为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

福特号航空母舰上的螺旋桨，重达30吨，请对比左下角那5人。图片来自Jeff Head。

在我们印象中，船无非就是在尾部吊装一个或几个螺旋桨以进行推进，如上图福特号航母这般。

然而，不少非军迷朋友所不了解的是，诸如美国海狼级核潜艇，英国机敏级等先进核潜艇，却是使用“泵射推进”。

而像美国濒海战斗舰等这样的高速舰使用的又是“喷水推进”，咱们先说后者，因为两者极为类似。

上图为美国濒海战斗舰独立号，它使用的就是“喷水推进”。

使用“喷水推进”的舰船，我们任何时候都甭想看到它的螺旋桨，最多只能看到上图那4个装置。

怎么运作的？

运作的大概原理就如上面的剖视动图。静态图如下：

推进时，就是下图这样子。

据一些资料上说，某大型船只上的喷水推进装置，其总流量非常惊人，相当于美加边界的尼亚加拉瀑布的平均水流量。

图片来自Jim2B。

到这里，有的网友会有疑问，传统的螺旋桨外露推进，可以方便转向和倒车。而使用喷水推进的船只又是如何实现拐弯和倒车的？

倒车很简单，原理恰如上面的动图。

而转向的原理，咱们来看看美国濒海战斗舰独立号的变种姊妹舰，USS Tulsa (LCS-16) 塔尔萨号。

塔尔萨号安装4个喷水推进，全功率推进时，每秒的水流量24000加仑，合每秒90吨水流量。

作为对比，我国黄果树大瀑布水流量一般保持在每秒8至12吨，当然，黄果树片区普降大雨时例外（最大时，黄果树大瀑布水流量高达每秒690吨）。

濒海战斗舰上的每一个“喷水推进”装置都如此灵活，这让濒海战斗舰相比于其他战舰，操作更灵活。

“泵射推进”与“喷水推进”原理是相似的，只不过，前者用在核潜艇上，后者多用在军舰和民用船舶上。

一个在水面，一个潜行于水下，我们总不能期望它们的推进装置长相一样，称呼还一样。

老式潜艇上的螺旋桨，图片来自Weston Westmoreland。

而现代的先进核潜艇是看不到螺旋桨的。

某些先进核潜艇的泵射装置如上图，而实物图如下：

图片来自美国海军研究所的Jeff Head。

上图为造价23亿美元的美国弗吉尼亚级攻击型核潜艇，因为核潜艇都是各大国的核心机密，故这艘弗吉尼亚级攻击型核潜艇上浮时，其泵射装置是用一块布遮挡起来的，其内部结构无法知晓。

因此，我们只能通过上面这张大概的参考图来略知一二，而实际结构可能会出入很大。

总之，我们只要知道，泵射推进跟喷水推进有一点是类似的，都是用“管子”将螺旋桨包起来。

核潜艇使用泵射推进，核心出发点就是为了静音。螺旋桨外漏容易产生空泡噪音，这会让核潜艇难以成为真正意义上的“大洋黑洞”。

上图为螺旋桨在水中产生空泡的高速摄影图。空泡的产生跟压力密切相关，而用“管子”把桨叶包起来后，管子里的水流很急，桨叶受到的动压很大，空泡不容易产生。

美国海军工程试验站为了对比泵射推进和普通螺旋桨推进时的噪音。他们上世纪曾经做过对比实验，结果表明，泵射推进比普通的螺旋桨推进最高可低20分贝左右，差距非常大。

而在舰艇上使用喷水推进，最大的好处是操纵性和倒车性能优越；舰体外的附件少，减少了阻力。

另外，跟外露螺旋桨相比，使用喷水推进的船可在浅水活动，因为只要入水口被淹没就行。还有就是，因为旋转部件是包裹起来的，所以里面的桨叶能得到很好的保护，不会切割外面的礁石和鱼儿。

