093B疑似装备的无轴泵喷不算啥,随之而来的核电系统才是惊喜
据《简氏防务周刊》援引美国卫星图像公司Planet Labs的照片显示,2023年1月11日,中国北方造船厂的一个大型浮动平台上出现了一艘很特别的攻击型核潜艇,经确认是最新的093B。但奇怪的是这艘潜艇没有外露的螺旋桨,尾舵后却多了一个纺锤状的物体。参照类似形状的核潜艇,093B被认为已经装备了泵喷射推进系统。如果这一判断属实,093B乃至中国核潜艇的静音水平都会出现质的飞跃。 6park.com
传统核潜艇是用螺旋桨推进的,外露的螺旋桨以一定频率旋转,本来就存在较大的扰动噪声,桨叶高速旋转时,还会出现明显的空泡噪声。在螺旋桨高速旋转时,叶片上的水流被加速,压力变小,就会产生大量泡泡,这就叫空泡。空炮内部的压力要远小于海水压力,会迅速破裂造成强大冲击波,随之而来的就是产生空泡噪音。 6park.com
为了解决这个问题,俄罗斯和英美采用了不同的技术路线。因为空泡噪声与螺旋桨的负荷成正比,与桨叶投影面积成反比,因此,俄罗斯采用2套七叶大侧斜螺旋桨推进的方式,将总的螺旋桨负荷减半,桨叶投影面积也大幅缩小,但这虽然有效减轻了低速航行时的空泡噪声,但在螺旋桨在高转速时,仍会产生大量空泡,即并未真正提高核潜艇中高速状态下的静音水平。 6park.com
英美走的是有轴泵喷射推进路线,已广泛装备英国的“前卫”级、“机敏”级,法国的“凯旋“级、美国的“海狼”级、“弗吉尼亚”级等型号。有轴泵喷射推进器主要由导管、定子和转子构成,定子为一组与来流呈一定角度的固定叶片,转子是围绕主轴旋转的叶轮,定子的作用是对进入转子的海水进行整流,并使其处于预旋状态,转子则通过与水流的相互作用产生推力,转子和定子由环状导管罩住,导管通过设计特定的横截面形状还有对水流减速增压的作用。 6park.com
有轴泵喷射推进系统在很大程度上减弱了空泡噪声,根据相关资料,低航速下,其宽带噪声比七叶大侧斜螺旋桨小10分贝以上,这正好部分解释了“前卫”级和“基洛”级的静音水平为何分别是105分和118分贝了。
但有轴泵喷相对于传统螺旋桨推进系统最大的优势还是有更高的临界航速。潜艇的临界航速是指潜艇在一定潜深下推进器不产生空泡的航速。如“海狼”级20节临界航速下的静音水平就在120分贝以下,这很大程度上归功于定子的整流预旋和导管的减速增压效果。 6park.com
但有轴泵喷系统的缺点也是很明显的,它需要一根一头连着蒸汽轮机或电动机,一头一直延伸到尾部,连接转子的主轴。主轴与艇体、转子之间耦合振动会产生较强的低频噪声,很容易被低频拖曳线声呐所捕捉。也就是说,有轴泵喷射推进系统的空泡噪声是降低了,但机械噪声反而增大了。 6park.com
另外,有轴泵喷系统的转子受导管尺寸的限制,直径远小于外露的螺旋桨,转子小了,要达到同样的功率,传动轴的负担就大了,因此有轴泵喷射推动系统的重量是普通螺旋桨推进系统的2-3倍。
而此次曝光的093B,采用的很可能是无轴泵喷射推进系统,我国在这方面已经进行了长期预研,相关技术已处于世界领先水平。无轴泵喷将叶片安装到泵壳内部的转子上,当转子转动时可以带动叶片转动。更重要的是无轴泵推系统直接采用了电机驱动,取消了传统的中心传动轴,且电动机也不是安装到潜艇的中心轴线上,而是布置在导管内,动力输出模式也从主机-传动轴-螺旋桨简化为电动机-螺旋桨,效率大幅提升。 6park.com
这就在保持有轴泵喷系统一系列优点的同时,克服了其体积庞大,机械噪音增大的缺点。更重要的是,既然驱动转子叶片的是电动机,093B反应堆并不直接提供驱动力,其主要作用变成了发电,即反应堆运行状态并不与核潜艇的驱动直接挂钩,那么反应堆在大部分时间都能在最佳工况运行,也就很大程度上克服了主冷却泵产生的噪音。 6park.com
总而言之,093B装备无轴泵喷与核电系统的判断如果属实,在整个中国核潜艇发展史上,都有里程碑式的意义,因为核潜艇是我国堪比航空发动机的一大短板,正因为如此,每当我军航母战斗群深入大洋,美军强大的水下攻击能力总是让广大军迷总是惴惴不安,093B若能装无轴泵喷与核电系统,中国海军走向大洋的底气就更足了。
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