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1 # 寒木釣萌
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2 # 猴子軍師
在核潛艇推進裝置研發上,中國已取得領先美國的技術成果。由中國武漢海軍工程大學馬偉明院士團隊研製的“潛艇用無軸泵噴推進器”,將應用在中國下一代核潛艇上!“無軸泵噴推進器”,是世界各海軍強國競相開發的新型推進裝置,它比“有軸泵噴推進器”要先進一代。目前,英美等國海軍最先進的核潛艇上,配裝的均是“有軸泵噴推進器”。
大家知道,潛艇按所用動力裝置來分類,可分為常規動力潛艇與核動力潛艇兩大類。按所用推進裝置來分,可分為螺旋槳推進器潛艇與泵噴推進器潛艇兩大類。
泵噴推進器,是一種比螺旋槳推進器執行噪聲更小、推進效率更高、技術上更先進的推進器。
潛艇用推進螺旋槳在執行時,由於葉片振動及空泡的存在,會產生很大噪聲。這種噪聲輻射到海水中後,容易被敵方反潛聲吶捕捉到。
為降低潛艇推進螺旋槳的執行噪聲,人們想了很多辦法。其中一種辦法就是給潛艇配備七葉大側斜螺旋槳。潛艇是否採用七葉大側斜推進螺旋槳,曾是潛艇是否先進的一個標誌。七葉大側斜螺旋槳,是一種噪聲較低的推進裝置。
但七葉大側斜螺旋槳並不是一種完美的推進裝置。
科學家與工程師經過反覆試驗發現,如果在螺旋槳外面罩上一個隔音隔振的導流罩,就可進一步降低螺旋槳的執行噪聲。
科學家與工程師繼續研究下去,就弄出了一種比螺旋槳推進器更先進的潛艇用推進裝置——泵噴推進器。與傳統的螺旋槳推進器相比,泵噴推進器在外觀上的最大特點是,它的推進槳葉,被包裹在一個環形導流罩內。
泵噴推進器在大幅提高推進效率的同時,輻射出的噪聲比七葉大側斜螺旋槳還要低很多。
最早在潛艇上使用泵噴推進器的國家,是英國。步英國後塵,美華人也為自己的核潛艇開發了泵噴推進器。目前,英國的“特拉法爾加級”“機敏級”、與美國“海狼級”“弗吉尼亞級”等先進攻擊核潛艇上,都採用了泵噴推進器。美國正在規劃中的下一代戰略導彈核潛艇“哥倫比亞級”,也鐵定要使用泵噴推進器。
因受時代與技術的限制,截至目前,歐美國家所有先進核潛艇使用的“泵噴推進器”,都是“有軸泵噴推進器”。
“有軸泵噴推進器”在結構上,由固定不動的環形導流罩與其內的螺旋槳兩部分組成。螺旋槳的作用是驅動海水從導流罩內部流過,從而產生推力。但它的螺旋槳,仍是由一根來自潛艇耐壓殼內的傳動軸驅動的。這根傳動軸,一頭連著潛艇艇內的蒸汽輪機或電動機,一頭連著螺旋槳的中心軸。
採用“有軸泵噴推進器”的潛艇,仍有貫穿艇體耐壓殼的傳動軸系存在。因而,潛艇在航行時,這個傳動軸系與艇體、傳動軸系與泵噴推進器之間,會相互影響而產生可暴露潛艇行蹤的噪聲。
所有的電動機,都由定子與轉子兩大部分構成;泵噴推進器,也由外部的環形導流罩與罩內的推進槳葉兩部分組成。
在“無軸泵噴推進器”中,電動機的定子被整合在環形導流罩中,與環形導流罩合二為一了;電動機的轉子則與導流罩內的推進槳葉融為一體了。
或者說,在“無軸泵噴推進器”中,其推進槳葉,是直接由安裝在導流罩內的電動機驅動的,而不是由來自艇體內發動機或電動機的驅動軸驅動。
“有軸泵噴推進器”推進槳葉,由中心軸驅動。而“無軸泵噴推進器”的推進槳葉,由導流罩內的電動機從四周驅動,根本就沒有中心軸。潛艇在配置“無軸泵噴推進器”後,其推進器與潛艇耐壓殼內的汽輪機或電動機之間,不再有複雜的機械軸系聯絡。因為在“無軸泵噴推進器”中,驅動泵噴推進器的電機、推進槳葉、環形導流罩已被整合到一起了,或說一體化了。