鲸鱼背上的累累疤痕，拜某条船的上的螺旋桨所赐。

也正因此，一些救生艇也使用喷水推进。原因不难理解，我们得把人完完整整地救上船，而不是弄成几块后……

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为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

泵喷推进器可以降低潜艇和水面舰艇的被动声纳信号，并在效率方面优于螺旋桨。洛杉矶级改进型(SSN-751以后)有一个隐蔽的推进器，就像所有后来的美国攻击型核潜艇一样。至少有一艘俄罗斯基洛级的螺旋桨被一个带罩推进器所取代，现在美国和英国的新核潜艇都在使用这种推进器。

当螺旋桨桨叶在水中行进时，空化发生在桨叶前缘的后面，特别是在螺旋桨尖周围。高速旋转的叶片后面的压力会降低，在某些情况下，当压力局部下降到饱和蒸汽压以下时，会形成气泡，这叫做气穴现象。运动中的螺旋桨边缘会产生涡线。朝向漩涡中心，液体速度增加，压力降低。较低的压力会引发气穴现象，产生的气泡会产生噪音、振动和螺旋桨腐蚀。 空化噪声会危及潜艇的位置。

总的来说，空化的产生是舰艇设计者试图避免的现象。液体中的气穴现象是指在工作温度下，由于压力降低到液体的蒸汽压以下，气体和蒸汽气泡的形成、增长和破裂。泵叶轮、船支柱和类似的应用经历了气穴现象，气穴现象会造成表面的快速损坏和侵蚀。当气蚀气泡在表面附近破裂，向表面发射所谓的凹入微射流时，产生气蚀引起的损害的一个重要因素发生了。这种液体喷射可以产生高达1500米/秒的速度，并且能够破坏已知的最坚硬的材料。

这些气泡的破裂产生了一个连续的噪声频谱，它支配着船只噪声的较高频率范围，并且与速度有关。也就是说，空化在更高的速度下更大，因为螺旋桨产生更多的气泡。空化在水面舰船中比在潜艇中更为重要。这是因为在浅水中相对轻微的海底气穴现象，在深水中几乎可以完全消除。潜艇越深，流体静压力越大，因此气穴现象越少。 螺旋桨本质上是一组在水中转动的扇叶。这些叶片在火焰状的羽流中引导水远离叶片，随着船只速度的增加，羽流变长并提高效率。

尽管这一动作确实推动了船只向前，但螺旋桨叶片也以从叶片边缘延伸的切线模式从叶片中抛出水。因此，水以0度到90度的角度从螺旋桨向外喷射。此外，叶片甚至让水落在叶片表面，这就产生了一个低效的反向涡流。所有没有直接垂直于叶片推进的水都会降低螺旋桨的效率。 此外，被称为漩涡的大旋涡被螺旋桨尖端甩出，导致可预防的推进效率低下。螺旋桨实际上就像帆一样工作，在前缘产生升力，将螺旋桨向前“拉”。涡流是由翼尖压力“泄漏”而形成的螺旋形流体。当叶片下方的高压围绕叶片顶端卷曲到低压的顶侧时，形成涡流。与任何翼型或水翼一样，叶尖也有叶尖涡，多余的能量会被水流冲走。

流体动力推进器的性能特性在很大程度上取决于叶片排中复杂的三维粘性流。在推进器的设计和性能分析中使用的计算复杂流场的能力将是改进性能的有价值的工具。研究已经解决了带罩推进器叶片排中稳定流场的计算。在选择计算程序时，首要考虑的是需要充分解决的带罩推进器流场长度尺度的多样性。叶片轮毂和叶尖、叶片边界层和核心无粘流的不同主流机制表征了多种长度尺度。

潜艇螺旋桨的改进设计大大减少了气穴现象。由于导管在叶尖周围保持较高的压力并防止气穴气泡形成，气穴现象通过护罩得以减少。一种提高螺旋桨效率的方法是用管套包住螺旋桨。这个护罩或喷嘴迫使更多的水直接从螺旋桨中流出。通过引导水流通过护罩，叶尖涡流可以用来提供推力。

