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【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 施洋】

本周，對于中國的軍迷來說，年輕的馬偉明院士又給我們帶來了一個驚喜，在央視焦點(diǎn)訪談的節(jié)目中，由他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研制的潛艇無軸泵噴推進(jìn)器原理樣機(jī)首次公開，加上他在采訪里這句自信的“領(lǐng)先就領(lǐng)先美國”，讓大家對下一代核潛艇又多了許多美好的期待；而與此同時，仿佛是有先見之明的“未雨綢繆”一般，本周美日聯(lián)合進(jìn)行的軍事演習(xí)，也有意無意地為我們展示了美軍未來反潛戰(zhàn)可能的一個作戰(zhàn)模式。

新一代核潛艇的推進(jìn)器

本周三，在央視焦點(diǎn)訪談里，曾在電磁彈射器領(lǐng)域做出過突出貢獻(xiàn)的馬偉明院士又拿出了一項(xiàng)鼓舞人心的成就，那就是展示了號稱用于下一代核潛艇的無軸泵噴推進(jìn)器。由于這項(xiàng)技術(shù)比較先進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)上一時間也沒有特別靠譜的介紹，于是在一時之間，從“無軸泵噴只是一個大號的無刷電機(jī)”到“無軸泵噴就是電磁超導(dǎo)推進(jìn)”的各種說法都冒了出來。

作為美國打算在10年以后才在核潛艇上實(shí)際裝備的真·高技術(shù)裝備，把無軸泵噴技術(shù)“矮化”成一種共享電瓶車上都有的地點(diǎn)技術(shù)顯然是荒謬可笑的。不過作為美國10年后就打算實(shí)用化的裝備，用超導(dǎo)之類的高技術(shù)詞匯過分神話這一技術(shù)，把它描述成像可控核聚變一樣的未來科技自然也不合適。要說明白這一切，還得從傳統(tǒng)的潛艇動力——螺旋槳說起。

在一般水面艦艇上，作為推進(jìn)裝置的螺旋槳最主要考慮的就是推進(jìn)效率。而在潛艇上，除了要盡可能提高推進(jìn)效率，提升潛艇的航速外，螺旋槳的設(shè)計還有一個重要的考慮就是降低噪音，這一方面的要求一個是盡量減少螺旋槳產(chǎn)生的空泡（因?yàn)榭张萜屏褧a(chǎn)生額外噪音，同時降低螺旋槳推進(jìn)效率并且損壞槳葉表面），另一個則是降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速獲得較低的噪音（這毫無疑問會帶來速度的降低）。這兩項(xiàng)互相矛盾的要求在技術(shù)上互相妥協(xié)，加上參考現(xiàn)實(shí)的螺旋槳加工工藝的結(jié)果，就是我們在談到潛艇的時候經(jīng)常會用到的一個詞“七葉大側(cè)斜螺旋槳”，這種螺旋槳相對來說比較不容易產(chǎn)生空泡，同時在低轉(zhuǎn)速的情況下還能獲得較高的推進(jìn)效率和航速。

七葉大側(cè)斜螺旋槳

當(dāng)然這顯然不是潛艇推進(jìn)器的終點(diǎn)，在冷戰(zhàn)后期，泵噴推進(jìn)器就走上了潛艇動力的舞臺。從本質(zhì)上說，泵噴推進(jìn)的確也不是什么高科技，顧名思義就是“像水泵一樣推進(jìn)”。因?yàn)楸脟姷耐獠吭O(shè)有漸擴(kuò)式導(dǎo)管，就像飛機(jī)的進(jìn)氣道一樣，可以將流入的水流減速，從而提高驅(qū)動的效率，并且延緩空泡的產(chǎn)生，從而提升動力效率，因此最早被用于魚雷提升航速。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，泵噴推進(jìn)器在推進(jìn)效率高于后者的同時，其輻射噪聲反而低于七葉大側(cè)斜槳。文獻(xiàn)表明，低航速下，泵噴的低頻線譜噪聲比七葉大側(cè)斜槳要小15dB以上，寬帶譜總噪聲級下降10dB以上，高航速下，降噪效果更為明顯。且泵噴空化性能要優(yōu)于七葉大側(cè)斜螺旋槳，使得泵噴臨界航速更高，十分適合水下高速航行的核潛艇使用。當(dāng)然，驅(qū)動幾噸重魚雷的泵噴和驅(qū)動幾千甚至上萬噸核潛艇的泵噴在技術(shù)難度上不是一個檔次，二者在結(jié)構(gòu)上也因?yàn)槎ㄗ游恢貌煌謩e采用后置定子泵噴和前置定子泵噴。分別突出速度和靜音性。經(jīng)過多年發(fā)展，目前在美、英、法等國，泵噴已經(jīng)成為新一代核潛艇的標(biāo)準(zhǔn)配備。

