舰船喷水推进的优越性在哪里?为何多用在高性能舰船上呢?
喷水推进是一种比较特殊的水面物体推进方式,通过水泵喷出高压水流,从而让船只获得反作用的推力。
一个完整的喷水推进器由发动机、传动器、推进泵、水管、舵面等组成,有的为了能适应类似螺旋桨船舶那样的倒航能力,还会专门安装一个倒航器。
喷水推进优越性主要在于浅水区域的适用性上,进水口、喷水口只要不被堵塞,它们就不会产生螺旋桨那种水草缠桨叶的事故。喷水口在复杂的浅水区域也远比螺旋桨耐用,不会因为卷起砂砾或碰上水底障碍被损坏。
不过它最大的优点还是在于航速。螺旋桨船只受物理条件所限,虽然可以单纯提高螺旋桨转速和引擎功率,但旋转达到一定程度后,大量产生的空泡反而会让螺旋桨“击在空处”,白白浪费掉做功。
美国濒海战斗舰,使用喷水推进可达到44节的高速
喷水推进就不存在这个问题了,水泵的叶轮处于均匀流场中,所以比起螺旋桨的抗空泡能力更高,推进效率也更高,确保船只能在水中更高速度的航行。
基洛级潜艇的实验性推进装置
这种抗空泡能力使得喷水推进极受潜艇推崇,这意味着潜艇能更加安静,能发出更少的噪音,具有更模糊的航迹。喷水推进还相当稳定,便于潜艇维持矢量的均速运动,让潜艇在发射弹道导弹时具备更好的发射精度。
相比于普通船舶那样通过螺旋桨前进和倒车,水面小型船舶的喷水推进在这方面更具优势,通过倒航器可以快速的切断船舶的前向动力,然后调整为有需求的姿态。
换个概念也许会更容易理解——战机上的推力矢量。喷水推进的水流其实就是个矢量喷管,通过控制其喷射方向,可以让船舶做出很复杂的移动。这点在未来具有相当的发展前景。
均匀的航速、灵活可控的操纵能力,对于驱逐舰、猎潜艇、扫雷舰、濒海战斗舰等都具备相当大的实用意义。无论是丢声呐还是扫雷布雷、近海巡逻、穿越复杂海域,都需要喷水推进的微操能力。
缺点的话也有不少,喷水推进很适合复杂浅水环境,但也会出现因水体杂乱,导致进水口堵塞,从而失去动力的情况。
本质上喷水推进器的泵叶也是螺旋桨的一种,而且深埋在机体之中,一旦出现故障很难简单排除。所以有时候异物吸入会造成非常麻烦的局面,远比海带绳缠螺旋桨之类的事情更难处置。
此外喷水推进因为不断吸入大量的水作为推进,所以在实际应用时会增加船只的排水量,这是无法回避的问题。还有造价方面,喷水推进往往涉及到船舶的整体工程设计,成本要求更大,花费造价也更高。
舰船喷水推进的优越性在哪里?为何多用在高性能舰船上呢?
