舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?

1661年 , 英国人图古德和海斯发明了一项专利 , 该专利是采用一种特别的方法迫使水流通过船舶底部或两舷使船舶前进 , 这被视为是喷水推进的起始 , 比螺旋桨的发明早了19年 。 1944年 , G.F.Wislicenus首先提出使用导管螺旋桨或者泵喷(喷水)的方式来降低流经桨叶水流的流速 , 从而改善推进器的空化性能 。 1957年美国宾夕法尼亚大学ARL研究所的工程师成功地设计出世界首台泵喷推进器 , 并开始应用于重型鱼雷上 。 自此 , 开启了鱼雷的泵喷推进时代 。 到目前为止 , 世界各国设计的航速高于45节以上的高速鱼雷已全部采用泵喷推进 。
舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
鱼雷的泵喷推进器(模型)
而在冷战时期 , 美国为了确保潜艇在下一个世纪能够强于苏联 , 制定了建造新一代攻击型核潜艇计划 。 在此背景下 , 美国开始着手将泵喷推进器引入到新一代攻击型核潜艇上 。 虽然泵喷技术源于美国 , 但真正第一个将泵喷推进器应用于核潜艇的并不是美国 。 1984年 , 英国率先在“特拉法尔加”级攻击核潜艇的二号舰 , “汹涌”号(Turbulent)上装备泵喷推进器 , 这是世界上第一艘采用泵喷推进的核潜艇 。 自此开始 , 西方阵营开始陆续发展采用泵喷推进器的核潜艇 , 如英国的“前卫”级、“机敏”级;法国的“梭鱼”级、“凯旋”级;美国的“海狼”级、“弗吉尼亚”级等 。
舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
核潜艇的泵喷推进器
泵喷推进器之所以在核潜艇上大热 , 是因为泵喷推进器有两个非常突出的优势 。
一是推进效率略高于7叶大侧斜桨 。
舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
泵喷推进器
二是辐射噪声低于7叶大侧斜桨 。
舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
螺旋桨的空化
与泵喷推进器在核潜艇上的大热不同 , 在常规潜艇领域采用泵喷推进器的仅有一艘 。 在冷战末期 , 苏联为了应对美国开始发展泵喷推进的核潜艇 , 开始在“基洛”级潜艇上试验泵喷推进技术 。 1990年 , 采用了泵喷推进的B-871常规潜艇服役 , 这是迄今为止唯一艘采用泵喷的常规潜艇(笔者所了解的) 。
这样我们难免有疑问:泵喷推进器所具有的推进效率高和辐射噪声低的优势 , 不正是常规潜艇的推进器所需要的吗?为何常规潜艇不去装备泵喷推进器呢?
舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
装备有泵喷推进器的B-871常规潜艇
为何常规潜艇不去装备泵喷推进器?关于这个问题 , 我们可能很容易联想到核动力潜艇和常规潜艇的水下航速差异 。 由于核动力装置在运转时不依赖空气 , 水下能源供给充足 , 所以核动力潜艇能在水下长时间的高速航行 。 核动力潜艇的水下航速普遍在25节以上 。 而常规动力潜艇水下能源供给有限 , 为了提高续航力往往采用经济航速航行 。 常规潜艇的水下经济航速往往不足5节 。 加之之前有一种主流观点认为 , 高速时泵喷推进器的效率高于螺旋桨 , 中低速时则低于螺旋桨 。
由于常规潜艇本身航速较低 , 推进器的噪声问题并不突出 , 加之泵喷推进器在低速时的效率低于螺旋桨 , 那么我们就容易得到这样一种结论:选用结构简单可靠、且低航速下性能更优异的7叶大侧斜桨更适合常规动力潜艇 。 也正因此 , 常规潜艇普遍不采用泵喷推进方式 。
舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
潜艇的7叶大侧斜桨
以上这个观点呢 , 曾是笔者认为正确的观点 , 且多次在文章中提及 。 然而笔者在最近的学习中发现:
近年来的研究表明 , 设计得当的泵喷推进器 , 在低航速下的推进效率也可以优于螺旋桨
这样的话 , 再用低航速时泵喷推进器的效率低于螺旋桨 , 来解释常规潜艇为何不去装备泵喷推进器 , 显然是不正确的
。 那么常规潜艇不装备泵喷推进器的真正原因到底是什么呢?舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?
文章图片
试验证明泵喷推进器在低航速下的推进效率也可以优于螺旋桨
在战术上 , 敌人为了防潜艇会设置防潜封锁区 。 为了使潜艇不能一次在水下通过封锁区 , 迫使其在中途浮起充电而暴露 , 防潜封锁区的纵深往往大于潜艇水下经济航速时的续航力 。 而潜艇航行时所需的推进功率与航速的三次方成正比;加之蓄电池具有放电电流越大 , 输出电能越少 , 放电电流越小 , 输出电能越接近电池容量的最大限额的特性 。
【舰船技术|泵喷推进器效率高、噪声低,常规动力潜艇为何不用?】因此 , 常规动力潜艇往往在水下通过降低航速航行的方式 , 来增加潜艇的续航力 , 从而突破敌人的防潜封锁区 。 潜艇在通过封锁区的航速一般在2~4节之间 , 考虑到洋流的影响 , 最好采用3~4节 。
(1节(kn)≈1.852千米/小时)


    推荐阅读