中國工程院馬偉明院士無軸泵推技術接連三大突破！3D打印加持，潛艇噪音直降15%

來源：威話國際

核潛艇是現(xiàn)階段最具威懾的海軍力量。被大眾稱之為“無聲殺手”。所以噪音是衡量一艘核潛艇是否先進的一個主要指標，一直以來，為了降低噪音的影響，許多國家都投入了大量的資金和精力去研究。例如，美國在早期設計時就考慮到了噪音問題，首次在一艘弗吉尼亞級核潛艇上安裝了振動減振裝置，采用了先進的隔音材料。

但是這也是治標不治本，所以現(xiàn)階段世界各國都在致力于對噪音源進行技術攻關。而提起噪音。無外乎潛艇的推進裝置是潛艇上的一個主要噪聲源。潛艇用推進螺旋槳在運行時，由于葉片振動和氣泡的存在，會產(chǎn)生很大的噪聲。

這類噪音輻射到海水后，很容易被敵人的反潛聲吶捕獲。人們想方設法降低潛艇推進推進器的工作噪聲。方法之一是為潛水艇裝備一個大的七葉斜面螺旋槳。潛水艇是否使用了七葉大側傾推進器曾經(jīng)是潛水艇是否先進的標志。七葉大側斜推進器，是一種噪音小的推進器。

但是，七葉大側傾推進器并非一個完美的推進裝置。通過反復試驗，科學家和工程師發(fā)現(xiàn)，如果在螺旋槳外罩上隔音隔振的導流罩，就可以進一步降低螺旋槳的工作噪音。經(jīng)過不斷的研究和探索，科學家和工程師發(fā)明了一種潛艇推進裝置，這種裝置比螺旋槳推進器還先進，它是一個泵噴射推進器。泵噴式推進器與傳統(tǒng)的推進器相比，其外觀上最大的特點在于其推進槳葉，包在一個環(huán)形導流罩中。

第一個在潛水艇上使用泵噴射推進的國家是英國。跟隨英國的腳步，美國人還為自己的核潛艇研制了噴射推進裝置�，F(xiàn)在，英國的“特拉法爾加級”“靈敏級”和美國的“海狼級”“弗吉尼亞級”等先進攻擊型核潛艇，都使用泵噴射推進。新一代美國戰(zhàn)略導彈“哥倫比亞級”核潛艇也明確表示將采用泵噴射推進器。由于受到時代和技術的限制，到目前為止，歐美各國所有先進核潛艇所使用的“泵噴推進器”，都是“有軸泵推進器”。

對我國來說，雖然在核潛艇的建設上起步較晚，但后勁十足，此前在馬偉明院士領導的科研隊伍下，我國首次實現(xiàn)對無軸泵推技術的全面突破。一舉領先全世界。并做后續(xù)的升級完善。第二代船用綜合動力系統(tǒng)—中壓直流船用綜合動力系統(tǒng)已經(jīng)完成研制，這是一項領先于歐美一代的先進技術。

我國研究開發(fā)了核潛艇推進裝置，取得了領先美國的技術成果。而在此前，馬偉明院士再接再厲，在無軸泵推技術下再獲突破。那就是3D打印無軸泵推技術。（無軸泵推技術能有效降低噪聲10%-15%）

首先，我們了解下無軸泵推技術，事實上無軸泵推技術早在2017年央視的一期節(jié)目中就已提及。在一次采訪中，馬院士說，無軸泵推技術有望用于國產(chǎn)潛艇。對于下一代核潛艇的型號，多數(shù)外界認為是095或096型。次年，央視曝光的一則新聞透露，中國海軍已接收一批新型核潛艇。據(jù)悉，該核潛艇將采用無軸泵推技術，并配備新一代綜合電力系統(tǒng)，預計該新型核潛艇將使中國與美俄之間的技術差距在15年內縮小。

無軸泵推技術是目前國內最先進的一種泵推技術，它將傳統(tǒng)的螺旋槳和機械泵推的軸系驅動方式轉變成了電動驅動方式。一般情況下，傳統(tǒng)的核潛艇主要依靠蒸汽裝置的機械動能推動反應堆運轉，推動槳葉開始轉動，進而向海水提供反推力，因此潛艇便開始前進。

