潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？

近期，我国海军宣布新一代无轴泵喷推进系统已经完成了研发，并且已经要在新一代核动力潜艇上应用了，虽然我们无法预知是哪艘核潜艇先用了这个泵喷推进，但是我们大致可以了解到，无轴泵喷推进系统是我国海军的创新发明，他比目前世界上所有的泵喷推进系统都要更先进。

图为无轴泵喷系统的示意图，可见其转子叶片固定在外罩内侧。

潜艇的泵喷推进系统是在潜艇的推进螺旋桨上外套上一个涵道，这样可以提高潜艇的推进效率，也能够提高潜艇的隐身性能，降低潜艇的噪音，毕竟潜艇上最大的噪音来源中，螺旋桨噪音是最难处理的，既然最难处理，那就干脆把他罩起来，这样就可以完全的隔绝噪音了。此外，潜艇的泵喷推进系统目前国际上都是有轴泵喷，也就是转子固定在潜艇的推进轴上。

图为美国海军弗吉尼亚级核潜艇上的泵喷推进器。

泵喷推进系统可以分为转子、定子和外罩三个部分，这三个部分分别发挥不同的作用，转子会转动，用来产生推力，说白了，就是潜艇的螺旋桨，只不过是套在外罩里面的螺旋桨。定子则是对水流进行整理的，定子是不会转动的部分，在世界上，把目前的有轴泵喷推进器分为前置定子和后置定子两个部分，目前大都是前置定子，这样定子可以预先对水流进行预先旋转整理，转子转动时波动的水流就会较小，噪音比较低。

图为俄罗斯海军在一艘基洛级潜艇上装备的后置定子泵喷推进器。

后置定子则是转子在前，这样泵喷推进的功率会比较高。目前，俄罗斯使用后置定子，美国使用前置定子多。俄罗斯之所以使用后置定子，是因为俄罗斯海军对潜艇的动力和机动性的要求更高，俄罗斯认为潜艇的有效作战能力，机动性大于隐身性，而美国海军则相反，他们认为潜艇的安静度是第一，潜艇的速度和功率再其次，目前孰优孰劣还未可知。

图为无轴泵喷推进器的原理演示样机。

我国的无轴泵喷则是，转子不固定在潜艇的推进轴上，这样潜艇就又省却了一个大的噪音源，也就是推进轴，无轴泵喷是电力驱动系统，他可以将转子环形布置在外罩的内部，这样转动的时候就没有驱动轴和潜艇的艇身及水流摩擦发生的噪音了，另外，无轴泵喷还可以灵活布置，他可以在潜艇的尾部任意区域选择布置，提高推进效率，甚至可以反转，实现倒车。

图为潜艇泵喷推进器的结构示意图和艇体的连接方式。

这样，潜艇的噪音不但大大降低，而且潜艇的灵活机动性大大提高，潜艇的作战效能会更高。一个无轴泵喷推进器，一下子就解决了我国海军核潜艇上的两大噪音源，还解决了潜艇的机动问题，这样的设备，也难怪被称为是新一代的和领先的武器系统了。

潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？

目前世界上的潜艇一共有三种动力系统，第一种就是传统的驱动轴带动螺旋桨推进，一般来说螺旋桨叶片越多，噪音越小，动力越强，现代最先进的螺旋桨也只能发展到七叶片，当年苏联为了制造七叶大侧斜桨从日本东芝进口精密数控机床，就曾经引起了轩然大波，螺旋桨推进虽然制造简单，但是缺点也很明显，那就是噪音太大而且推进效率不高。如何解决噪音问题呢？简单粗暴，直接在上面加个罩子不就行了（水流从罩子向后喷射，就是所谓的泵喷），于是就诞生了所谓的有轴泵推装置，这种推进器其实和螺旋桨没有什么本质区别，依旧还是使用驱动轴带动转子（螺旋桨）旋转产生反作用力推动潜艇前进，最大的区别就是在外面加了个罩子（环状导管）屏蔽了部分噪音，另外还安装了后置定子用来改善水流的流速和流场条件，一定程度的减少了噪音。这一推进装置首先由英国人的特拉法尔加级潜艇运用，而后美国的海狼级，俄罗斯的基洛级，法国的都先后运用了有轴泵喷推进器。（美国弗吉尼亚级有轴泵推）