由于气穴现象和振动激励的限制，船用推进器的几何形状比通常的涡轮机叶片例如燃气涡轮发动机压气机叶栅或直升机螺旋桨复杂得多。因此，旋转叶片的形状是高度倾斜和弯曲的，并且相对于它的直径比在飞机螺旋桨中发现的要宽得多。这些推进器的操作条件是在非常高的雷诺数范围内，并且流动是完全湍流的。 流体动力推进器的性能特性在很大程度上取决于叶片排中复杂的三维粘性流。

为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

螺旋桨和喷气泵是潜艇最重要的部件，有时也是最敏感的部件。产生这些系统的高度复杂的设计艺术平衡了效率和速度，甚至重量与声学特征。它是材料科学、机械工程和流体力学的结合。

精致的螺旋桨配置，其中一些包括独特的涡流扩散器，在许多潜艇上仍然很常见，但是泵式喷气发动机以其独特的优势，在大型潜艇上的需求越来越大。最重要的是，它们允许更高的速度噪声空化—这是一个巨大的优势，因为它可以在穿越大片海洋时避免被发现。

德国212型螺丝，带轮毂涡流扩散器。

除了潜艇性能包线的低端，泵喷推进器在大多数情况下都具有更高的效率。它们保护包含在其中的元件。它们在浅水中也很方便，特别是如果它们有一个喷管或偏转面来进行推力矢量的话。也有缺点。它们很重，不适合许多较小的潜艇设计，而且比螺旋桨更昂贵、更复杂。

泵射推进,有哪些优势？

核潜艇使用泵射推进，核心出发点就是为了静音。螺旋桨外漏容易产生空泡噪音，这会让核潜艇难以成为真正意义上的“大洋黑洞”。

上图为螺旋桨在水中产生空泡的高速摄影图。空泡的产生跟压力密切相关，而用“管子”把桨叶包起来后，管子里的水流很急，桨叶受到的动压很大，空泡不容易产生。

美国海军工程试验站为了对比泵射推进和普通螺旋桨推进时的噪音。他们上世纪曾经做过对比实验，结果表明，泵射推进比普通的螺旋桨推进最高可低20分贝左右，差距非常大。

而在舰艇上使用喷水推进，最大的好处是操纵性和倒车性能优越；舰体外的附件少，减少了阻力。

为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

核潜艇与驱逐舰现在都用泵射推进，核心出发点就是为了静音，噪声越低，就意味着战斗力越强，还有就是泵射推进效率要远远高于螺旋桨。

说起海军当中的武器装备，大家可能会想到航母、核潜艇、驱逐舰，毕竟这几款武器装备在海军当中具有重要地位。对于核潜艇以及大型驱逐舰都比较了解，虽然电影中的潜艇与水面战舰还是有一定区别的，但是从基本的认知角度来看，还是大同小异。但随着科技技术的不断发展，大国之间的军事武器竞争也变得愈加激烈，目前较为先进的核潜艇和驱逐舰，都已经从螺旋桨推进演变成了泵射推进。

值得注意的是，目前我国的核潜艇推进装置已经领先于世界，毫不夸张地说，相关技术已经领先于美国，这种无轴泵喷推进器也将用于中国下一代核潜艇上。这种名为“无轴泵喷推进器”是世界各国军备竞赛中竞争最激烈的新型推进装置，同时也是针对有轴泵喷推进器的升级产品，目前欧美军事发达的国家，目前都是装备的有轴泵喷推进器。

其实核潜艇以及驱逐舰，对于人们认知中的武器已经出现了较大的差距，一些电影中看上去非常先进的武器，目前在现实中已经较为落后，像装备螺旋桨的核潜艇，基本都是老旧的一代，而新一代核潜艇不仅仅是在推进器上，内部的装置上也进行了大胆的升级。

