大陸新一代核潛艦推進系統 技術領先美國

天境傳媒 記者 張嘉瑩 臺北 報導
兩岸時事科技軍事EconomyPoliticsTechnology兩岸時事科技軍事2017-06-02
大陸「潛艦無軸泵噴推進器」研發工作取得重大成果。
大陸「潛艦無軸泵噴推進器」研發工作取得重大成果。

大陸又一項領先世界技術問世,「潛艦無軸泵噴推進器」之研發工作,在中國工程院院士、海軍工程大學電力電子研究所所長馬偉明院士的帶領下,於海軍工程大學內取得了重大成果。

「潛艦無軸泵噴推進器」堪稱是下一代核潛艇所使用的推進系統,並且目前處於應用狀態中。大陸與美國走的是相同的發展道路,但是在應用技術層面上,大陸掌握的關鍵技術已經領先於美國。

馬偉明甚至直接說出:「要領先,就領先美國」。

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馬偉明(右三)表示:「要領先,就領先美國」。
馬偉明(右三)表示:「要領先,就領先美國」。

發揮高效率、低噪音、省空間三大優勢

泵噴推進器是當代潛艦,尤其是核潛艦上應用的新型組合式水動力推進器。與之前潛艦廣泛使用的七葉大側斜螺旋槳相比,泵噴推進器不僅推進效率高於後者,其輻射噪聲反而低於後者。實驗數據顯示,低航速時,泵噴的低頻線譜噪聲比七葉大側斜槳要小15dB以上,寬帶譜總噪聲級下降10dB以上。在高航速時,降噪效果更為明顯。且泵噴空化性能要優於七葉大側斜螺旋槳,使得泵噴臨界航速更高,十分適合水下高速航行的核潛艦使用。

因此,現代核潛艦皆使用機械式泵噴推進器,包括英國「機敏」級、「特拉法爾加」級、美國「海狼」級、「維吉尼亞」級等多型西方核潛艇等等。但現行技術仍舊存在諸多缺失,該系統無論再怎麼改動,仍然依賴潛艦艦體內的驅動軸提供動力,並沒有根本解決傳統「螺旋槳-軸系-艇體」耦合振動有道的潛艦低譜噪聲。

蔡英文政府欲「國艦國造」之潛艦,仍採用七葉螺旋槳,效率低、噪音大、且因國造之故還非常昂貴。
蔡英文政府欲「國艦國造」之潛艦,仍採用七葉螺旋槳,效率低、噪音大、且因國造之故還非常昂貴。

為了進一步降低這一噪聲,研製無軸泵噴推進器就成了相關的解決之道。

重點就在於,無軸推進系統取消了傳統的機械式驅動軸,因此,它能完全消除各種軸系結構帶來的噪音。並且因為減少了這些軸系結構設備,因此大幅節省核潛艦的艙室空間。

美國「維吉尼亞」級核潛艦,艦尾之大型物體即為「泵噴推進器」,但該型式為「有軸」之系統。
美國「維吉尼亞」級核潛艦,艦尾之大型物體即為「泵噴推進器」,但該型式為「有軸」之系統。

朝無軸方向發展    大陸、美國各自展開技術攻關

2004年,美國海軍和國防預先研究計劃局(DARPA)聯合發起了Tango Bravo項目,該項目擬取得的技術突破中,第一條即是實現無軸推進。2011年,麻省理工學院機械工程系完成了潛艇弔艙推進的概念設計,而美國海軍研究署則在着手研究無軸泵噴推進器實用化技術,並計劃在美國下一代戰略導彈核潛艦上率先使用無軸泵噴推進器。 

無軸泵噴推進器將傳統螺旋槳和機械式泵噴推進器的軸系驅動轉化為布置在泵噴導流管內的電機驅動,從而取消了傳統動力系統的驅動軸,也從根本上消除了軸系所帶來的各種噪聲,而研製無軸泵噴推進器的先決條件就是實現動力系統的綜合全電力推進,大陸的攻關團隊,正是朝著這個方向進行重點突破。

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無軸泵噴推進器,能全方位展現出先進性能。
無軸泵噴推進器,能全方位展現出先進性能。

相比機械式泵噴推進器,無軸泵噴推進器的核心技術優勢在於將電機無軸推進技術與泵噴低噪、高臨界航速的突出優點完全集成起來,既能發揮泵噴本身的聲學性能優勢,又能消除軸系聲源激勵系統。同時,由於無軸泵噴推進器需要在泵噴導管上布置電機,可以大幅改善潛艦艙室內的空間利用。

在海軍工程大學的實驗室中,泵噴體積和尺寸都較小,應是技術演示的原理樣機,或是早期的小功率輔助推進器。由於技術水平限制,目前美國的無軸泵噴推進器單台的推力還無法完全替代機械式泵噴推進器,因此美國正在考慮使用兩台甚至三台無軸泵噴推進器布置在艦尾,實現潛艦推進系統的變革,降低潛艦的噪聲。

搭載「無軸泵噴推進器」的大陸095型核潛艦,噪音已低至95-100分貝。
搭載「無軸泵噴推進器」的大陸095型核潛艦,噪音已低至95-100分貝。

至於大陸在無軸泵噴推進器的真實研製進度,由於屬於國防機密,詳實數據恐不易得知。以美軍為例,隨意搜尋洛杉磯級潛艦,皆可獲得大量的新聞資訊和圖像照片,但如要查找最新型之「海狼級」的資料,它的上一照片曝光還是在2009年,其保密程度不難窺見,同樣的,大陸也是如此。但從央視公佈訊息及相關吹風報導中,已知大陸的下一代核潛艦應用了該領域之相關技術,大陸將會和美國成為世界上最早在核潛艦上應用該技術的國家。 另一方面,新一代095核潛艦噪音可低至95-100分貝,遠遠低於094型核潛艦的115分貝,和美國海狼級核潛艦已達到相同的水準帶上。

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