对比传统螺旋桨，有轴泵喷推进虽然减少了部分噪音，但是本质上并没有什么区别，可以说这只是一种过渡性的技术方案，所以从21世纪开始，以美国为首，各军事大国纷纷开始研制划时代的无轴泵喷推进器。所谓无轴泵喷推进就是取消了传统驱动轴，将螺旋桨叶片安装在环状导管（罩子）内侧，将动力装置集成在潜艇外部的环状导管内部，由电机带动整个环状导管内部桨叶一起旋转，从根本上杜绝了驱动轴这个最大潜艇的噪音源。

那么无轴泵推有什么优势呢？

第一、根据试验数据，同等体积的无轴泵推和传统的七叶大侧斜桨相比，推进效率高出20%左右，但是整体噪音却要小15分贝以上，对于以噪音大小判断先进程度的潜艇来说，这简直就是划时代的进步。

第二、无轴泵推将电机集成在潜艇外部的环形导管（罩子）内部，有效节省了潜艇内部空间，不仅能够让潜艇装载更多的导弹鱼雷，还能改善艇员的生活环境，而这些都是战斗力！我国目前的潜艇运用的还是传统螺旋桨推进装置，并没有发展有轴泵喷推进器，所以噪音水平对比国外潜艇有不小的差距，也正是因为这样，美国人曾经嘲笑我们:中国潜艇只要一出港口，在大洋彼岸就被探测到了。在2017年5月30日播出的《焦点访谈》节目中，专题报道了海军工程大学电力电子研究所所长马伟明的先进事迹，其中就痛痛快快的打了美国人的脸，马伟明博士介绍了我国无轴泵推的进展，并且表示在这一领域已经领先美国十年以上，要领先就领先美国，可以预见，我国下一代潜艇必将结合全电综合推进，运用全新的无轴泵喷推进器，届时我国的核潜艇综合水平终于能够站上世界之巅！

潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？

潜艇是“大洋黑洞”，其绝佳的隐蔽性让敌人不寒而栗。一艘潜艇的噪声水平是重要的指标之一。噪声主要来源于三方面：螺旋桨噪声、水动力噪声、机械噪声。

为了降低嗓声，工程师们想尽了各种办法。螺旋桨从五叶升级到七叶大侧斜，噪声明显降低。

再给它加上环状导管，屏蔽螺旋桨噪声，用定子改善进流，就成了泵喷推进系统。

1979年，英国率先在“特拉法尔加”级核潜艇上使用泵喷推进器，随后美苏也在“海狼”级、“弗吉尼亚”级、“北风之神”级等核潜艇上使用。它被列为绝密技术，用罩子严严实实的包裹起来。

其实泵喷推进系统是传统主机-传动装置-轴系-螺旋桨推进方式的衍生版，仍然用传动轴系传导动力，一头连着主机，一头连着螺旋桨。

有轴系就无法解决与艇身、螺旋桨之间的机械耦合噪声，另外，减速器、离合器等也是噪声重要来源之一。虽然减震浮筏、消声瓦抑制噪声效果显著，但这条路已经走到了尽头。要想继续降低噪声，必须寻找全新方案。

这时，一种全新的“无轴泵喷推进系统”（无轴轮缘推进系统）走进视野，对潜艇设计产生革命性影响。它的外观和有轴泵喷推进器差不多，但内涵截然不同，它把轴系淘汰了！这可是核心部件啊。

环状电机是动力来源，其定子固定在环状导管上，内环的动子与螺旋桨合成一体。通电后，动子带动螺旋桨旋转，驱动舰艇前进。

这种设计实在巧妙，好处多多：

1、螺旋桨损伤降低，空泡减少。

传统螺旋桨切割海水速度最快的桨尖，恰恰是最薄弱的，在海水反作用下损伤很大。而无轴泵喷模式里，切割海水速度最快的部位变成了桨根，是最厚最结实的地方。螺旋桨损伤大大降低，还抑制了空泡产生。没有螺旋桨轴，也降低了渔网缠绕风险。

2、噪声低，省空间。

舰艇轴系长达几十米甚至上百米，占用空间大，噪声大。无轴泵推没有轴系，从根本上消除了传动噪声，使潜艇进入新境界，比“大洋黑洞”更安静。轴系占据的大块空间，也能安装其他设备，利用率大大提高。

3、推进效率高。

传统推进系统，动力从主机经传动系统、轴系层层传递到螺旋桨，能量损失大，机械效率在50%~70%左右。无轴泵推用电动机直接带螺旋桨，机械效率高达80%以上，随着系统优化还会越来越高。

