“啪嗒”声，驾车人开过三缸、四缸、V6、V8的话，容易感受到噪声特征的差别。含混而连贯的噪声更加容易融入环境噪声，如果有意地随机增减转速，更可以把推进噪声伪装为自然的环境噪声，当然，不断的加速减会使推进效率会有所损失。

分布式推进还有可能拉动艇体表面的附面层，降低流体阻力。分布式推进更可以减小尾舵舵面面积，降低阻力和噪声。巡航速度下的精确操控用舵面更加成熟可靠，低速精确机动可以通过转动短舱来实现，高速、大幅度机动用短舱粗调、尾舵细调。
7 W. Z/ v# p  s! Z+ J) y+ I
无轴泵推的缺点是电机“暴露”，噪声和磁场不容易屏蔽。

常挨揍

看到一段096的技术指标，也提到这个“无轴泵喷”，不过看得心里打鼓。马伟明院士应该不是这个方向啊
( V; Q6 {" q3 H* v. J: c

据开源信息表明，096型是中国海军第三代弹道导弹核潜艇，运用了12米的大直径耐压壳体，长期被网友诟病的“龟背”现象消失了，降低了潜航时的水流阻力，提高了潜航时的速度。

" ?+ `- C4 D: o( r; U0 I. }0 p096型战略核潜艇，艇上运用了大量先进的技术，比如舷侧声呐阵列、第三代消音瓦、自由减震浮筏、挠性降噪管路、隐蔽式可启闭流水孔等。

3 @# q8 Y9 y5 Y1 Y$ c艇长150-160米，潜航排水量1.8-2.0万吨，潜深超过650米，最高航速33节。采用了第四代小型艇载核反应堆技术，马伟明院士领衔的团队研发成功的无轴泵喷技术和中压直流推进系统，提高航速的同时让其水下噪音只有90分贝左右。

096型战略核潜艇，设置有数具533mm鱼雷发射管，能发射采用HAP三组元推进剂，实现了闭环控制和无级变速能力，最大距离超过60公里的“鱼”-10等先进的重型制导鱼雷。
. H" N5 ~+ _; \- {
设置了16-18具艇载VLS装置，用来发射“巨浪”-3远程弹道导弹。它就是著名的陆基“东风”-41洲际导弹的潜射版，拥有10个分导式核弹头，能打击1.4万公里外的重要目标，可以从南海直接打到北美大陆。
5 f/ N. R( O; R+ Y
096型战略核潜艇，不仅修改了094A战略核潜艇存在的相关缺陷，而且各方面性能指标都有了很大提升。综合性能与俄罗斯海军的955A型“北风之神”级和美国海军的SSGN“俄亥俄”级战略核潜艇相媲美。

晨枫

常挨揍 发表于 2025-8-18 07:33
看到一段096的技术指标，也提到这个“无轴泵喷”，不过看得心里打鼓。马伟明院士应该不是这个方向啊 ...

0 x6 T' T) _4 f3 Q马伟明确实有研究无轴泵推和中压直流的公开报道