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无轴泵喷推进应用于潜艇?

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发表于 2017-12-28 18:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
前天晚上八点 半“海峡三十分”节目,专家说我国开发无轴泵喷推进系统,拟适用于核动力潜艇,说是这个技术处于世界领先地位,减低噪声提高推进效能,果真如此吗,是否就是喷水推进系统吗?
前一阵子,同一档节目,专家阔谈我国海军学院研究所开发了集成电力推进系统,直流配电技术如何先进,如何在世界上领先等,如何地高效节能降噪声,果真如此吗?但有个专家说,直流电机比较简单,这颠覆了我所学到的知识点?
近年来的新闻,好像啥都世界领先了,就说前几周交付的世界第一艘智能船,也被新闻媒体吹捧上了天。


补充内容 (2017-12-30 20:53):
在核潜艇推进装置研发上,中国已取得领先美国的技术成果。由中国武汉海军工程大学马伟明院士团队研制的“潜艇用无轴泵喷推进器”,将应用在中国下一代核潜艇上!“无轴泵喷推进器”,是世界各海军强国竞相开发的新型推进装置,它比“有轴泵喷推进器”要先进一代。目前,英美等国海军最先进的核潜艇上,配装的均是“有轴泵喷推进器”。
  作者:楚人陈奇雄
  2017年5月30日,中国中央电视台播发报道,称中国工程院院士、中国武汉海军工程大学马伟明少将所在团队研制的“潜艇用无轴泵喷推进器”,在技术领先美国十年。中国的下一代核潜艇上,将用上中国自主研发的“无轴泵喷推进器”。
  大家知道,潜艇按所用动力装置来分类,可分为常规动力潜艇与核动力潜艇两大类。按所用推进装置来分,可分为螺旋桨推进器潜艇与泵喷推进器潜艇两大类。
  泵喷推进器,是一种比螺旋桨推进器运行噪声更小、推进效率更高、技术上更先进的推进器。
  (下为国宝级专家马伟明院士接受记者采访画面)
  潜艇的推进装置,是潜艇上的一个主要噪声源。
  潜艇用推进螺旋桨在运行时,由于叶片振动及空泡的存在,会产生很大噪声。这种噪声辐射到海水中后,容易被敌方反潜声呐捕捉到。
  为降低潜艇推进螺旋桨的运行噪声,人们想了很多办法。其中一种办法就是给潜艇配备七叶大侧斜螺旋桨。潜艇是否采用七叶大侧斜推进螺旋桨,曾是潜艇是否先进的一个标志。七叶大侧斜螺旋桨,是一种噪声较低的推进装置。
  但七叶大侧斜螺旋桨并不是一种完美的推进装置。
  科学家与工程师经过反复试验发现,如果在螺旋桨外面罩上一个隔音隔振的导流罩,就可进一步降低螺旋桨的运行噪声。
  科学家与工程师继续研究下去,就弄出了一种比螺旋桨推进器更先进的潜艇用推进装置——泵喷推进器。与传统的螺旋桨推进器相比,泵喷推进器在外观上的最大特点是,它的推进桨叶,被包裹在一个环形导流罩内。
  泵喷推进器在大幅提高推进效率的同时,辐射出的噪声比七叶大侧斜螺旋桨还要低很多。
  (下为七叶大侧斜螺旋桨外形图)
  最早在潜艇上使用泵喷推进器的国家,是英国。步英国后尘,美国人也为自己的核潜艇开发了泵喷推进器。目前,英国的“特拉法尔加级”“机敏级”、与美国“海狼级”“弗吉尼亚级”等先进攻击核潜艇上,都采用了泵喷推进器。美国正在规划中的下一代战略导弹核潜艇“哥伦比亚级”,也铁定要使用泵喷推进器。
  因受时代与技术的限制,截至目前,欧美国家所有先进核潜艇使用的“泵喷推进器”,都是“有轴泵喷推进器”。
  “有轴泵喷推进器”在结构上,由固定不动的环形导流罩与其内的螺旋桨两部分组成。螺旋桨的作用是驱动海水从导流罩内部流过,从而产生推力。但它的螺旋桨,仍是由一根来自潜艇耐压壳内的传动轴驱动的。这根传动轴,一头连着潜艇艇内的蒸汽轮机或电动机,一头连着螺旋桨的中心轴。
  采用“有轴泵喷推进器”的潜艇,仍有贯穿艇体耐压壳的传动轴系存在。因而,潜艇在航行时,这个传动轴系与艇体、传动轴系与泵喷推进器之间,会相互影响而产生可暴露潜艇行踪的噪声。
  所有的电动机,都由定子与转子两大部分构成;泵喷推进器,也由外部的环形导流罩与罩内的推进桨叶两部分组成。
  (欧美现役先进核潜艇,配有“有轴泵喷推进器”)
  在“无轴泵喷推进器”中,电动机的定子被集成在环形导流罩中,与环形导流罩合二为一了;电动机的转子则与导流罩内的推进桨叶融为一体了。
  或者说,在“无轴泵喷推进器”中,其推进桨叶,是直接由安装在导流罩内的电动机驱动的,而不是由来自艇体内发动机或电动机的驱动轴驱动。
  “有轴泵喷推进器”推进桨叶,由中心轴驱动。而“无轴泵喷推进器”的推进桨叶,由导流罩内的电动机从四周驱动,根本就没有中心轴。潜艇在配置“无轴泵喷推进器”后,其推进器与潜艇耐压壳内的汽轮机或电动机之间,不再有复杂的机械轴系联系。因为在“无轴泵喷推进器”中,驱动泵喷推进器的电机、推进桨叶、环形导流罩已被集成到一起了,或说一体化了。