4、密封性好。

传统螺旋桨轴与艇体之间的密封很复杂。而无轴泵推用电缆传输电力和信号，各传感器采集的数据也由电缆回传，再不用为复杂的密封烦恼了。

5、布置灵活，机动性高。

无轴泵推不受轴系限制，布置方式灵活。可以布置在艇尾，也可以布置在艇身两侧，还可以多个推进器同时使用，为潜艇未来的超机动性奠定了基础。和风漫谈原创，禁止抄袭。

当然，无轴泵喷推进系统也有困难要克服：

1、消耗电力多，电机运转要精确控制，需要综合电力控制系统对全艇电能进行精确、高效的分配。

2、目前功率还不够大，推动大型舰艇方面还需要进一步提升。

3、受到环形导管限制，电动机体积不能太大，又要提升动力，非常考验设计和制造水平。

4、海水从电机转子、定子间流过，带走热量提供冷却。定子、转子要用特殊材料的外壳包裹，以抵御海水侵蚀。

无轴泵推系统的科技水平非常高，将使潜艇战斗力提高一大截。那如此先进的黑科技，是不是美国水平最高呢？不，在这个世界上美国还真不是处处领先。虽然其国防部从2004年就制定了Tango Bravo项目，研究无轴泵推技术，但并无确切成果产出。

事实上，在这个领域我们才是世界领先！

前段时间，我国著名科学家、中国工程院马伟明院士带领团队攻克了中压直流综合电力技术，带动了我国无轴泵推、电磁弹射、电磁炮等一系列先进技术迅速发展，为下一代潜艇和舰艇发展打开了广阔空间。

这是无数军工人日夜奋斗的结果，他们的无私奉献让国防事业更强大，向他们致敬！

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潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？

潜艇从普通螺旋桨到七叶大侧斜螺旋桨到泵推，即将发展到无轴泵推，这成果和发展速度都令人感到太厉害了，想想上世纪80年代苏联从日本东芝偷偷购买了先进机床，得以生产出七叶大侧斜螺旋桨，使得潜艇噪音大幅减小，令美国人大为恼火的故事，这当时的“先进技术”这都成了上上一代技术了。

现在还是有很多潜艇使用螺旋桨，只是有很多已经使用有轴泵推了。这东西最早是英国使用的，“特拉法尔加”级、“机敏”级都采用了泵推，美国一看不错也为自己的“海狼”级、“弗吉尼亚”级研发装备了泵喷推进器，法国“梭鱼”级、俄罗斯“亚森”级都用上了泵推技术，这些都是有轴泵推，也就是说，有一根从潜艇内部伸出来的传动轴，带动泵喷推进器里的螺旋桨，看起来哗哗往外喷水，实际上就是用一只环形罩子把螺旋桨罩起来了而已。

无轴泵推就真是厉害了，看起来绝对黑科技，那就是中间的桨叶没有轴，还转得飞快，秘密就是把驱动电机设计在环状罩壳里，由于彻底跟传动轴告别了，所以它的噪音水平最低，甚至低于海洋背景噪音，正是由于海军工程大学马伟明教授的杰出工作，使得我国直接跨过有轴泵推，使用无轴泵推，将我国潜艇的噪音水平一下子推到世界超一流行列。N

潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？

大家都知道，潜艇最大的噪音来源就是螺旋桨了，目前世界潜艇推进一种有3种动力系统，第一种就是传统的螺旋桨驱动，一般来说螺旋桨的叶片越多，加工精度越高，噪音越小，动力也越强，目前最先进的技术也就是发展到7叶片推进。当年苏联为了加工七叶大侧斜桨，秘密的从日本东芝引进高精密度的数控机床，极大的降低了潜艇噪音造成美俄潜艇相撞，引起了轩然大波，最终调查后美国对东芝进行了史无前例的处罚和制裁。但是通过精密加工降低噪音的方法最终遇到了天花板，而且这种方式噪音始终太大，推进动力损耗较大，效率较低！

在螺旋桨降噪问题上遇到了天花板该怎么办呢？在各国的潜艇降噪音都遇到门槛后，英国在特拉法尔加级潜艇灵光一现，居然推出了泵推技术（有轴泵推），原理很简单，就是在螺旋桨外围用个罩子将他包起来，这样既能隔音降低噪音，又能让水流不向外扩散，而是从罩子向后喷射，提高了螺旋桨的推进效率，也就是所谓泵推技术了。美国弗吉尼亚级有轴泵推

这种推进与螺旋桨没有什么本质区别，也就外围的隔音罩屏蔽了部分噪音，还提高推进效率。英国人率先使用后，美国在海狼级、弗吉尼亚级，俄罗斯、法国后续发展的潜艇都采用给了这样的方式，噪音得到了很大的降低。这个算不得黑科技，算是潜艇向无轴泵推技术发展的一种过渡方案！这一时间段我国军事发展正处于忍耐期，有些青黄不接，也没有军费研发，因此我国潜艇并没有发展有轴泵推技术。当我国有了经济实力后，也就直接跳过了有轴泵推，直接一步到位发展无轴泵推了！