在船舰负担起人们的运输和作战众多用途的情况下,船舶的动力设施也变得至关重要,从最终的人工划桨,到后来机械蒸汽学的出现,再到如今的燃气轮机甚至核动力成为主流动力设备,这之中经历的路程也是极为漫长的。而在三百多年前,有这样一款喷水推进式的装置曾经出现过一段时间,虽然当时工艺不经而遭到搁置,但是在如今科技水平发展如此迅速的今天,对于喷水推进器的研制也被提上日程。经过数年的研究,这款推进器已经成为少数高性能舰船的推进设备了,但是即使这款推进器能让战舰突破急速,却在各种主流战舰中见不到它的身影呢?军迷表示:它也并非想象中那么完美。
提及喷水推进设备的历史历程,那可是极其漫长了,早在19世纪末期就已经有船舶采用这项推进器了,但是由于各项工艺流程的粗糙低下,无法对其作出更好的改进,因为它远低于螺旋桨的工作效率,这导致这种很有潜力的技术坐了很长时间的冷板凳。
因为近些年的各类技术都有极大的进步,出自各个厂商对喷水推进的执著,这款动力系统随着不断的实验和改进慢慢的好了起来,逐渐成熟的喷气推进也开始在一些追求航速的高性能战舰上有所应用。
目前市面上最多应用的也是螺旋桨式,不管蒸汽机还是燃气轮机都基本采用了这种装置当做推进装置,但是这种装置虽广泛但是并非是那么的尽善尽美,而喷水推进在某些方面都能在螺旋桨的基础上做出很大的改进,比如在动力方面喷水式的机动性更加强悍,喷水式也具有噪音小、小浅水效应、传动简单、保养方便等等特点。
但是目前来说,该项技术因为还未完全成熟,它也具有一些尚未解决的缺点,比如在航速低于20kn的舰艇上,这类装置并不能达到和螺旋桨同样的效率,而是要略低一筹;然后就是它在杂质较多的航道中航行时,因为其机理不同会造成管道堵塞现象;并且其更换叶轮要比螺旋桨麻烦。
总的来说,虽然喷气推进有着很可观的性能指数,但因为自身种种原因,比如结构上的复杂和难以微化的体积问题,以及种种环境下的局限性,它并不能代替传统的螺旋桨,而一些与这种推进器环境相契合的舰船可以采用这种设备,这就对舰艇推进的多样性起到了取长补短的补充作用。
舰船喷水推进的优越性在哪里?为何多用在高性能舰船上呢?
首先,这个东西技术含量较高,比较贵,因此很难在普通船只里普及,在高技术的舰船中倒是时有见到。
最主要的优点:噪音小!噪音小!!!这点在军事类舰船中是很重要的,传统的螺旋桨式推进系统最大的弊端就是噪音较大(无论是有轴还是无轴)。而这种喷水式推进噪音就比较小,这在高性能攻击型核潜艇上有应用的实例。个人认为,以后潜艇的推进系统都会朝着这个方向发展,毕竟是海军中最需要隐秘性、静音性的军种。
其次,可靠性较高、难以被海里的杂七杂八的东西挂住、动力较强、转向更为灵敏也都是它比传统螺旋桨式推进系统进步的地方。
舰船喷水推进的优越性在哪里?为何多用在高性能舰船上呢?
虽然喷水推进器,和泵喷推进器,都是利用向后喷射海水,来获得前进的动力。但是,两者的装船对象和技术难度可是不同的。
泵喷推进器主要被核潜艇,等大型舰艇所使用。
喷水推进器主要被巡逻艇,导弹艇,等小型舰船所使用。
泵喷推进器和喷水推进器与螺旋桨一样,也是舰船的驱动工具之一。
大型舰艇所安装的泵喷推进器只不过相对于螺旋桨推进来说,泵喷推进器具备“噪音低,适用广泛,高航速下的推进效率高”,这四大优点。
当然也有,“构造复杂,维护麻烦,重量大,低航速下的推进效率低”,这三大缺点。
也就是说,泵喷推进器也是优缺点兼有,各种舰船可以根据需求来选择。
只不过,随着泵喷推性能的逐渐优化,已然成为舰艇主要动力的优秀选择。尤其是舰船对静音性能,高速性能要求较高时,泵喷推进系统可以说是唯一的选择。
尽管,泵喷推进器有诸多优点,但是,现在的螺旋桨推进器,依然是大部分舰船的选择,尤其是大型舰船。
如各国的航空母舰,巡洋舰,驱逐舰,护卫舰依然选择螺旋桨,作为推进工具。