“無軸泵噴推進器”與艇體耐壓殼內的動力裝置,只存在電纜聯絡。電纜負責將潛艇艇體內的電力與控制訊號,傳送到“無軸泵噴推進器”上;“無軸泵噴推進器”上配裝的各種監控感測器收集的資料,也透過電纜回傳到潛艇艇內,供潛艇操作人員決策用。
潛艇採用“無軸泵噴推進器”的好處很多:
第一,因為沒有“有軸泵噴推進器”上那根來自潛艇艇體內的主傳動軸,所以它在執行時,就沒有了主傳動軸系產生的噪聲。
第二,由於“無軸泵噴推進器”是把電機佈置在艇體外部的環形導管上,所以還能節省潛艇艇體艙內的寶貴空間;
第三,“無軸泵噴推進器”與艇體內部只存在電纜聯絡,所以它的佈置非常靈活。它可以裝在潛艇尾部正中軸線上,也可裝在潛艇尾部兩側,還能設在潛艇的各種舵上。甚至可設定在潛艇艇體內,與潛艇融為一體。在潛艇艇體前後各開一個口子,兩個口子之間的導流管內,就可放置“無軸泵噴推進器”。
有人覺得“無軸泵噴推進器”技術很神秘,這是一種誤解。實際上,艦船用“無軸泵噴推進技術”,與民用電動汽車及電瓶車上使用的“無軸驅動技術”有很深淵源。
我們常見的電瓶車及某些電動轎車中,就使用了“電動機直接驅動車輪技術”。“電動機直接驅動車輪技術”,就是一種“無軸驅動技術”。因為使用這種驅動技術的電動轎車與電瓶車,驅動車輪前進的動力,是由安裝在車輪上與車輪已合為一體的電動機驅動的。裝在車輪上的電動機,與發動機之間,只有電纜聯絡。而在普通汽車上,其發動機艙內發動機產生的動力,需要透過變速箱與複雜的軸系作中介,才能傳遞到車輪上,以驅動車輪轉動。
在“無軸泵噴推進器”的研製方面,中國起步稍晚於美國,但進步神速。從目前的研究情況來看,在該項技術的研發上,中國已超越美國而處於全球領跑者地位。
但“無軸泵噴推進技術”要實現工程化應用,要成功應用到潛艇上去,還需要解決一系列技術難題。
首先,需要解決艦船舶綜合電力技術實用化難題。因為無軸泵噴推進器的轉子葉輪是使用大功率電動機驅動的。這些電動機一方面是耗電大戶;另一方面因潛艇的航速變化範圍大,所以這些電動機工作時對電力的需求,也是在隨時變化的。潛艇需採用綜合電力系統,才能對發動機提供的電力實施精確化排程,從而使“無軸泵噴推進器”在得到足夠與持續的電力供應時,潛艇上其它裝置與武器裝備的用電,也可得到滿足。
這一個難題,對中國來說,已不是難題。因為中國工程院院士、中國武漢海軍工程大學馬偉明少將領導的科研團隊,已完成第二代船舶綜合電力系統——中壓直流船舶綜合電力系統的研發工作,這是一種領先歐美一代的先進技術。
英國45型驅逐艦、美國“福特級”航母上使用的是第一代船舶綜合電力系統技術,即中壓交流船舶綜合其次,需研製出功率大、體積小、重量輕的驅動電機。排水量幾千甚至上萬噸的核潛艇,如果僅配裝一臺“無軸泵噴推進器”的話,這臺推進器的可用功率,就得達到幾萬馬力。這臺推進器所用的電動機,在功率足夠大的同時,還必須具備體積小、重量輕特點。否則,它根本裝不進“無軸泵噴推進器”的環形導流管內。
三是“無軸泵噴推進器”所用電動機,要能在高鹽高腐蝕性的環境中長期工作。“無軸泵噴推進器”的內建電機,必須暴露在惡劣的水環境中,以讓海水流過電動機定子和轉子之間的間隙,帶走電動機產生的熱量,從而完成對電動機的冷卻任務。所以,電動機定子和轉子的外壁,都需要採用特殊的防護設計。“無軸泵噴推進器”的導流罩對電動機起到機械防護作用,也需要專門設計。據說中國武漢理工大學的科學家,已初步解決了“無軸泵噴推進器”電動機防護設計難題。電力系統技術。