有轴泵推为各国潜艇推进技术发展明确了一个方向，于是各国开始在此基础上发展无轴泵推技术，这算是一个划时代的潜艇推进技术了！所谓的无轴泵推就是驱动轴不再是中间的一根轴了，而是变成了外围的“圆环罩”，螺旋桨叶片反置安装在这个圆环罩子上。不要小看了这个圆环罩子，他没有想象的这么简单，美国率先将电机集成到这个罩子内部带动圆环罩旋转驱动，从根本上解决了驱动轴这个巨大噪声源。他的优点是能够有效降低噪音10~15分贝（这是一项革命性技术）；第二与传统螺旋桨比起来推进效率达20%，第三电机集成到了潜艇外部后，空出来一大片潜艇内部空间，潜艇可以做到更小，或者装更大更先进的设备，改善潜艇官兵生活空间，这些可都是战斗力！

虽然我国因为某些原因在093、094核潜艇上还采用传统的螺旋桨推进技术，噪音比之美国、俄罗斯先进潜艇在噪音水平上差了一大截，被美国嘲笑我国潜艇一出军港而远在关岛都能侦听到。但是我国在无轴泵推技术上发展得相当好，而且相当先进，在2017年央视节目中，马伟明博士介绍了我国无轴泵推的进展，而且相当自信的表示这项技术领先美国，将运用到我国下一代核潜艇技术上。我国的下一代核潜艇095/096将采用全电推进系统，并运用这套无轴泵推技术，噪音水平上必将大大降低，保守估计至少能追上弗吉尼亚级核潜艇噪音的早期水平吧！

无轴泵推是一种潜艇降噪的新模式，也可以说是一种新方法，但个人还是认为这项技术应该是比较先进的技术，对潜艇具有划时代的意义，但要说黑科技感觉真的算不上。美国率先开始研发并指明一条基本原理后，各国在这项技术上很快有所突破了，估计无轴泵推的最大难题应该是全电推进系统的演化和成熟问题，材料技术应该也算一大难题，希望不要像DDG1000那样随便趴窝吧！

当然这些都是自己的推测，如果有什么不同意见，欢迎留言讨论，互相探讨学习！还有潜艇的泵推技术解决了张局座提出的难题，再也不怕海带（绳）缠潜艇了，呵呵！！！

潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？

所谓黑科技是我这些普通人给那些我们不理解的科技的俗称，无轴泵推技术究竟是怎样的黑科技呢？现介绍如下：

首先它的关键在于“无轴”，我们都知道无论潜艇还是水面舰艇，其推进用的螺旋桨都是有轴的，如附图左所示。无轴泵推技术之所以能做到“无轴”，是因为它用了“磁悬浮”技术。简单地说就是电机的转子是“永磁体”，线圈通的是直流电，所产生的磁场方向与永磁体的磁场方向相反，例如如果永磁体的外侧是“S”极，那么直流线圈的内侧也是“S”极，大家都知道同极相斥、异极相吸的道理。所以电机的转子就被直流线圈的定子“托”在与定子同心的同心圆位置上，其间隙由设计和制造技术来保证。同理，转子的轴向固定也是用这个方法。这就是“无轴”的原理。

其次是无轴泵推技术的难点，其难点也在“磁悬浮”技术方面。我们知道磁悬浮列车技术现在也还没有特别成熟，更何况要用于高速旋转、变速频繁、空间狭小的电机上。这是需要通过大量的设计计算和大量的试验验证才能实现的，包括永磁体转子的合金成分、冶炼技术、结构形式，以及永磁体转子与直流线圈定子之间的配合、间隙、频繁开停、轴向力和径向力的平衡等等，都是世界级的难度，不是只要知道原理就能设计、制造出来的。

所以这项技术只要少数几个国家掌握，如中国、美国、俄罗斯、法国和英国等几个主要军事大国。就现在的情况而言，这项技术应用最早的是美国，而技术最先进的是我国的马伟明院士领衔的团队研制的无轴泵推技术，如下图右所示。

其三，这项技术主要用于潜艇降噪和提效，使用这项技术后潜艇可以到达任何国家的海岸线外的200海里以内而不让对方察觉，让潜艇真正成为大洋之中的隐形杀手。它也可以用于水面舰艇提效，可以降低能耗，这对于航母、大型军舰和超大型货轮都是非常有益的。