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马伟明院士:中国下一代核潜艇领先美国10年
2022-05-15

马伟明院士曾在采访时说:无轴泵推这个项目我们领先美国十年,下一代核潜艇将会采用这项新技术。

无轴泵推是什么?

在说无轴泵推之前,我们要先说一下马伟明,他是中国工程院院士,主要研究船舶的动力技术。马伟明团队对船舶动力系统的研究,领先于美国的不止是无轴泵推技术,还有全电船舶动力系统,中压直流技术的研发工作也领先于美国十几年。

要知道,中压直流技术比起欧美国家军舰普遍使用的中压交流技术,难度增加了十倍不止,但是我国新一代核潜艇已经使用中压直流技术和直流无轴泵推技术,对比欧美有哪些优势呢?

直流无轴泵推原理和我们小时候玩的四驱车马达类似,四驱车马达中间有一个传动轴,两边是磁铁,通电后,传动轴套上齿轮可以带动四驱车。

但直流无轴泵不同的是,中间的轴不动,两边的磁铁旋转,如果磁铁固定在一个圆周轨道上,磁铁就在做圆周运动了,而此时取消中间的轴定子,并把电供给固定的轨道,一直保持N级和S级的变化,并把磁铁换成磁性叶片,叶片会一直转动,这就是直流无轴泵的原理。

直流无轴泵推相比于交流无轴泵推的优势是调速范围大,可以无级平滑调速;起动转矩较大,能适应频繁起动的场合,作为潜艇的动力源其实非常不错,但是缺陷是设备系统复杂,所以特别贵。

美国至今一直使用的"整合动力系统",其实就是一套中压交流系统,优点是可控性高,技术成熟,但是相同工况下交流泵和直流泵推力差距明显,而且相与相之间存在电磁干扰,潜水时会产生更大噪音,所以在2003年,美军将无轴泵搬上弗吉尼亚级核潜艇只是作为辅助螺旋桨。

目前美国的中压直流技术研发工作缓慢,预计投入使用还需要十年时间,选择中压交流技术也是无奈之举,因为技术难度低且技术比较成熟,但是缺点也很明显,存在无功功率,而且各设备之间存在电压差,必须使用逆变器,这非常占据空间,而且输电线较多,制造成本大,综合性能比中压直流技术差。

中压直流技术也存在问题,首先中压直流系统发生断路和短路时,整套系统就无法做工,稳定性差,电压不稳定时设备功率都会衰减,不过我们新一代核潜艇下水,意味着无轴泵推技术已经可以作为船舶主动力使用,中压直流技术已经成熟,可以在各种复杂工况下工作。

无轴泵推有哪些优势劣势?

无轴泵推的优势是不用传动装置,对于潜艇这种狭小空间的作战武器有着非常重要的作用,可以节省下动力舱的位置增加武器舱和生活舱,大幅提升潜艇的自持力,让核潜艇可以更长期的部署在一线,没有传动噪音和轴频噪音,且叶片朝向圆心,可以有效降低空泡噪音和气蚀影响,加上无轴泵推可以随时改变动力方向,增加灵活性,对于躲避障碍物和鱼雷有着优势。

相同工况下无轴泵推的效率确实优于有轴泵推的,但有轴泵推的主轴能够承受水中巨大的旋转力矩,可以持续不断地将发动机的动力输送出去,加上泵壳的特殊设计,可将动力集中,使推力更高,

无轴泵没有轴的支持,旋转的时候只能靠着内部叶片旋转向反向推动形成动力,考虑到密封和保护等诸多因素,无轴泵推的外壳会比较大,意味着阻力也会更大,推力上限也比较有限,多个无轴泵推组合使用,对于电力需求也会比较高,这也是无轴泵推的劣势。

无轴泵最难的一个问题是电机在外面,如果暂时发生故障,根本无法修复,无轴泵系统较为复杂,故障率也会相对会高,如果没有备用动力系统,故障发生时,潜艇基本上是失去作战能力;有轴泵就比较简单了,动力源在潜艇内部,维修较为简单,可以直接在潜艇内进行检修和维护工作。无轴泵推能否让我国潜艇弯道超车?

无轴泵确实具备诸多优势,根据国外专家预测,新一代095核潜艇使用无轴泵推技术和中压直流技术配备第三代消声瓦,噪音对比老式的093核潜艇的90分贝,可下降10%左右,估计能达到80分贝上下。

但无轴泵推能否让中国潜艇完成弯道超车呢?

核潜艇一般分为战略核潜艇和攻击核潜艇,其实两者的作战功能是不一样的,战略核潜艇要求的是在某个地方藏着,等国家需要,马上发射潜航核洲际导弹,所以一般不需要正面对抗其他国家的潜艇,藏好才是重中之重,要求的是静音能力和自持能力,使用无轴泵推优势明显。

攻击核潜艇则需要对抗敌对国家的潜艇,并且偷袭敌对国的舰艇,所以对于动力和静音能力需求都比较高,潜艇之间的对抗只能通过声呐探查,所以先识别对方潜艇的位置就十分重要,噪音大的会被先发现,通常双方作战前都会降低动力保持在95分贝以下,可以被大海的声音覆盖。

但即使低于95分贝,优秀的声呐工作人员,可以在较近的距离听出潜艇的叶频频率发现对方潜艇,每种潜艇的叶片的频率是不同的,加上轴频和叶频频率不是一般海洋生物可以发出的,基于这个原因,可以推断出对方的潜艇型号。

所以无轴泵推技术可以让我们的潜艇静音能力更好且更加具有灵活性,加上消声瓦的辅助,可以在合适的时候,静悄悄的接近对方潜艇和舰艇发射鱼雷,然后逃遁,较远时可以发射反舰导弹,全面配合海军作战打对方个措手不及。

目前来看无轴泵技术很难帮助我们的潜艇具备碾压优势,技术只是其次,美国目前现役的核潜艇约71艘,我国现役的约45艘,还有老式的093核潜艇,单比核潜艇的数量和作战性能处于下风,即使刚刚服役的新型095潜艇在静音和智能化具备优势,但是质量还不足以弥补数量的差距。

不过这些只是暂时的,目前来看,美国的核潜艇老化严重,俄亥俄级、洛杉矶级都是上世纪70年代以后的产物,会逐步退出战斗序列,声名在外的海狼级也因为服役太久,难以长时间进入战备状态。

新一代的弗吉尼亚也不过是海狼级的低配版,对比我国新服役的核潜艇基本不具备优势,未来十年我们国家在核潜艇的数量会有所增加,而美国则会衰退至40艘左右,此消彼伏之后美国以后很难保持潜艇方面的优势。

这几年美国军备力量衰退严重,军费虽然可观,但是维持庞大的军备已经让美国政府疲惫不堪,新一代的战备青黄不接,很多研究不得不停滞或者延期。未来随着我们的不断发展,赶超美国或许只是时间问题。

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