潜艇采用无轴推进技术优势何在
现代战争中，隐蔽性和隐身能力是潜艇获取战场优势和完成作战使命的根本保障。然而，随着反潜技术和装备的持续发展，潜艇隐蔽性面临日益严峻的挑战，迫切需要潜艇在减振和降噪方面不断取得突破性进展，从而进一步提高潜艇的隐身能力。在此背景下，能显著降低潜艇推进噪声的新型进技术就应运而生，特别是其中的无轴推进技术，被誉为是下一代核潜艇的重要标志，因此当前包括中国在内的世界军事强国都在竞相发展，并取得了较大突破。
这不，就在不久前的11月初，有媒体报道说，中国的潜艇无轴推进技术与应用目前处于世界领先地位，已经研发出了一种无轴泵喷推进器并用于中国新一代战略核潜艇上，极大地改善了潜艇的静音效果，促进了潜艇的隐蔽性，提高了潜艇的航速，使潜艇的隐身性和机动性都上升到了一个新的层次。
那么，潜艇采用无轴推进技术优势何在呢？在这里，我们就由最早的螺旋桨推进技术开始，来对无轴推进技术进行一些简要分析和讨论。
潜艇当今采用的推进技术，主要有螺旋桨推进技术和泵喷推进技术两大类。
螺旋桨推进技术是利用潜艇尾部的螺旋桨旋转时，桨叶将水不断向后推动形成水的反作用力，来推动潜艇前行的一种推进技术。它是潜艇最早开始使用的一类推进技术，系统构造简单、实现容易、工作可靠，但噪声大、空泡效应严重，尤其在潜艇航速较高时，暴露在艇体外的螺旋桨很容易向水中辐射噪声，导致潜艇的隐身能力严重降低。虽然后来通过大直径、大倾斜度的7片桨叶的螺旋桨构型（简称7叶大倾斜螺旋桨），让螺旋桨在推力（转速）与噪声之间取得较好的平衡，显著减缓了螺旋桨的这些问题，但效果仍然不很理想，会造成螺旋桨效率下降、潜艇低噪声航速偏低等问题，所以用得越来越少了。目前，美、英、法和俄等军事强国，其先进潜艇大都采用泵喷推进技术，特别是在核潜艇上。
泵喷推进技术形象地说，就是利用封闭在导管中的螺旋桨，来推动潜艇前行的一种推进技术。它将原来直接裸露在水中的螺旋桨用圆形导管包裹起来，运转时水流从导管首（前）部引入，通过螺旋桨旋转再从导管尾（后）部喷出，以形成的反作用力推动潜艇运动。实际构造时，泵喷推进器多为一种组合式的推进装置，一般由轴对称的环状导管及放置在导管中的定子和转子三大部分构成。其中，导管多是逐渐收缩的“前大后小”形，可由新型减振降噪材料制成，构设一种内外流场的控制面，屏蔽和减小流道和转子产生的噪声；定子为一组固定在导管上并与入流形成适当角度的叶片，被布置在转子的前面或后面，主要作用是改善入流条件，让转子入流产生预旋效应或吸收转子尾流的部分旋转能量；转子形状类似螺旋桨，被联接在推进（驱动）轴上，当它由推进轴带动旋转时，通过与水流的相互作用形成潜艇推力，让潜艇以一定航速向前运动。
泵喷推进器三维效果图1
相对于目前还在使用的7叶大倾斜螺旋桨，潜艇的泵喷推进器虽然构造较复杂、设计难度大、重量较重，但推进噪声低、空泡特性好、推进效率高、临界航速（即在一定潜深下潜艇不形成空泡时的速度）或低噪声航速快，使潜艇的动力更强劲、隐蔽性更好、隐身能力更强。正因为如此，自从英国上世纪率先在其“特拉法儿加”级攻击型核潜艇上使用泵喷推进器并有效降低推进噪声以来，世界军事强国推出的很多先进核潜艇上，都纷纷引入了这种推进器。比如法国的“凯旋”级、英国的“前卫”级和“机敏”级、美国的“海狼”级和“弗吉尼亚”级、俄罗斯的“北风之神”级等一些世界著名核潜艇，还有俄罗斯的“基洛”级B-871号常规潜艇——它是现今全球唯一一艘采用泵喷推进器的常规潜艇。
