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盤(pán)點(diǎn)中國(guó)新一代核潛艇的黑科技
關(guān)鍵字: 核潛艇中國(guó)海軍永磁電機(jī)葉片的葉根現(xiàn)在扎根在環(huán)圈上,受力設(shè)計(jì)和制造極大簡(jiǎn)化,容易在推進(jìn)效率、噪聲、重量、成本上優(yōu)化,比如像現(xiàn)代超高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片一樣,在葉尖反而“鏟出”。
只要能解決大尺寸環(huán)形電機(jī)的制造問(wèn)題,大直徑無(wú)軸泵推的葉片制造反而相對(duì)簡(jiǎn)單。當(dāng)然,這個(gè)“只要”可不簡(jiǎn)單,大直徑、大功率、低磨耗、高精度的環(huán)形電機(jī)是技術(shù)難關(guān),這也限制了無(wú)軸泵推的功率。用多個(gè)降低直徑的環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)的無(wú)軸泵推并聯(lián)工作,可以解決單個(gè)大直徑環(huán)形電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造問(wèn)題。
應(yīng)用了無(wú)軸泵噴技術(shù)的渡輪,該船首尾各裝一個(gè)無(wú)軸泵噴推進(jìn)器目前應(yīng)用的無(wú)軸泵噴系統(tǒng)缺點(diǎn)是功率小,單個(gè)推進(jìn)器只能用作小船的動(dòng)力,或者大船的輔助動(dòng)力
在其他因素不變的情況下,泵推的推力大體取決于葉片掃過(guò)的面積。至今減半的話,需要四個(gè)半直徑單元才能等效于一個(gè)全直徑單元。好在無(wú)軸泵推的安裝靈活,沒(méi)有常規(guī)螺旋槳或者有軸泵推要考慮傳動(dòng)軸從艇體穿出的問(wèn)題,除了圍殼與艇體的連接,并不需要定子,只要在艇艉設(shè)計(jì)時(shí)考慮到,多單元的安裝是可以解決的。比如說(shuō),常規(guī)艇艉是水滴形的尾巴,可以近似為圓錐,天然適合單螺旋槳設(shè)計(jì)。但把艇艉改成扁鍥形,水動(dòng)力特性和制造上依然沒(méi)有太大的問(wèn)題,但提供了天然的安裝多單元無(wú)軸泵推的空間。與電傳操控相結(jié)合的話,甚至引入可轉(zhuǎn)動(dòng)單元,還可大大減小常規(guī)的尾翼尺寸,降低阻力。多單元還降低對(duì)可靠性的要求。
多單元之間的“搶水”是一個(gè)問(wèn)題,但單元越多,每個(gè)單元的功率越低,搶水問(wèn)題實(shí)際上越小,當(dāng)然保證所有單元均勻出力對(duì)水動(dòng)力設(shè)計(jì)的要求也越高。在這方面,航空上有很多先例,可以借鑒。隨著渦電混動(dòng)的興起,新一代飛機(jī)沿翼展布滿了螺旋槳。大量小功率電驅(qū)動(dòng)螺旋槳的制造成本低,可靠性要求低,與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中追求盡量減少發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳數(shù)量的做法截然相反。這與多單元無(wú)軸泵推有相似之處。
多單元除了要在艇體設(shè)計(jì)時(shí)就有所考慮和可靠的中壓直流系統(tǒng)的支持,還有較大的重量和阻力。與全直徑泵推相比,四個(gè)半直徑泵推的圍殼總周長(zhǎng)要加倍,大體上也導(dǎo)致重量和阻力加倍。還是那句老話,沒(méi)有免費(fèi)的午餐。
另一個(gè)問(wèn)題是外置的環(huán)形電機(jī)不易屏蔽電磁信號(hào),多單元無(wú)軸泵推加劇了屏蔽困難,容易導(dǎo)致暴露目標(biāo)。這些原因使得無(wú)軸泵推尚未在潛艇的主要推進(jìn)上得到應(yīng)用。就看馬偉明能不能給人們帶來(lái)驚喜了。
即使中國(guó)尚未突破無(wú)軸泵推技術(shù),有軸泵推依然是一個(gè)飛躍,這方面已經(jīng)沒(méi)有一票否決式的技術(shù)障礙了。
中國(guó)正在有關(guān)核潛艇動(dòng)力系統(tǒng)降噪的一系列關(guān)鍵技術(shù)取得突破,是否會(huì)在下一代核潛艇上集中采用還不好說(shuō),這里有風(fēng)險(xiǎn)控制問(wèn)題。
先進(jìn)核潛艇是一系列尖端技術(shù)組成的復(fù)雜系統(tǒng),圖為“海狼”級(jí)核潛艇的艇艏聲吶基陣
另一個(gè)問(wèn)題是艇體設(shè)計(jì)。理論上,水滴形艇體阻力最小,噪聲也最小。但純水滴形每一段艇體都是連續(xù)可變曲率,制造很困難,一般用改進(jìn)水滴形或者紡錘形,艏艉與水滴形相同,中段為簡(jiǎn)單的圓柱形,簡(jiǎn)化制造。饒是如此,大直徑艇體制造依然是技術(shù)難關(guān)。
大直徑艇體內(nèi)空間完整,便于系統(tǒng)布置,更有利于布置長(zhǎng)大的重型垂發(fā)導(dǎo)彈,極大地提高打擊威力和火力密度。但大直徑艇體的制造、焊接、質(zhì)檢都難度很高。所謂大直徑厚板比小直徑薄板容易制造,這是似是而非的。
凡事都有一個(gè)度。適中尺度永遠(yuǎn)是最容易制造的,更大更小更厚更薄都要難度增加。大的比小的好做,這只是把微小的與適中的相比,而不是適中的與龐大的相比。特大特厚構(gòu)件的精密制造永遠(yuǎn)是技術(shù)難題,而精密制造對(duì)艇體是關(guān)鍵。艇體的不平整或者接縫不能對(duì)齊,會(huì)造成嚴(yán)重噪聲。耐壓要求還使得艇體必須用高強(qiáng)度厚板制造,厚度可想而知。不過(guò)中國(guó)正在重型精密制造方面悄悄地走到了世界的前面。西方用更小的技術(shù)裝備達(dá)到了同樣的制造尺寸,中國(guó)技法尚不如人,只好把劍打造的更長(zhǎng)一點(diǎn)。有一天中國(guó)的技法也一樣精湛了,那就是另外一個(gè)境界了。
在現(xiàn)代海戰(zhàn)中,航母像威風(fēng)八面、力撼四方的泰森,但核潛艇才是殺人越貨的忍者殺手。中國(guó)核潛艇的春天就要到來(lái)了嗎。人們正在急切期待。
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