  “无轴泵喷推进器”与艇体耐压壳内的动力装置,只存在电缆联系。电缆负责将潜艇艇体内的电力与控制信号,传送到“无轴泵喷推进器”上;“无轴泵喷推进器”上配装的各种监控传感器收集的数据,也通过电缆回传到潜艇艇内,供潜艇操作人员决策用。
  潜艇采用“无轴泵喷推进器”的好处很多:
  第一,因为没有“有轴泵喷推进器”上那根来自潜艇艇体内的主传动轴,所以它在运行时,就没有了主传动轴系产生的噪声。
  (美国先进核潜艇上的“有轴泵喷推进器”清晰可见)
  第二,由于“无轴泵喷推进器”是把电机布置在艇体外部的环形导管上,所以还能节省潜艇艇体舱内的宝贵空间;
  第三,“无轴泵喷推进器”与艇体内部只存在电缆联系,所以它的布置非常灵活。它可以装在潜艇尾部正中轴线上,也可装在潜艇尾部两侧,还能设在潜艇的各种舵上。甚至可设置在潜艇艇体内,与潜艇融为一体。在潜艇艇体前后各开一个口子,两个口子之间的导流管内,就可放置“无轴泵喷推进器”。
  有人觉得“无轴泵喷推进器”技术很神秘,这是一种误解。实际上,舰船用“无轴泵喷推进技术”,与民用电动汽车及电瓶车上使用的“无轴驱动技术”有很深渊源。
  我们常见的电瓶车及某些电动轿车中,就使用了“电动机直接驱动车轮技术”。“电动机直接驱动车轮技术”,就是一种“无轴驱动技术”。因为使用这种驱动技术的电动轿车与电瓶车,驱动车轮前进的动力,是由安装在车轮上与车轮已合为一体的电动机驱动的。装在车轮上的电动机,与发动机之间,只有电缆联系。而在普通汽车上,其发动机舱内发动机产生的动力,需要通过变速箱与复杂的轴系作中介,才能传递到车轮上,以驱动车轮转动。
  (下为“无轴泵喷推进器”外观图)
  在“无轴泵喷推进器”的研制方面,中国起步稍晚于美国,但进步神速。从目前的研究情况来看,在该项技术的研发上,中国已超越美国而处于全球领跑者地位。
  但“无轴泵喷推进技术”要实现工程化应用,要成功应用到潜艇上去,还需要解决一系列技术难题。
  首先,需要解决舰船舶综合电力技术实用化难题。因为无轴泵喷推进器的转子叶轮是使用大功率电动机驱动的。这些电动机一方面是耗电大户;另一方面因潜艇的航速变化范围大,所以这些电动机工作时对电力的需求,也是在随时变化的。潜艇需采用综合电力系统,才能对发动机提供的电力实施精确化调度,从而使“无轴泵喷推进器”在得到足够与持续的电力供应时,潜艇上其它设备与武器装备的用电,也可得到满足。
  这一个难题,对中国来说,已不是难题。因为中国工程院院士、中国武汉海军工程大学马伟明少将领导的科研团队,已完成第二代船舶综合电力系统——中压直流船舶综合电力系统的研发工作,这是一种领先欧美一代的先进技术。
  英国45型驱逐舰、美国“福特级”航母上使用的是第一代船舶综合电力系统技术,即中压交流船舶综合电力系统技术。
  (下为中国现役核潜艇航行场面)
  其次,需研制出功率大、体积小、重量轻的驱动电机。排水量几千甚至上万吨的核潜艇,如果仅配装一台“无轴泵喷推进器”的话,这台推进器的可用功率,就得达到几万马力。这台推进器所用的电动机,在功率足够大的同时,还必须具备体积小、重量轻特点。否则,它根本装不进“无轴泵喷推进器”的环形导流管内。
  三是“无轴泵喷推进器”所用电动机,要能在高盐高腐蚀性的环境中长期工作。“无轴泵喷推进器”的内置电机,必须暴露在恶劣的水环境中,以让海水流过电动机定子和转子之间的间隙,带走电动机产生的热量,从而完成对电动机的冷却任务。所以,电动机定子和转子的外壁,都需要采用特殊的防护设计。“无轴泵喷推进器”的导流罩对电动机起到机械防护作用,也需要专门设计。据说中国武汉理工大学的科学家,已初步解决了“无轴泵喷推进器”电动机防护设计难题。
  (本文为原创作品,如需转载,请注明出处!本文作者“楚人陈奇雄”先生,是武汉某报资深记者、军事版编辑、科技史爱好者。)
  特别声明与鸣谢:本文所有配图,都来自网络,特在此向这些图片的提供商与拍摄者,表示最真诚的感谢;本文所有数据,均来自中国知网、《兵器知识》、新华网、人民网、央视网、龙源期刊网等地方,特向这些数据提供者表示最诚挚的谢意。
  (下为中国094、093型核潜艇发射武器场面)
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发表于 2017-12-28 20:08 | 显示全部楼层
别的国家在钻木取火的技术上进行垄断封锁,中国发明了打火机,仅此而已
发表于 2017-12-28 21:03 | 显示全部楼层
喷水推进系统也被你看出来了?
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 楼主| 发表于 2017-12-28 21:44 来自手机 | 显示全部楼层
aqwe 发表于 2017-12-28 21:03
喷水推进系统也被你看出来了?

