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

來(lái)源：威話國(guó)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(wú)聲殺手”。所以噪音是衡量一艘核潛艇是否先進(jìn)的一個(gè)主要指標(biāo)，一直以來(lái)，為了降低噪音的影響，許多國(guó)家都投入了大量的資金和精力去研究。例如，美國(guó)在早期設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了噪音問(wèn)題，首次在一艘弗吉尼亞級(jí)核潛艇上安裝了振動(dòng)減振裝置，采用了先進(jìn)的隔音材料。

但是這也是治標(biāo)不治本，所以現(xiàn)階段世界各國(guó)都在致力于對(duì)噪音源進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。而提起噪音。無(wú)外乎潛艇的推進(jìn)裝置是潛艇上的一個(gè)主要噪聲源。潛艇用推進(jìn)螺旋槳在運(yùn)行時(shí)，由于葉片振動(dòng)和氣泡的存在，會(huì)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(shè)法降低潛艇推進(jìn)推進(jìn)器的工作噪聲。方法之一是為潛水艇裝備一個(gè)大的七葉斜面螺旋槳。潛水艇是否使用了七葉大側(cè)傾推進(jìn)器曾經(jīng)是潛水艇是否先進(jìn)的標(biāo)志。七葉大側(cè)斜推進(jìn)器，是一種噪音小的推進(jìn)器。

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

第一個(gè)在潛水艇上使用泵噴射推進(jìn)的國(guó)家是英國(guó)。跟隨英國(guó)的腳步，美國(guó)人還為自己的核潛艇研制了噴射推進(jìn)裝置。現(xiàn)在，英國(guó)的“特拉法爾加級(jí)”“靈敏級(jí)”和美國(guó)的“海狼級(jí)”“弗吉尼亞級(jí)”等先進(jìn)攻擊型核潛艇，都使用泵噴射推進(jìn)。新一代美國(guó)戰(zhàn)略導(dǎo)彈“哥倫比亞級(jí)”核潛艇也明確表示將采用泵噴射推進(jìn)器。由于受到時(shí)代和技術(shù)的限制，到目前為止，歐美各國(guó)所有先進(jìn)核潛艇所使用的“泵噴推進(jìn)器”，都是“有軸泵推進(jìn)器”。

對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，雖然在核潛艇的建設(shè)上起步較晚，但后勁十足，此前在馬偉明院士領(lǐng)導(dǎo)的科研隊(duì)伍下，我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)軸泵推技術(shù)的全面突破。一舉領(lǐng)先全世界。并做后續(xù)的升級(jí)完善。第二代船用綜合動(dòng)力系統(tǒng)—中壓直流船用綜合動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)完成研制，這是一項(xiàng)領(lǐng)先于歐美一代的先進(jìn)技術(shù)。

我國(guó)研究開(kāi)發(fā)了核潛艇推進(jìn)裝置，取得了領(lǐng)先美國(guó)的技術(shù)成果。而在此前，馬偉明院士再接再厲，在無(wú)軸泵推技術(shù)下再獲突破。那就是3D打印無(wú)軸泵推技術(shù)。（無(wú)軸泵推技術(shù)能有效降低噪聲10%-15%）

首先，我們了解下無(wú)軸泵推技術(shù)，事實(shí)上無(wú)軸泵推技術(shù)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(shuō)，無(wú)軸泵推技術(shù)有望用于國(guó)產(chǎn)潛艇。對(duì)于下一代核潛艇的型號(hào)，多數(shù)外界認(rèn)為是095或096型。次年，央視曝光的一則新聞透露，中國(guó)海軍已接收一批新型核潛艇。據(jù)悉，該核潛艇將采用無(wú)軸泵推技術(shù)，并配備新一代綜合電力系統(tǒng)，預(yù)計(jì)該新型核潛艇將使中國(guó)與美俄之間的技術(shù)差距在15年內(nèi)縮小。