有部分潜艇选择了泵喷推进器,如弗吉尼亚级攻击型核潜艇,特拉法加级攻击型核潜艇,北风之神级战略导弹核潜艇,凯旋级战略导弹核潜艇,机敏级战略导弹核潜艇等等。
由于潜艇对辐射出噪音的分贝要求比较高,噪音是越低越好,而在降噪上,泵喷推进器有着天然的优势,所以核潜艇就选择了泵喷推进器。
降低噪音而泵喷推进器可以显著降低噪音的原因,主要是由其结构决定的。泵推进器由主要由“导管,定子,转子”,这三大结构组成。
由于转子和定子都被环形导管包裹着,当转子在旋转时,与水摩擦产生的噪音大部分都可以被导管给吸收掉,从而减弱动力系统产生的噪音。
提高推进效率泵喷推进器的推进效率高的原因也与其结构有关。上文说到泵喷推进器的结构,是由定子,转子,环形导管组成的。
当泵喷推进器开始工作时,其转子就开始旋转,就推动海水向后运动。由于定转子外边有环形导管,从转子叶片最前端,流出的海水就不会流到到外界。也就是将转子推动的海水,充分给利用了起来,从而减少了能量的损失,提高了推进效率。
通过研究证明,在低速航行时,使用泵喷推进器的潜艇。相对于使用大侧斜七叶螺旋桨的潜艇,可以使得动力系统产生的噪音下降15分贝以上。而在高速航行时,泵喷推进器的降噪效果则更为明显。
适用范围广泛相对于螺旋桨而言,泵喷推进器的体积相对较小,而在浅海里面,泵推进器的可以利用较小体积的特点,获得较大的地利优势。
小型舰船安装的喷水推进器这种喷水推进器与大型舰艇所用的泵喷推进器,结构还有所不同。
上文提到了大型舰艇用泵喷推进器的结构包括定子,转子,环形导管。主要是转子旋转推动海水向后运动产生推力的,是直接浸泡在海水中的。其长度比较短,环形导管仅仅将定转子包裹而已。
而小型舰船所用的喷水推进器由“进水管,泵体,喷口,传动装置,操做舵,倒车装置”组成。
虽然两者都是利用向后喷水,来获得前进的动力。但是小型舰船用的喷水推进器,就是一个放大版的水泵,只有喷头浸没在海水里,泵本身的主体是安装在舰船里边的,并不会碰到海水。如此以来,就需要在小型舰船水线以下的部分开一个进水口。经过泵体,喷水口被喷射出来。
而且喷水推进器的喷头是可以调节的,以便于左右偏转,使得舰船可以进行转向,灵活性是相当的好,效率也比较高。不像安装螺旋桨的舰船,转向需要方向舵。
也就是说,泵喷推进器和喷水推进器的原理都是喷水。但是,在真正的构造上,却有很大的不同。喷水推进器只适合用在舰船上,而泵喷推进器则可以安装在潜艇上和舰船上,这也是两者的区别。
比如说,小型舰船都选择了喷水推进器,如国产的022型导弹艇,就安装有2台4喷口的KaMeWa 71 SII喷水推进器。在2台泵推进器和2台柴油机的推动下,022型导弹艇的最大航速可以达到50节。
独立级滨海斗舰的三体船型版本,采用了4台Lips喷水推进器,最大航速可达50节。自由级濒海战斗舰单体船型版本,采用了4台Kamewa喷水推进器,最大航速为45节。TSL超高速客货船安装有2台喷水装置,使得其最大航速可达70千米/小时。
由此可见,对航速有较高要求的船舶,都采用了喷水推进器,而不是螺旋桨。由于螺旋桨在海水里旋转时,会产生“空泡”,而空泡效应又伴随着剧烈振动,使得螺旋桨叶片会受到损伤,最终影响船舶的运行。也就是说,使用螺旋桨作为推动工具的舰船,航速基本上是无法超过40节的。
综合来看,泵喷推进器和喷水推进器,相对于螺旋桨来说,具备极大的优势,已经被核潜艇和小型舰船所使用。
只不过,相对于喷水推进器而言,泵喷推进器的制造难度要高很多。因为泵推进器又可以分为“无轴泵喷推进器和有轴泵喷推进器”,目前来说,两者都有应用,只不过无轴泵喷推进器比较先进而已。而无轴泵喷推进器和有轴泵喷推进器,的区别就是那一根传动轴。没有传动轴之后,无轴泵喷推进器就需要将转子的动力系统,集成在环形导管内部,这样一来,整套动力系统当然复杂程度又将再次提升。
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