不过，目前在潜艇上使用的无论是螺旋桨还是泵喷推进技术，都属于有轴推进技术，还是离不开传统的机械传动模式。所以，用它们实现的推进器，也基本要依靠动力-齿轮传动为潜艇提供动力，致使安装于潜艇尾部的推进系统占据潜艇的长度偏长（通常达到艇长的50~70%），而且推进轴都要穿透潜艇的耐压壳，这就降低了潜艇的强度和可靠性，约束了潜艇设计，限制了耐压壳空间布局，推升了潜艇的成本和维护难度。
国外研制的一种无轴泵喷推进器转子结构(叶片固定在轮缘上)
无轴推进技术的出现，无疑改变了这种状况。无轴推进技术是指使用外部推进电动机代替传统机械传动方式，不再依赖必须穿透耐压壳的推进轴提供动力，来推动潜艇前行的一种推进技术。它所实现的无轴推进器，推进电动机被安装在潜艇艇壳外部的吊舱中，艇壳内的核反应堆只带动发电机组发电，电流通过特殊电缆穿透艇壳后被接入推进电机并驱动其工作，从而取消了笨重的推进轴系、复杂的变速齿轮机构和辅助支持系统，进而从根本上消除了推进轴运转和齿轮咬合转动所带来的各种噪声和磨损。
很显然，与上述有轴推进器相比，无轴推进器噪声更低、效率更高，同时还具有很多其它优点。比如，推进器结构简单、体积重量小、可靠性高、寿命长、可维护性好，从而能大大缩小了潜艇尺寸、简化了潜艇设计、降低了潜艇构造难度、增强了潜艇布局的灵活性、节约了潜艇建造和维护成本，并增加了潜艇的有效载荷，提高了潜艇的隐身能力和低噪声航速。
英国机敏级核潜艇后部的泵喷推进器(为保密被用布包裹着)
现在媒体报道的一些无轴泵喷推进器，很多都可利用前述的无轴推进技术来实现。具体说，这类无轴推进器，可以将原来有轴泵喷推进器中的潜艇内部推进轴带动转子工作的方式，改为直接用潜艇外部的电机驱动，而电机是被装设在环状导管内，通常为盘式电机，其转子叶片不是联接在中心安装轴，而是固定接在圆盘形轮缘上，结果就使转子从中心驱动变成了轮缘四周驱动。如此以来，无轴泵喷推进器既能发挥泵喷本身的流体力学和声学性能优势，又能消除原来有轴泵喷推进器推进轴系发出的噪声，在增强潜艇隐身性的同时进一步提高其推进效率。
然而，毕竟潜艇的无轴推进技术目前还比较新，成熟度不很高，因此对其理论研究还应进一步深化，需要不断解决若干重要问题。一是改用潜艇外部推进电机后，保持流体力学特性和隐身性时潜艇的整体布局与线型设计，尤其是推进电机与艇壳尾部的布局方式。二是高速驱动电机的构型和选材，驱动方案设计与实现，与艇壳内部发电机的连接，运转时的噪声控制与散热。三是潜艇全电力推进技术实现时，对推进电机的电力分配和控制的优化方法。四是艇壳外推进电机系统设备暴露在外，长期承受海水浸泡和腐蚀，保障它安全性和确保它可靠性的防护方法。五是紧急或故障情况下，潜艇应急备用推进系统的配置和设计。
相信在克服或改进了上述问题后，将会极大地促进无轴推进技术在潜艇的应用，并使潜艇噪声、航速、效率、可靠性、可维护性、空间利用率等性能都有质的改变或增强。
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图文 | 王群 (国防科技大学国防科技战略研究智库，qun_w@126.com)
编辑 | LH
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