你专家老法师你说说吧
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发表于 2017-12-28 22:49 | 显示全部楼层

从中心驱动变成了四周驱动,所以叫无轴泵喷。

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发表于 2017-12-29 10:05 | 显示全部楼层
无轴??厉害了
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 楼主| 发表于 2017-12-29 10:28 来自手机 | 显示全部楼层
aqwe 发表于 2017-12-28 22:49
从中心驱动变成了四周驱动,所以叫无轴泵喷。

动力源是啥?电力?
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发表于 2017-12-29 10:47 | 显示全部楼层
aqwe 发表于 2017-12-28 22:49
从中心驱动变成了四周驱动,所以叫无轴泵喷。

效率好像不是很高。
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 楼主| 发表于 2017-12-29 22:10 来自手机 | 显示全部楼层
ykgkh0417 发表于 2017-12-28 20:08
别的国家在钻木取火的技术上进行垄断封锁,中国发明了打火机,仅此而已

还是中国领先嘛
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 楼主| 发表于 2017-12-30 20:55 | 显示全部楼层
应该动力源是电力。
并非喷水推进。
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发表于 2017-12-30 22:21 | 显示全部楼层

喷水推进系统也被你看出来了?
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 楼主| 发表于 2017-12-30 22:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 江海直达 于 2017-12-30 22:53 编辑
奋斗的小鸟二代 发表于 2017-12-30 22:21
喷水推进系统也被你看出来了?

不好意思咧。
无轴泵喷的动力源是电力。
特殊结构的异步感应电机,转子与推进叶片浑然一体,定子绕组包括硅钢片组成外壳结构,这是一种可能。冷却靠叶片和定子外的结构。就如,吊舱推进器的电机,但会更复杂一些。
另一种可能,转子是永磁铁,转子与叶片固定一起,定子绕组在船外壳里层。
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 楼主| 发表于 2017-12-30 22:52 | 显示全部楼层
这么令人激动人心的消息,技术甩开美帝,这样的技术贴,应该设高亮,或精华才对。对做机电的船舶行业工程师,都是一个新知识。
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 楼主| 发表于 2017-12-30 23:01 | 显示全部楼层
Different Types of Marine Propulsion Systems Used in the Shipping World       


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Using propulsion forces, ships are able to manoeuvre themselves in the water. Initially while there were limited number of ship propulsion systems, in the present era there are several innovative ones with which a vessel can be fitted with.
Today ship propulsion is not just about successful movement of the ship in the water. It also includes using the best mode of propulsion to ensure a better safety standard for the marine ecosystem along with cost efficiency.
Some of the various types of propulsion systems used in ships can be enumerated as follows:
1. Diesel Propulsion
Diesel propulsion system is the most commonly used marine propulsion system converting mechanical energy from thermal forces. Diesel propulsion systems are mainly used in almost all types of vessels along with small boats and recreational vessels.