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3 # 軍機處留級生
螺旋槳和噴氣泵是潛艇最重要的部件,有時也是最敏感的部件。產生這些系統的高度複雜的設計藝術平衡了效率和速度,甚至重量與聲學特徵。它是材料科學、機械工程和流體力學的結合。
精緻的螺旋槳配置,其中一些包括獨特的渦流擴散器,在許多潛艇上仍然很常見,但是泵式噴氣發動機以其獨特的優勢,在大型潛艇上的需求越來越大。最重要的是,它們允許更高的速度噪聲空化—這是一個巨大的優勢,因為它可以在穿越大片海洋時避免被發現。
德國212型螺絲,帶輪轂渦流擴散器。
除了潛艇效能包線的低端,泵噴推進器在大多數情況下都具有更高的效率。它們保護包含在其中的元件。它們在淺水中也很方便,特別是如果它們有一個噴管或偏轉面來進行推力向量的話。也有缺點。它們很重,不適合許多較小的潛艇設計,而且比螺旋槳更昂貴、更復雜。
泵射推進,有哪些優勢?
核潛艇使用泵射推進,核心出發點就是為了靜音。螺旋槳外漏容易產生空泡噪音,這會讓核潛艇難以成為真正意義上的“大洋黑洞”。
上圖為螺旋槳在水中產生空泡的高速攝影圖。空泡的產生跟壓力密切相關,而用“管子”把槳葉包起來後,管子裡的水流很急,槳葉受到的動壓很大,空泡不容易產生。
美國海軍工程試驗站為了對比泵射推進和普通螺旋槳推進時的噪音。他們上世紀曾經做過對比實驗,結果表明,泵射推進比普通的螺旋槳推進最高可低20分貝左右,差距非常大。
而在艦艇上使用噴水推進,最大的好處是操縱性和倒車效能優越;艦體外的附件少,減少了阻力。
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4 # 軍機處留級大學士
泵噴推進器可以降低潛艇和水面艦艇的被動聲納訊號,並在效率方面優於螺旋槳。洛杉磯級改進型(SSN-751以後)有一個隱蔽的推進器,就像所有後來的美國攻擊型核潛艇一樣。至少有一艘俄羅斯基洛級的螺旋槳被一個帶罩推進器所取代,現在美國和英國的新核潛艇都在使用這種推進器。
當螺旋槳槳葉在水中行進時,空化發生在槳葉前緣的後面,特別是在螺旋槳尖周圍。高速旋轉的葉片後面的壓力會降低,在某些情況下,當壓力區域性下降到飽和蒸汽壓以下時,會形成氣泡,這叫做氣穴現象。運動中的螺旋槳邊緣會產生渦線。朝向漩渦中心,液體速度增加,壓力降低。較低的壓力會引發氣穴現象,產生的氣泡會產生噪音、振動和螺旋槳腐蝕。 空化噪聲會危及潛艇的位置。
總的來說,空化的產生是艦艇設計者試圖避免的現象。液體中的氣穴現象是指在工作溫度下,由於壓力降低到液體的蒸汽壓以下,氣體和蒸汽氣泡的形成、增長和破裂。泵葉輪、船支柱和類似的應用經歷了氣穴現象,氣穴現象會造成表面的快速損壞和侵蝕。當氣蝕氣泡在表面附近破裂,向表面發射所謂的凹入微射流時,產生氣蝕引起的損害的一個重要因素髮生了。這種液體噴射可以產生高達1500米/秒的速度,並且能夠破壞已知的最堅硬的材料。
