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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葉片的葉根現在扎根在環(huán)圈上,受力設計和制造極大簡化,容易在推進效率、噪聲、重量、成本上優(yōu)化,比如像現代超高涵道比渦扇發(fā)動機的風扇葉片一樣,在葉尖反而“鏟出”。
只要能解決大尺寸環(huán)形電機的制造問題,大直徑無軸泵推的葉片制造反而相對簡單。當然,這個“只要”可不簡單,大直徑、大功率、低磨耗、高精度的環(huán)形電機是技術難關,這也限制了無軸泵推的功率。用多個降低直徑的環(huán)形電機驅動的無軸泵推并聯工作,可以解決單個大直徑環(huán)形電機的設計和制造問題。
應用了無軸泵噴技術的渡輪,該船首尾各裝一個無軸泵噴推進器目前應用的無軸泵噴系統缺點是功率小,單個推進器只能用作小船的動力,或者大船的輔助動力
在其他因素不變的情況下,泵推的推力大體取決于葉片掃過的面積。至今減半的話,需要四個半直徑單元才能等效于一個全直徑單元。好在無軸泵推的安裝靈活,沒有常規(guī)螺旋槳或者有軸泵推要考慮傳動軸從艇體穿出的問題,除了圍殼與艇體的連接,并不需要定子,只要在艇艉設計時考慮到,多單元的安裝是可以解決的。比如說,常規(guī)艇艉是水滴形的尾巴,可以近似為圓錐,天然適合單螺旋槳設計。但把艇艉改成扁鍥形,水動力特性和制造上依然沒有太大的問題,但提供了天然的安裝多單元無軸泵推的空間。與電傳操控相結合的話,甚至引入可轉動單元,還可大大減小常規(guī)的尾翼尺寸,降低阻力。多單元還降低對可靠性的要求。
多單元之間的“搶水”是一個問題,但單元越多,每個單元的功率越低,搶水問題實際上越小,當然保證所有單元均勻出力對水動力設計的要求也越高。在這方面,航空上有很多先例,可以借鑒。隨著渦電混動的興起,新一代飛機沿翼展布滿了螺旋槳。大量小功率電驅動螺旋槳的制造成本低,可靠性要求低,與傳統設計中追求盡量減少發(fā)動機和螺旋槳數量的做法截然相反。這與多單元無軸泵推有相似之處。
多單元除了要在艇體設計時就有所考慮和可靠的中壓直流系統的支持,還有較大的重量和阻力。與全直徑泵推相比,四個半直徑泵推的圍殼總周長要加倍,大體上也導致重量和阻力加倍。還是那句老話,沒有免費的午餐。
另一個問題是外置的環(huán)形電機不易屏蔽電磁信號,多單元無軸泵推加劇了屏蔽困難,容易導致暴露目標。這些原因使得無軸泵推尚未在潛艇的主要推進上得到應用。就看馬偉明能不能給人們帶來驚喜了。
即使中國尚未突破無軸泵推技術,有軸泵推依然是一個飛躍,這方面已經沒有一票否決式的技術障礙了。
中國正在有關核潛艇動力系統降噪的一系列關鍵技術取得突破,是否會在下一代核潛艇上集中采用還不好說,這里有風險控制問題。
先進核潛艇是一系列尖端技術組成的復雜系統,圖為“海狼”級核潛艇的艇艏聲吶基陣
另一個問題是艇體設計。理論上,水滴形艇體阻力最小,噪聲也最小。但純水滴形每一段艇體都是連續(xù)可變曲率,制造很困難,一般用改進水滴形或者紡錘形,艏艉與水滴形相同,中段為簡單的圓柱形,簡化制造。饒是如此,大直徑艇體制造依然是技術難關。
大直徑艇體內空間完整,便于系統布置,更有利于布置長大的重型垂發(fā)導彈,極大地提高打擊威力和火力密度。但大直徑艇體的制造、焊接、質檢都難度很高。所謂大直徑厚板比小直徑薄板容易制造,這是似是而非的。
凡事都有一個度。適中尺度永遠是最容易制造的,更大更小更厚更薄都要難度增加。大的比小的好做,這只是把微小的與適中的相比,而不是適中的與龐大的相比。特大特厚構件的精密制造永遠是技術難題,而精密制造對艇體是關鍵。艇體的不平整或者接縫不能對齊,會造成嚴重噪聲。耐壓要求還使得艇體必須用高強度厚板制造,厚度可想而知。不過中國正在重型精密制造方面悄悄地走到了世界的前面。西方用更小的技術裝備達到了同樣的制造尺寸,中國技法尚不如人,只好把劍打造的更長一點。有一天中國的技法也一樣精湛了,那就是另外一個境界了。
在現代海戰(zhàn)中,航母像威風八面、力撼四方的泰森,但核潛艇才是殺人越貨的忍者殺手。中國核潛艇的春天就要到來了嗎。人們正在急切期待。
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