但在此過程中，槳葉軸在轉動時會產(chǎn)生較大噪聲。與之相比，無軸泵推技術取消了這個軸向，核反應堆產(chǎn)生的電能將直接流向潛艇尾部的葉片，全過程采用電驅動模式，水下行走時聲音會大大降低。

與傳統(tǒng)的有軸泵推結構相比，無軸泵推技術在三個方面具有優(yōu)勢。第一，有軸泵推裝置在轉動過程中，總會引起各種裝置的機械摩擦和震動，從而產(chǎn)生噪聲，這種噪聲是難以避免的，無軸泵推技術是利用電動機作為動力，取消了傳動軸這類裝置，因此產(chǎn)生的噪聲較小。

我國核潛艇一列裝無軸泵推葉片

加之再采用一些外部消音設備，核潛艇航行時的噪聲便再降新低。再加上此前突破的3D打印技術對材料加工的優(yōu)化作用。據(jù)保守估計，無軸泵推技術能有效降低噪聲10%-15%，若以國內潛艇此前平均110分貝的噪聲計算，在降低到90分貝后，背景噪聲已接近深海，要用聲吶技術探測已很困難，堪稱真正的海洋黑洞。

二是無軸推泵的機械效率更高。常規(guī)有軸泵推結構的機械效率保持在50%左右，有些先進的潛水艇大約維持在70%，這也只是主軸轉動時的效率，如果熱效率更一般的話。與之相比，無軸泵推的起始效率約為80%，而且這個效率還有空間，與半導體技術相比。此外，無軸泵推技術的動力源是位于泵內的電機，所占空間較小，密封效果較好，不像有軸泵推裝置采用傳動軸來輸出動力，在傳動開始和輸出動能之間需要經(jīng)過許多不必要的空間，容易造成水密問題。

盡管如此，這類泵推系統(tǒng)對技術要求很高，不僅需要電力系統(tǒng)的支持，而且對電機裝置也有一定的要求，其中最重要的是電力的持續(xù)性。幾年前，美國就曾提出過這種技術，但后來卻沒有什么實質性的消息傳出。今天，我們的馬院士和其他一些專家正在展示這項技術，而且還有一些潛艇將在實際中使用這個系統(tǒng)，從這個角度來說，我們的技術已經(jīng)是世界一流的了。盡管如此，該技術仍有很大的發(fā)展空間，在廣泛應用前，仍需進行多次試驗。

而且在此之前，好消息傳來，馬偉明院士所研究的無軸泵推技術又有了新突破。據(jù)介紹，在馬偉明團隊的技術支持下，成功在武漢有一家公司成功開發(fā)出了一種新的3D打印技術，實現(xiàn)了無軸泵推技術在制造中的應用，泵推葉片等較為精密的零件都可以依靠3D打印技術來生產(chǎn)。以往，這些零件大多依賴機床制造，研制出來的成品總是有問題，而現(xiàn)在有了3D打印技術的幫助，這個問題就能得到解決，這也說明無軸泵推技術很可能會應用于下一代核潛艇。

而且實際上這種技術在以前的潛水艇中也有使用，但可能是試驗性的，將來的下一代攻擊性核潛艇將真正裝備成熟的無軸推進技術，至于大黑魚的型號，大家應該心知肚明。

此外這家武漢公司使用的“智能微縮精密鑄鍛”3D打印，利用3D打印機實現(xiàn)鑄造與鍛造的一體化，避免了傳統(tǒng)機床的精度問題，同時也縮短了工期，這樣的企業(yè)建議多使用一些。為何這家公司在武漢，大家應該知道719有幾家大型海上救生中心吧，很多常規(guī)潛艇也是在武漢制造的。必須說，近些年來海上裝備確實發(fā)展得很快，感謝馬偉明教授，感謝那些為國產(chǎn)武器默默奉獻的普通科技工作者。