這些氣泡的破裂產生了一個連續的噪聲頻譜,它支配著船隻噪聲的較高頻率範圍,並且與速度有關。也就是說,空化在更高的速度下更大,因為螺旋槳產生更多的氣泡。空化在水面艦船中比在潛艇中更為重要。這是因為在淺水中相對輕微的海底氣穴現象,在深水中幾乎可以完全消除。潛艇越深,流體靜壓力越大,因此氣穴現象越少。 螺旋槳本質上是一組在水中轉動的扇葉。這些葉片在火焰狀的羽流中引導水遠離葉片,隨著船隻速度的增加,羽流變長並提高效率。
儘管這一動作確實推動了船隻向前,但螺旋槳葉片也以從葉片邊緣延伸的切線模式從葉片中丟擲水。因此,水以0度到90度的角度從螺旋槳向外噴射。此外,葉片甚至讓水落在葉片表面,這就產生了一個低效的反向渦流。所有沒有直接垂直於葉片推進的水都會降低螺旋槳的效率。 此外,被稱為漩渦的大旋渦被螺旋槳尖端甩出,導致可預防的推進效率低下。螺旋槳實際上就像帆一樣工作,在前緣產生升力,將螺旋槳向前“拉”。渦流是由翼尖壓力“洩漏”而形成的螺旋形流體。當葉片下方的高壓圍繞葉片頂端捲曲到低壓的頂側時,形成渦流。與任何翼型或水翼一樣,葉尖也有葉尖渦,多餘的能量會被水流沖走。
流體動力推進器的效能特性在很大程度上取決於葉片排中複雜的三維粘性流。在推進器的設計和效能分析中使用的計算複雜流場的能力將是改進效能的有價值的工具。研究已經解決了帶罩推進器葉片排中穩定流場的計算。在選擇計算程式時,首要考慮的是需要充分解決的帶罩推進器流場長度尺度的多樣性。葉片輪轂和葉尖、葉片邊界層和核心無粘流的不同主流機制表徵了多種長度尺度。
潛艇螺旋槳的改進設計大大減少了氣穴現象。由於導管在葉尖周圍保持較高的壓力並防止氣穴氣泡形成,氣穴現象透過護罩得以減少。一種提高螺旋槳效率的方法是用管套包住螺旋槳。這個護罩或噴嘴迫使更多的水直接從螺旋槳中流出。透過引導水流透過護罩,葉尖渦流可以用來提供推力。
由於氣穴現象和振動激勵的限制,船用推進器的幾何形狀比通常的渦輪機葉片例如燃氣渦輪發動機壓氣機葉柵或直升機螺旋槳複雜得多。因此,旋轉葉片的形狀是高度傾斜和彎曲的,並且相對於它的直徑比在飛機螺旋槳中發現的要寬得多。這些推進器的操作條件是在非常高的雷諾數範圍內,並且流動是完全湍流的。 流體動力推進器的效能特性在很大程度上取決於葉片排中複雜的三維粘性流。
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5 # 流星與天涯
使用泵推進技術省略了螺旋槳和發動機轉子,這就節省出一個巨大的空間可以增加艦載武器的數量,以瑞典的馬德堡級導彈艇為例它原本只有不到500噸的排水量,但是在使用泵推之後還可以加裝垂直髮射的防空導彈、反艦導彈、艦炮、近防炮和各種機關炮,在一艘導彈艇上假裝如此多的武器裝置是史無前例的,究其原因就是它的泵推動力節省了大量的空間。而艦載武器的數量又是影響海戰結果的重要因素,甚至有人說載彈量巨大的“武庫艦”終將取代航空母艦,因此很多國家都投入巨資發展泵推技術。
對於經常需要靠近海岸線作戰的快艇、導彈艇、魚雷艇來說,靜音效果是決定他會不會被敵人發現的重要因素,設計師在選擇動力時往往會看重噪音比較小的汽油機和燃氣輪機,但是使用泵推動力將內燃機全部省略掉,因此靜音效果會更好;換到大型水面艦艇上之後也能有效降低軍艦的噪音,以躲避敵方聲吶的追蹤和聲控魚雷的打擊,而相對於不成熟的艦體隱身技術而言降低發動機噪音是最經濟有效的“隱身”措施。
泵推技術降低噪聲的效果對於先進核潛艇更為重要,因為水下的核潛艇唯一暴漏自己的就只有聲音,在省去了發動機氣缸和轉子以及螺旋槳之後,潛水艇的噪音基本就等於海洋背景的天然噪音了,真正的大洋黑洞就會誕生,因此研發潛艇專用的泵推技術是非常重要的前瞻性戰略舉措。