基洛級改進(jìn)型拆下的后定子和轉(zhuǎn)子

至于無軸泵噴，本質(zhì)上是把原本通過驅(qū)動軸驅(qū)動的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)為通過集成在泵噴導(dǎo)管或者輪轂內(nèi)的電機(jī)發(fā)出的電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。雖然原理上很像無刷電機(jī)，但無論是制造工藝還是其采用的潤滑方式都有相當(dāng)大的不同。不過與傳統(tǒng)機(jī)械式泵噴相比，無軸泵噴的推進(jìn)效率實(shí)際上是降低的，消耗功率則反而要增加，其主要的優(yōu)勢還是在于能夠降低噪音。這當(dāng)然不是說外置電機(jī)就比潛艇內(nèi)部的電機(jī)更加安靜，而是因?yàn)闊o軸泵噴甩掉了無論是機(jī)械式泵噴還是螺旋槳都逃不掉的驅(qū)動軸，這根驅(qū)動軸帶來的整個推進(jìn)器和軸系的震動及其產(chǎn)生的噪音，在無軸泵噴上都得以取消，從而在動力系統(tǒng)減噪方面邁進(jìn)了一大步。當(dāng)然這一技術(shù)難度不小，在此之前，美國是唯一將這一技術(shù)產(chǎn)品實(shí)用化的，潛艇上唯一運(yùn)用無軸泵噴的就是美國的“弗吉尼亞”級，而且只是其艇上的輔助推進(jìn)集成電機(jī)泵噴，美國目前的規(guī)劃，也只是在至少10年以后建造的下一代戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈核潛艇上可能采用的推進(jìn)形式。

“弗吉尼亞”級潛艇的泵噴推進(jìn)器，當(dāng)然，還不是無軸泵噴

規(guī)劃中的美國海軍未來無軸泵噴

不過這一推進(jìn)系統(tǒng)也不是毫無缺陷，一個是以目前的技術(shù)來看，無軸泵推還不適合作為主推力的大功率推進(jìn)系統(tǒng)，大多數(shù)的實(shí)踐主要還是利用其不需要推進(jìn)軸，所以轉(zhuǎn)向靈活的優(yōu)勢，作為改善艦船操縱性的輔助推進(jìn)系統(tǒng)，同時保留螺旋槳或者機(jī)械式泵噴作為主動力。當(dāng)然理論上只要增加幾個無軸泵噴，動力確實(shí)也能得到改善，但對于核潛艇來說，推進(jìn)器也不能無限制增加。根據(jù)現(xiàn)有的測算，如果“捆綁”在潛艇上的無軸泵噴數(shù)量超過3個，這些布置距離太近的推進(jìn)器就會互相“搶水喝”，導(dǎo)致推進(jìn)器的功率下降，而只裝1個或者2個則功率又不夠；另一個缺陷則是因?yàn)槠潆姍C(jī)等電磁設(shè)備都布置于潛艇外的導(dǎo)流罩內(nèi)，其電磁信號缺乏遮蔽，很容易導(dǎo)致潛艇的磁信號增強(qiáng)。基于上述兩個考慮，目前美國最新的核潛艇規(guī)劃里，機(jī)械式泵噴又成了主流，無軸泵噴還是回到了輔助推進(jìn)的位置上。

回到馬偉明院士的產(chǎn)品上，現(xiàn)場看到的無軸泵噴推進(jìn)器體積和直徑都相當(dāng)小，要么只是一臺功率較小的輔助推進(jìn)器，要么根本只是更加早期的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。無論如何，這臺無軸泵噴推進(jìn)器距離真正裝上核潛艇，成為水下高速航行的主動力系統(tǒng)，顯然還存在相當(dāng)大的距離。雖然這樣也不影響其在技術(shù)上的先進(jìn)性甚至領(lǐng)先性，但就實(shí)用性而言，我們顯然還不能就此樂觀的認(rèn)為，即將服役的新核潛艇的推進(jìn)系統(tǒng)就能因?yàn)檫@樣一臺驗(yàn)證機(jī)而萬事大吉。

《焦點(diǎn)訪談》截圖 采訪中出現(xiàn)的無軸泵噴樣機(jī)

從目前的情況觀察，無論是已經(jīng)服役并且多次遠(yuǎn)赴印度洋、太平洋甚至大西洋進(jìn)行巡航的093型核潛艇，還是增加了垂直發(fā)射的對陸攻擊巡航導(dǎo)彈，指揮臺圍殼后部有隆起的093改進(jìn)型核潛艇，都還沒有使用泵噴推進(jìn)器的跡象，而是繼續(xù)使用傳統(tǒng)的七葉大側(cè)斜螺旋槳，因此對于中國海軍而言，無論是哪一種泵噴推進(jìn)器，都能提高中國核潛艇的水下隱蔽性，并且提高中國海軍核潛艇的推進(jìn)效率。對于過往記錄中水下噪音偏大，且長期因?yàn)榉磻?yīng)堆尺寸和技術(shù)問題功率不足、水下航速偏慢的中國核潛艇來說，無論哪個形式的改變都是值得可喜的，而如果考慮到技術(shù)的復(fù)雜性，那么技術(shù)上更加成熟可靠，且同時在推進(jìn)效率和降噪兩方面都能取得較大進(jìn)展的機(jī)械式泵噴推進(jìn)系統(tǒng)，也許是眼前中國海軍核潛艇的最好選擇。至于隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，中國的無軸泵噴推進(jìn)器能否突破現(xiàn)有的技術(shù)上限，就要看馬院士給我們帶來的驚喜有多大了。