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2. Wind Propulsion
Wind propulsion emerged as an alternative to those systems which emit huge quantities of CO2 gases in the marine atmosphere. However, the usage of wind turbine marine propulsion has not started extensively in large commercial ships because of a requirement of constant windiness. Two wind propulsion systems for ships that have become lately are- kite propulsion and sail propulsion for merchant ships.
3. Nuclear Propulsion
Naval vessels incorporate the usage of nuclear maritime propulsion. Using the nuclear fission process, nuclear propulsion is a highly complex system consisting of water reactors and other equipments to fuel the vessel. The nuclear reactors in the ships are also used to generate electricity for the ship. Several merchant ships are also being planned to be constructed with this propulsion system
4. Gas Turbine Propulsion
Gas turbine propulsion is used for naval as well as non-naval ships. In case of naval ships, the gas turbine propulsion system aids in faster movement of the ships which is necessary in case of the ship coming under attack.
5. Fuel Cell Propulsion
Fuel cell propulsion systems use hydrogen as the main fuel component. Electricity is created in the fuel cell without any combustion whatsoever. The process is clean and therefore has been regarded as a very important alternative marine propulsion system. There are various types of propulsion under the fuel cell propulsion head like PEM (Photon-Exchange-Membrane) and the molten-carbonate systems.






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 楼主| 发表于 2017-12-30 23:03 | 显示全部楼层
江海直达 发表于 2017-12-30 23:01
Different Types of Marine Propulsion Systems Used in the Shipping World       

6. Biodiesel Fuel Propulsion
Biodiesel propulsion has been deemed as a potential marine propulsion system for the future. Currently tests are being carried out to find out about the viability of this propulsion system which is expected to be in full operation by the year 2017.
7. Solar Propulsion
Solar propulsion for ships was utilised for the first time in the year 2008.Solar propulsionbenefits include a high reduction in the poisonous carbon dioxide emissions. Solar propulsions are capable of generating a capacitance as high as 40 kilowatts (kW).
8. Steam Turbine Propulsion
Steam turbine propulsion involves the usage of coal or other steam-generating fuels to propel the vessel. Steam turbine maritime propulsion system was highly utilised between the late 19th and the early 20th century.
9. Diesel-Electric Propulsion
In simple terms, diesel-electric ship propulsion systems use a combination of a generator operated by electricity attached to a diesel motor. The technology has been in use since the early 1900s. In today’s times, submarines and merchant ships incorporate the diesel-electric propulsion system to propel themselves.
10. Water-Jet Propulsion
Water-jet propulsion has been used since the year 1954. The most important advantage of water-jet propulsion is that it does not cause noise pollution and offers a high speed to the vessels. In contrast the water-jet propulsion as a ship propulsion system is costlier to maintain which can cause problems to the user.
11. Gas fuel or Tri Fuel Propulsion
LNG fuel is now utilised to be burnt in the Main Engine after adopting some modification in the propulsion engine to reduce emission from the ship. It is known as tri fuel because it can burn gas fuel, diesel and heavy fuel.


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 楼主| 发表于 2017-12-30 23:22 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2017-12-31 07:25 | 显示全部楼层
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发表于 2017-12-31 23:30 | 显示全部楼层
现在还有一种更厉害的技术,没有公开进度,将磁铁粉末加入海水管道中,对磁铁加速,带动海水,从而带动船,然后回收磁铁粉末
 楼主| 发表于 2017-12-31 23:33 来自手机 | 显示全部楼层
ykgkh0417 发表于 2017-12-31 23:30
现在还有一种更厉害的技术,没有公开进度,将磁铁粉末加入海水管道中,对磁铁加速,带动海水,从而带动船, ...

你这是确定无疑吗?弯道超车技术。

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发表于 2018-1-1 01:06 | 显示全部楼层
江海直达 发表于 2017-12-31 23:33
你这是确定无疑吗?弯道超车技术。

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