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盤點中國新一代核潛艇的黑科技
關鍵字: 核潛艇中國海軍永磁電機前置定子可以起到整流作用,把進水理順,有利于轉子發揮最大推進效率,常用于追求最大速度的魚雷。螺旋槳產生的推進水流必然帶有轉動。轉動是不產生推進作用的,但轉動又必然與周圍的靜止水體產生互動,產生紊流和噪聲。前置定子有利于轉子發力,這也導致較大的噪聲。
后置定子則相反,把轉子的出水理順,減少水流的轉動,減少噪聲。后置定子本身對噪聲也有一定的屏蔽作用,進一步降噪,多用于追求最大降噪的潛艇。
檢修中的基洛級潛艇“埃羅莎”號。A:轉子,B:定子,C:外殼。可見典型的定子后置設計。
圍殼體圍成的涵道也有講究,這可以類比于噴氣發動機的進氣道。從進水口開始逐漸擴大,可以使得進水減速增穩,改善轉子工作效率。在轉子之后逐漸收小,可以使得出水水流進一步加速,提高航速。但這是以額外阻力為代價的。漸擴段相當于倒拖一朵喇叭花,漸縮段則直接增加轉子的背壓,“憋住”轉子的有效出力。世上本無免費的午餐。
有的泵推只有漸縮,漸縮的進水段套在艇艉錐周圍,這樣有利于與艇艉整合,比較緊湊,但并不利于改善轉子工況。進水在又薄又長的漸縮環道里加速,阻力也大,更加適合于現有潛艇的泵推化改裝,全新設計一般不這么做。取消漸擴進水段是有的,只有短到幾乎可以忽略不計的進水段,但依然用漸縮的出水段對水流加速,提高航速。這樣對抑制轉子空泡噪聲效果要損失一些,但結構重量也要小一些。
不管前置還是后置,定子結構本身都要造成阻力,吃掉一點功率。泵推圍殼本身又是一大塊重量和阻力,涵道內與水流的互動也導致一點推力損失。泵推吃功率,在很長時間里是妨礙在潛艇上采用的一大障礙,傳統潛艇沒有多余的功率可以損失?,F代核潛艇反應堆出力大大提高了,才有條件推廣。
傳統泵推可以機械直推,也可以電推,但還是需要傳動軸,所以也稱有軸泵推。這帶來一系列傳動軸的固有問題。電推的話可以電機外置,解決傳動軸問題,但解決不了泵推的另一頑固問題:纏繞。
開放的螺旋槳也有纏繞問題,但一般情況下,外物在葉尖甩出,問題不大。泵推有圍殼圍著,甩不掉,很容易“吸引”纏繞。增加進水網格可以緩解外物問題,但網格本身也會堵塞,更何況增加阻力。
無軸泵推就不一樣了。顧名思義,無軸泵推沒有傳動軸,環形電機直接整合在泵推圍殼內,螺旋槳葉片是直接安裝在環形電機的轉子上的,與有軸泵推好比是滾筒式洗衣機與波輪式洗衣機的差別。
環形電機在原理上與普通電機相仿,只是轉子(電機的轉子,在這里也是推進器的轉子)直徑大大加大,而且是空心的。用于無軸泵推時,葉片像從圓環伸向中央的牙齒。牙尖可以搭接,但通常懸空,所以圓心是空心的。圓形處線速度為零,本來就沒有推進作用,沒有葉片也不損失推力。外物纏繞通常向中心聚集,空心的圓心正好讓外物通過。演示表明,無軸泵推很難發生纏繞問題。這對潛艇在容易發生纏繞危險的淺海行動具有不言而喻的意義。
曾經使得西方誤認為基洛級潛艇采用了無軸泵噴技術的照片,其實是“埃羅莎”號的定子
基洛級潛艇其實還是兩級定子,圖中可見有明顯的兩道接縫
無軸泵推沒有中心體,因此也沒有由此而來的中心體尾后低壓區和阻力問題。本來空心的旋轉的推進水柱,現在中心被進水通過空心的中央填滿了,出水特別平順,也降低了尾流噪聲。無軸泵推也不需要定子,不管用什么方式把圍殼固定在艇體上了,圍殼內是不需要定子的。相比之下,有軸泵推是必然有定子的。
無軸泵推由于是從輪圈傳力,扭力特別大,不需要變距葉片,就可以在一兩秒鐘內從全速前進轉為全速倒退,這是螺旋槳或者有軸泵推難以做到的。
無軸泵推在阿姆斯特丹的全電游船上已經實現了,每天在運河里悄無聲息、水波不興地劃過。
標簽 核潛艇-
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- 責任編輯:于寶辰
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