中国工程院马伟明院士无轴泵推技术接连三大突破!3D打印加持,潜艇噪音直降15%

三的部落 3D部落


核潜艇是现阶段最具威慑的海军力量。被大众称之为“无声杀手”。所以噪音是衡量一艘核潜艇是否先进的一个主要指标,一直以来,为了降低噪音的影响,许多国家都投入了大量的资金和精力去研究。例如,美国在早期设计时就考虑到了噪音问题,首次在一艘弗吉尼亚级核潜艇上安装了振动减振装置,采用了先进的隔音材料。


但是这也是治标不治本,所以现阶段世界各国都在致力于对噪音源进行技术攻关。而提起噪音。无外乎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,由于叶片振动和气泡的存在,会产生很大的噪声。


这类噪音辐射到海水后,很容易被敌人的反潜声呐捕获。人们想方设法降低潜艇推进推进器的工作噪声。方法之一是为潜水艇装备一个大的七叶斜面螺旋桨。潜水艇是否使用了七叶大侧倾推进器曾经是潜水艇是否先进的标志。七叶大侧斜推进器,是一种噪音小的推进器。




但是,七叶大侧倾推进器并非一个完美的推进装置。通过反复试验,科学家和工程师发现,如果在螺旋桨外罩上隔音隔振的导流罩,就可以进一步降低螺旋桨的工作噪音。经过不断的研究和探索,科学家和工程师发明了一种潜艇推进装置,这种装置比螺旋桨推进器还先进,它是一个泵喷射推进器。泵喷式推进器与传统的推进器相比,其外观上最大的特点在于其推进桨叶,包在一个环形导流罩中。


第一个在潜水艇上使用泵喷射推进的国家是英国。跟随英国的脚步,美国人还为自己的核潜艇研制了喷射推进装置。现在,英国的“特拉法尔加级”“灵敏级”和美国的“海狼级”“弗吉尼亚级”等先进攻击型核潜艇,都使用泵喷射推进。新一代美国战略导弹“哥伦比亚级”核潜艇也明确表示将采用泵喷射推进器。由于受到时代和技术的限制,到目前为止,欧美各国所有先进核潜艇所使用的“泵喷推进器”,都是“有轴泵推进器”。


对我国来说,虽然在核潜艇的建设上起步较晚,但后劲十足,此前在马伟明院士领导的科研队伍下,我国首次实现对无轴泵推技术的全面突破。一举领先全世界。并做后续的升级完善。第二代船用综合动力系统—中压直流船用综合动力系统已经完成研制,这是一项领先于欧美一代的先进技术。


我国研究开发了核潜艇推进装置,取得了领先美国的技术成果。而在此前,马伟明院士再接再厉,在无轴泵推技术下再获突破。那就是3D打印无轴泵推技术。(无轴泵推技术能有效降低噪声10%-15%)


首先,我们了解下无轴泵推技术,事实上无轴泵推技术早在2017年央视的一期节目中就已提及。在一次采访中,马院士说,无轴泵推技术有望用于国产潜艇。对于下一代核潜艇的型号,多数外界认为是095或096型。次年,央视曝光的一则新闻透露,中国海军已接收一批新型核潜艇。据悉,该核潜艇将采用无轴泵推技术,并配备新一代综合电力系统,预计该新型核潜艇将使中国与美俄之间的技术差距在15年内缩小。





无轴泵推技术是目前国内最先进的一种泵推技术,它将传统的螺旋桨和机械泵推的轴系驱动方式转变成了电动驱动方式。一般情况下,传统的核潜艇主要依靠蒸汽装置的机械动能推动反应堆运转,推动桨叶开始转动,进而向海水提供反推力,因此潜艇便开始前进。


但在此过程中,桨叶轴在转动时会产生较大噪声。与之相比,无轴泵推技术取消了这个轴向,核反应堆产生的电能将直接流向潜艇尾部的叶片,全过程采用电驱动模式,水下行走时声音会大大降低。


与传统的有轴泵推结构相比,无轴泵推技术在三个方面具有优势。第一,有轴泵推装置在转动过程中,总会引起各种装置的机械摩擦和震动,从而产生噪声,这种噪声是难以避免的,无轴泵推技术是利用电动机作为动力,取消了传动轴这类装置,因此产生的噪声较小。



我国核潜艇一列装无轴泵推叶片


加之再采用一些外部消音设备,核潜艇航行时的噪声便再降新低。再加上此前突破的3D打印技术对材料加工的优化作用。据保守估计,无轴泵推技术能有效降低噪声10%-15%,若以国内潜艇此前平均110分贝的噪声计算,在降低到90分贝后,背景噪声已接近深海,要用声呐技术探测已很困难,堪称真正的海洋黑洞。


二是无轴推泵的机械效率更高。常规有轴泵推结构的机械效率保持在50%左右,有些先进的潜水艇大约维持在70%,这也只是主轴转动时的效率,如果热效率更一般的话。与之相比,无轴泵推的起始效率约为80%,而且这个效率还有空间,与半导体技术相比。此外,无轴泵推技术的动力源是位于泵内的电机,所占空间较小,密封效果较好,不像有轴泵推装置采用传动轴来输出动力,在传动开始和输出动能之间需要经过许多不必要的空间,容易造成水密问题。




尽管如此,这类泵推系统对技术要求很高,不仅需要电力系统的支持,而且对电机装置也有一定的要求,其中最重要的是电力的持续性。几年前,美国就曾提出过这种技术,但后来却没有什么实质性的消息传出。今天,我们的马院士和其他一些专家正在展示这项技术,而且还有一些潜艇将在实际中使用这个系统,从这个角度来说,我们的技术已经是世界一流的了。尽管如此,该技术仍有很大的发展空间,在广泛应用前,仍需进行多次试验。


而且在此之前,好消息传来,马伟明院士所研究的无轴泵推技术又有了新突破。据介绍,在马伟明团队的技术支持下,成功在武汉有一家公司成功开发出了一种新的3D打印技术,实现了无轴泵推技术在制造中的应用,泵推叶片等较为精密的零件都可以依靠3D打印技术来生产。以往,这些零件大多依赖机床制造,研制出来的成品总是有问题,而现在有了3D打印技术的帮助,这个问题就能得到解决,这也说明无轴泵推技术很可能会应用于下一代核潜艇。




而且实际上这种技术在以前的潜水艇中也有使用,但可能是试验性的,将来的下一代攻击性核潜艇将真正装备成熟的无轴推进技术,至于大黑鱼的型号,大家应该心知肚明。


此外这家武汉公司使用的“智能微缩精密铸锻”3D打印,利用3D打印机实现铸造与锻造的一体化,避免了传统机床的精度问题,同时也缩短了工期,这样的企业建议多使用一些。为何这家公司在武汉,大家应该知道719有几家大型海上救生中心吧,很多常规潜艇也是在武汉制造的。必须说,近些年来海上装备确实发展得很快,感谢马伟明教授,感谢那些为国产武器默默奉献的普通科技工作者。(来源:威话国际  南极熊  如有侵权,请及时联系删除)