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6 # 喀秋莎61589681
螺旋槳的發明應用已有二百多年的歷史,它被廣泛應用於民用輪船,更被用於軍事上的各種艦艇潛艇上。隨著製造技術提升和戰事需要,傳統的螺旋槳已不能適應海軍作戰要求了。在上世紀80年代,英國攻擊核潛艇“特拉法爾加”率先裝備了一種新型泵噴(射)推進器,這種推進方式可以有效降低核潛艇在水下幅射產聲的波紋噪聲。很快引起了各國海軍的關注。象海軍強國法國美國等加速效仿研製裝備自己潛艇。在海軍家族裡除了航母被稱之為“海上巨無霸”之外,那就是被稱為“水中蛟龍” “水下虎鯨”核潛艇,還有被稱為“水上多面手"導彈驅逐艦。目前美英等國海軍核潛艇用上了有軸噴射最先進推進器。中國在這方面也是後來居上,中國工程院院士、中國武漢海軍工程大學馬偉民少將所帶領的團隊研製出了“潛艇無軸泵噴推進器”整整領先有軸泵噴推進器一代,如果試驗定型裝備在中國海軍核潛艇上來無蹤去無影是真正的水下虎鯨了。這種無軸泵噴推進器所產生的幅射噪聲相當小,速度越快越小,降噪就是為了不被敵方聲納捕捉。未來的推進器正向高航速,安靜型發展,高航速每小時30節,低噪聲航速每小時20節。這也是為什麼潛艇和驅逐艦需要更新泵射推進器的原因。(圖片源於網際網路)
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7 # 蝸牛沒腹肌
使用泵推進技術省略了螺旋槳和發動機轉子,這就節省出一個巨大的空間可以增加艦載武器的數量,以瑞典的馬德堡級導彈艇為例它原本只有不到500噸的排水量,但是在使用泵推之後還可以加裝垂直髮射的防空導彈、反艦導彈、艦炮、近防炮和各種機關炮,在一艘導彈艇上假裝如此多的武器裝置是史無前例的,究其原因就是它的泵推動力節省了大量的空間。而艦載武器的數量又是影響海戰結果的重要因素,甚至有人說載彈量巨大的“武庫艦”終將取代航空母艦,因此很多國家都投入巨資發展泵推技術。
對於經常需要靠近海岸線作戰的快艇、導彈艇、魚雷艇來說,靜音效果是決定他會不會被敵人發現的重要因素,設計師在選擇動力時往往會看重噪音比較小的汽油機和燃氣輪機,但是使用泵推動力將內燃機全部省略掉,因此靜音效果會更好;換到大型水面艦艇上之後也能有效降低軍艦的噪音,以躲避敵方聲吶的追蹤和聲控魚雷的打擊,而相對於不成熟的艦體隱身技術而言降低發動機噪音是最經濟有效的“隱身”措施。
泵推技術降低噪聲的效果對於先進核潛艇更為重要,因為水下的核潛艇唯一暴漏自己的就只有聲音,在省去了發動機氣缸和轉子以及螺旋槳之後,潛水艇的噪音基本就等於海洋背景的天然噪音了,真正的大洋黑洞就會誕生,因此研發潛艇專用的泵推技術是非常重要的前瞻性戰略舉措。
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8 # 王牌武器庫
核潛艇與驅逐艦現在都用泵射推進,核心出發點就是為了靜音,噪聲越低,就意味著戰鬥力越強,還有就是泵射推進效率要遠遠高於螺旋槳。
說起海軍當中的武器裝備,大家可能會想到航母、核潛艇、驅逐艦,畢竟這幾款武器裝備在海軍當中具有重要地位。對於核潛艇以及大型驅逐艦都比較瞭解,雖然電影中的潛艇與水面戰艦還是有一定區別的,但是從基本的認知角度來看,還是大同小異。但隨著科技技術的不斷髮展,大國之間的軍事武器競爭也變得愈加激烈,目前較為先進的核潛艇和驅逐艦,都已經從螺旋槳推進演變成了泵射推進。