無(wú)軸泵推技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的一種泵推技術(shù)，它將傳統(tǒng)的螺旋槳和機(jī)械泵推的軸系驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變成了電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。一般情況下，傳統(tǒng)的核潛艇主要依靠蒸汽裝置的機(jī)械動(dòng)能推動(dòng)反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)，推動(dòng)槳葉開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而向海水提供反推力，因此潛艇便開(kāi)始前進(jìn)。

但在此過(guò)程中，槳葉軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大噪聲。與之相比，無(wú)軸泵推技術(shù)取消了這個(gè)軸向，核反應(yīng)堆產(chǎn)生的電能將直接流向潛艇尾部的葉片，全過(guò)程采用電驅(qū)動(dòng)模式，水下行走時(shí)聲音會(huì)大大降低。

與傳統(tǒng)的有軸泵推結(jié)構(gòu)相比，無(wú)軸泵推技術(shù)在三個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)。第一，有軸泵推裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，總會(huì)引起各種裝置的機(jī)械摩擦和震動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲，這種噪聲是難以避免的，無(wú)軸泵推技術(shù)是利用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，取消了傳動(dòng)軸這類裝置，因此產(chǎn)生的噪聲較小。

我國(guó)核潛艇一列裝無(wú)軸泵推葉片

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

二是無(wú)軸推泵的機(jī)械效率更高。常規(guī)有軸泵推結(jié)構(gòu)的機(jī)械效率保持在50%左右，有些先進(jìn)的潛水艇大約維持在70%，這也只是主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的效率，如果熱效率更一般的話。與之相比，無(wú)軸泵推的起始效率約為80%，而且這個(gè)效率還有空間，與半導(dǎo)體技術(shù)相比。此外，無(wú)軸泵推技術(shù)的動(dòng)力源是位于泵內(nèi)的電機(jī)，所占空間較小，密封效果較好，不像有軸泵推裝置采用傳動(dòng)軸來(lái)輸出動(dòng)力，在傳動(dòng)開(kāi)始和輸出動(dòng)能之間需要經(jīng)過(guò)許多不必要的空間，容易造成水密問(wèn)題。

盡管如此，這類泵推系統(tǒng)對(duì)技術(shù)要求很高，不僅需要電力系統(tǒng)的支持，而且對(duì)電機(jī)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(guó)就曾提出過(guò)這種技術(shù)，但后來(lái)卻沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)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(xiàng)技術(shù)，而且還有一些潛艇將在實(shí)際中使用這個(gè)系統(tǒng)，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我們的技術(shù)已經(jīng)是世界一流的了。盡管如此，該技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間，在廣泛應(yīng)用前，仍需進(jìn)行多次試驗(yàn)。

而且在此之前，好消息傳來(lái)，馬偉明院士所研究的無(wú)軸泵推技術(shù)又有了新突破。據(jù)介紹，在馬偉明團(tuán)隊(duì)的技術(shù)支持下，成功在武漢有一家公司成功開(kāi)發(fā)出了一種新的3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸泵推技術(shù)在制造中的應(yīng)用，泵推葉片等較為精密的零件都可以依靠3D打印技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。以往，這些零件大多依賴機(jī)床制造，研制出來(lái)的成品總是有問(wèn)題，而現(xiàn)在有了3D打印技術(shù)的幫助，這個(gè)問(wèn)題就能得到解決，這也說(shuō)明無(wú)軸泵推技術(shù)很可能會(huì)應(yīng)用于下一代核潛艇。

而且實(shí)際上這種技術(shù)在以前的潛水艇中也有使用，但可能是試驗(yàn)性的，將來(lái)的下一代攻擊性核潛艇將真正裝備成熟的無(wú)軸推進(jìn)技術(shù)，至于大黑魚的型號(hào)，大家應(yīng)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(jī)實(shí)現(xiàn)鑄造與鍛造的一體化，避免了傳統(tǒng)機(jī)床的精度問(wèn)題，同時(shí)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(yīng)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(shuō)，近些年來(lái)海上裝備確實(shí)發(fā)展得很快，感謝馬偉明教授，感謝那些為國(guó)產(chǎn)武器默默奉獻(xiàn)的普通科技工作者。