目前潜艇被分为两种，一种为常规动力潜艇，另一种为核动力潜艇，而从所使用的推进器来分类的话，也可以分成螺旋桨推进器以及泵喷推进器，这两者与水面战舰几乎一致，没有任何区别，一些较为先进的战舰，目前也安装了泵喷推进器。

虽然听上去非常的高大上，其实泵喷推进器的优点与我们想象的高科技属性，还是有很大区别。泵喷推进器在运行过程中产生的噪音更小，推进的效果相较于螺旋桨更加迅速，装备这种推进器的另一个好处在于噪声的辐射有所降低，避免在战争期间被敌方的反潜设备所捕捉。

在没有研制并投入使用之前，各个国家为了能让核潜艇的噪音更小，曾经采用过七叶大侧斜螺旋桨，当时如果一个国家能将七叶大侧斜螺旋桨安装在核潜艇上，那么就可以说明这个国家的核潜艇已经具备了相当先进的功能，虽然这种情况非常的魔幻，但不得不说噪音对于核潜艇来说无疑是最头疼的事情。

为了能够进一步降低噪音，工程师在研发的过程中，研制出了目前我们所看到的泵喷推进器，虽然外观与螺旋桨有很大区别，但从整体角度来拆分看的话，其实就是将环形导流罩包裹住了推进的桨叶，这样就可以大幅度的降低噪音，同时又让推进的速度进一步提升。

据资料显示，第一个使用泵喷推进器的国家是英国，在使用过程中达到预期效果之后，美国也开始了泵喷推进器的研发，可以说美国这次也是在对其他国家的武器进行“山寨模仿”。目前装备这种推进器的核潜艇主要来自于英美两国，而下一代核潜艇的推进器也将全部使用这种泵喷推进器。在从核潜艇的推进器得到灵感之后，驱逐舰的推进器也得到了升级，作用刚才也提到了，就是为了能够降低噪音，防止潜艇的声呐追踪到。

目前中国自主研发的无轴泵喷推进器，在运行过程中已经没有了主传动轴所产生的噪音，大幅度提升了核潜艇的隐身能力。同时这种泵喷推进器也进一步的缩小了使用空间，不仅让核潜艇被占用的空间缩小，还能让核潜艇在行进的过程中更加迅速，在作战当中从而可以起到更为强大的行动能力。总之，泵射推进技术已经成为世界各国发展的首要方向，毕竟其好处非常的多。

为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

可以极大地降低潜艇噪音，大大地增强了潜艇的隐身能力

为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

　　使用泵推进技术省略了螺旋桨和发动机转子，这就节省出一个巨大的空间可以增加舰载武器的数量，以瑞典的马德堡级导弹艇为例它原本只有不到500吨的排水量，但是在使用泵推之后还可以加装垂直发射的防空导弹、反舰导弹、舰炮、近防炮和各种机关炮，在一艘导弹艇上假装如此多的武器设备是史无前例的，究其原因就是它的泵推动力节省了大量的空间。而舰载武器的数量又是影响海战结果的重要因素，甚至有人说载弹量巨大的“武库舰”终将取代航空母舰，因此很多国家都投入巨资发展泵推技术。　　

　　对于经常需要靠近海岸线作战的快艇、导弹艇、鱼雷艇来说，静音效果是决定他会不会被敌人发现的重要因素，设计师在选择动力时往往会看重噪音比较小的汽油机和燃气轮机，但是使用泵推动力将内燃机全部省略掉，因此静音效果会更好；换到大型水面舰艇上之后也能有效降低军舰的噪音，以躲避敌方声呐的追踪和声控鱼雷的打击，而相对于不成熟的舰体隐身技术而言降低发动机噪音是最经济有效的“隐身”措施。　　

　　泵推技术降低噪声的效果对于先进核潜艇更为重要，因为水下的核潜艇唯一暴漏自己的就只有声音，在省去了发动机气缸和转子以及螺旋桨之后，潜水艇的噪音基本就等于海洋背景的天然噪音了，真正的大洋黑洞就会诞生，因此研发潜艇专用的泵推技术是非常重要的前瞻性战略举措。