值得注意的是,目前中國的核潛艇推進裝置已經領先於世界,毫不誇張地說,相關技術已經領先於美國,這種無軸泵噴推進器也將用於中國下一代核潛艇上。這種名為“無軸泵噴推進器”是世界各國軍備競賽中競爭最激烈的新型推進裝置,同時也是針對有軸泵噴推進器的升級產品,目前歐美軍事發達的國家,目前都是裝備的有軸泵噴推進器。
其實核潛艇以及驅逐艦,對於人們認知中的武器已經出現了較大的差距,一些電影中看上去非常先進的武器,目前在現實中已經較為落後,像裝備螺旋槳的核潛艇,基本都是老舊的一代,而新一代核潛艇不僅僅是在推進器上,內部的裝置上也進行了大膽的升級。
目前潛艇被分為兩種,一種為常規動力潛艇,另一種為核動力潛艇,而從所使用的推進器來分類的話,也可以分成螺旋槳推進器以及泵噴推進器,這兩者與水面戰艦幾乎一致,沒有任何區別,一些較為先進的戰艦,目前也安裝了泵噴推進器。
雖然聽上去非常的高大上,其實泵噴推進器的優點與我們想象的高科技屬性,還是有很大區別。泵噴推進器在執行過程中產生的噪音更小,推進的效果相較於螺旋槳更加迅速,裝備這種推進器的另一個好處在於噪聲的輻射有所降低,避免在戰爭期間被敵方的反潛裝置所捕捉。
在沒有研製並投入使用之前,各個國家為了能讓核潛艇的噪音更小,曾經採用過七葉大側斜螺旋槳,當時如果一個國家能將七葉大側斜螺旋槳安裝在核潛艇上,那麼就可以說明這個國家的核潛艇已經具備了相當先進的功能,雖然這種情況非常的魔幻,但不得不說噪音對於核潛艇來說無疑是最頭疼的事情。
為了能夠進一步降低噪音,工程師在研發的過程中,研製出了目前我們所看到的泵噴推進器,雖然外觀與螺旋槳有很大區別,但從整體角度來拆分看的話,其實就是將環形導流罩包裹住了推進的槳葉,這樣就可以大幅度的降低噪音,同時又讓推進的速度進一步提升。
據資料顯示,第一個使用泵噴推進器的國家是英國,在使用過程中達到預期效果之後,美國也開始了泵噴推進器的研發,可以說美國這次也是在對其他國家的武器進行“山寨模仿”。目前裝備這種推進器的核潛艇主要來自於英美兩國,而下一代核潛艇的推進器也將全部使用這種泵噴推進器。在從核潛艇的推進器得到靈感之後,驅逐艦的推進器也得到了升級,作用剛才也提到了,就是為了能夠降低噪音,防止潛艇的聲吶追蹤到。
目前中國自主研發的無軸泵噴推進器,在執行過程中已經沒有了主傳動軸所產生的噪音,大幅度提升了核潛艇的隱身能力。同時這種泵噴推進器也進一步的縮小了使用空間,不僅讓核潛艇被佔用的空間縮小,還能讓核潛艇在行進的過程中更加迅速,在作戰當中從而可以起到更為強大的行動能力。總之,泵射推進技術已經成為世界各國發展的首要方向,畢竟其好處非常的多。
回覆列表
福特號航空母艦上的螺旋槳,重達30噸,請對比左下角那5人。圖片來自Jeff Head。
在我們印象中,船無非就是在尾部吊裝一個或幾個螺旋槳以進行推進,如上圖福特號航母這般。
然而,不少非軍迷朋友所不瞭解的是,諸如美國海狼級核潛艇,英國機敏級等先進核潛艇,卻是使用“泵射推進”。
而像美國瀕海戰鬥艦等這樣的高速艦使用的又是“噴水推進”,咱們先說後者,因為兩者極為類似。
何為噴水推進?上圖為美國瀕海戰鬥艦獨立號,它使用的就是“噴水推進”。
使用“噴水推進”的艦船,我們任何時候都甭想看到它的螺旋槳,最多隻能看到上圖那4個裝置。
怎麼運作的?
運作的大概原理就如上面的剖視動圖。靜態圖如下:
推進時,就是下圖這樣子。
據一些資料上說,某大型船隻上的噴水推進裝置,其總流量非常驚人,相當於美加邊界的尼亞加拉瀑布的平均水流量。
圖片來自Jim2B。
到這裡,有的網友會有疑問,傳統的螺旋槳外露推進,可以方便轉向和倒車。而使用噴水推進的船隻又是如何實現拐彎和倒車的?
倒車很簡單,原理恰如上面的動圖。
而轉向的原理,咱們來看看美國瀕海戰鬥艦獨立號的變種姊妹艦,USS Tulsa (LCS-16) 塔爾薩號。
塔爾薩號安裝4個噴水推進,全功率推進時,每秒的水流量24000加侖,合每秒90噸水流量。
作為對比,中國黃果樹大瀑布水流量一般保持在每秒8至12噸,當然,黃果樹片區普降大雨時例外(最大時,黃果樹大瀑布水流量高達每秒690噸)。
瀕海戰鬥艦上的每一個“噴水推進”裝置都如此靈活,這讓瀕海戰鬥艦相比於其他戰艦,操作更靈活。
泵射推進“泵射推進”與“噴水推進”原理是相似的,只不過,前者用在核潛艇上,後者多用在軍艦和民用船舶上。
一個在水面,一個潛行於水下,我們總不能期望它們的推進裝置長相一樣,稱呼還一樣。
老式潛艇上的螺旋槳,圖片來自Weston Westmoreland。
而現代的先進核潛艇是看不到螺旋槳的。
某些先進核潛艇的泵射裝置如上圖,而實物圖如下:
圖片來自美國海軍研究所的Jeff Head。
上圖為造價23億美元的美國弗吉尼亞級攻擊型核潛艇,因為核潛艇都是各大國的核心機密,故這艘弗吉尼亞級攻擊型核潛艇上浮時,其泵射裝置是用一塊布遮擋起來的,其內部結構無法知曉。
因此,我們只能透過上面這張大概的參考圖來略知一二,而實際結構可能會出入很大。
總之,我們只要知道,泵射推進跟噴水推進有一點是類似的,都是用“管子”將螺旋槳包起來。
有哪些優勢?核潛艇使用泵射推進,核心出發點就是為了靜音。螺旋槳外漏容易產生空泡噪音,這會讓核潛艇難以成為真正意義上的“大洋黑洞”。
上圖為螺旋槳在水中產生空泡的高速攝影圖。空泡的產生跟壓力密切相關,而用“管子”把槳葉包起來後,管子裡的水流很急,槳葉受到的動壓很大,空泡不容易產生。
美國海軍工程試驗站為了對比泵射推進和普通螺旋槳推進時的噪音。他們上世紀曾經做過對比實驗,結果表明,泵射推進比普通的螺旋槳推進最高可低20分貝左右,差距非常大。
而在艦艇上使用噴水推進,最大的好處是操縱性和倒車效能優越;艦體外的附件少,減少了阻力。
另外,跟外露螺旋槳相比,使用噴水推進的船可在淺水活動,因為只要入水口被淹沒就行。還有就是,因為旋轉部件是包裹起來的,所以裡面的槳葉能得到很好的保護,不會切割外面的礁石和魚兒。
鯨魚背上的累累疤痕,拜某條船的上的螺旋槳所賜。
也正因此,一些救生艇也使用噴水推進。原因不難理解,我們得把人完完整整地救上船,而不是弄成幾塊後……
出品:科普中國
監製:中國科學院計算機網路資訊中心
“科普中國”是中國科協攜同社會各方利用資訊化手段開展科學傳播的科學權威品牌。