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比美国先进十几年不仅仅是无轴泵喷  

2017-06-09 09:17:48|  分类: 科技前沿 |  标签: |举报 |字号 订阅

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比美国先进十几年不仅仅是无轴泵喷

作者:刀口团队 / 刀口


“无轴泵喷”!这几天一个名词如雷贯耳名满天下,凡是热爱中国的,懂和不懂都在谈论这个“无轴泵喷”。

这里面有几个概念需要说明,首先是美国还没有“无轴泵喷”,美国既没有应用在核潜艇上,也没有应用在航母和水面舰艇上,但是中国有了这个“无轴泵喷”。第二,有了这个“无轴泵喷”,凡是懂点军事的首先就想到了中国的新一代核潜艇会不会用上,这个马伟明将军说的明明白白,已经应用在下一代核潜艇上

第三,“无轴泵喷”主要的优势是用在舰船和潜艇上,推力大而且噪音小,哪就不止只用在核潜艇上,比如专门反潜的驱逐舰和护卫舰还有其他舰艇都可以用上,让潜艇不知道危险的靠近,便于捕获潜艇。

第四,归结到战斗力上,“无轴泵喷”将大大提高中国海军的战斗力,这才是根本。比如核潜艇,核潜艇最大的劣势就是噪音大,而优势正好反过来,噪音越小越不容易被敌人发现,战斗力自然就越强,变劣势为优势的特征就是噪声越来越小,假如用上“无轴泵喷”,核潜艇就真的成了水下无声的杀手,任何敌人都会害怕。

这事儿说来容易,世界各大国为此几十年间花了亿万美元发展了几代,这几代(有说是三代有说是七代)都是以噪音水平分代的,但是现在谁都没有发展到“无轴泵喷”,但是中国已经用在下一代核潜艇上了,这对中国海军走向深蓝的意义,怎么说都不算大,简直是神奇的一跃。

核潜艇噪音每降低一个分贝,反潜方就要多花几倍甚至十几倍的钱研发和生产新装备来弥补被缩短的发现距离,有时候核潜艇的噪声水平甚至能影响一场战争的成败,所以各军事强国最怕对手在潜艇和核潜艇上噪音水平的进步,因为这是致命的。

举例说,克格勃从日本成功走私了一批高科技产品,大大降低了潜艇噪音,使美国海军难以追踪,这就是冷战时期著名的“东芝事件”,这件事气坏美国朝野。

60年代末,苏联情报机关在美国海军机要部门建立的间谍网不断获得美国核潜艇跟踪苏联潜艇的情报。苏联潜艇的噪音很大,美国海军在200海里以外就能侦测到,苏军如果不能及早消除潜艇噪音,不管建造多少潜艇,打起仗来,它们都逃脱不了“折戟沉沙”的命运。要消除潜艇噪音,必须制造出先进的螺旋桨,而这必须要有计算机控制的高精度机床才行。

高性能的机床是“巴黎统筹委员会”(由北约国家和日本等15国组成)严格限制的产品,该委员会明文规定,具有三轴以上的数控机床属战略物资,禁止向苏联、东欧等共产主义国家出口。为了改变本国潜艇面临的危险局面,苏共中央政治局指示,要不惜一切代价从西方国家获取精密加工方面的高新技术。

1979年底,苏联克格勃经过精心策划终于找到了机会。克格勃高级官员奥西波夫以全苏技术机械进口公司副总经理的身份,通过日本和光贸易股份公司驻莫斯科事务所所长熊谷独与日本伊藤忠商社、东芝公司和挪威康士堡公司接上了头。

在巨大的商业利益的诱惑下,东芝公司和康士堡公司同意向苏联提供四台MBP—11OS型九轴数控大型船用螺旋桨铣床,此项合同成交额达37亿日元。这种高约10米、宽22米、重250吨的铣床,可以精确地加工出巨大的螺旋桨,使潜艇推进器发出的噪音大大降低。

这四台精密机床顺利到达苏联并很快发挥作用。到1985年,苏联制造出的新型潜艇噪音仅相当于原来潜艇的10%,使美国海军只能在20海里以内才能侦测出来。1986年10月,一艘美国核潜艇因为没有侦测到它正在追踪的苏联潜艇的噪音而与苏联潜艇相撞。

虽然后来东芝事件东窗事发,东芝公司受到美国严厉的惩罚,但是苏联新型核潜艇巨大的威胁已经成不争的事实。

过去美国和西方经常嘲讽和揶揄中国的核潜艇噪声大,现在无轴泵喷在中国核潜艇上首先应用,而美国和西方迄今为止还没有在技术上突破,这对美国和西方等于乾坤颠倒,不啻是晴天霹雳,这比当年东芝事件后对美国和西方的震撼要大的多的多。

第五,也是本文着重要说的是,“无轴泵喷”如果没有一项技术做支撑就是无源之水,真正的英雄是以中压直流技术为代表的综合电力系统,记住笔者说的,“无轴泵喷”理论上和现实中,估计美、俄、英、法、德加加油多投入一点,搞搞也能搞出来。

但是它们谁也没有搞懂中压直流技术为代表的综合电力系统,如果搞不懂,工程实践上不能应用,“无轴泵喷”一点用也没有,说白了“无轴泵喷”没有中压直流技术为代表的综合电力系统做技术后盾,就是个渣,这个道理后面会说到。

不过,在说中压直流综合电力系统之前,还是要说说大明星“无轴泵喷”,目前,包括英国“机敏”级、“特拉法尔加”级、美国“海狼”级、“弗吉尼亚”级等多型西方核潜艇都已经采用了泵喷推进器。

但目前实际应用的潜艇泵喷推进器都属于机械式泵喷推进器,这一推进系统由于仍然依赖潜艇艇体内的驱动轴提供动力,并没有根本解决传统“螺旋桨-轴系-艇体”耦合振动有道的潜艇低谱噪声。为了进一步降低这一噪声,研制无轴泵喷推进器就成了相关的解决之道。

无轴泵喷推进器技术的核心

无轴泵喷推进器通俗的说,应该是在核潜艇后面那个类似飞机大涵道比发动机短舱的硕大“圆筒”内没有“转动”的轴了,否则怎么叫“无轴”泵喷推进器?至于什么原理,看遍能看到的各种资料都没有令人信服的解析。

我们在马伟明教授指指点点的那张图片里看到了展板旁边的无轴泵喷推进器的样机,可笑的是,所有媒体发表的文章里都对赫然出现在这台无轴泵喷推进器外面凸显的类似像根轴的装置视而不见。

笔者理解,这就是根“轴”,但是肯定不转动,不转动的主要原因是这根贯穿短舱的凸出物主要是在短舱内起到支撑作用的,至于里面是十字支撑结构还是米字支撑结构,就是绝密了,可以肯定的是这根凸出物肯定不转动的。

另外可以肯定的是这个圆筒形的短舱主要设计目的是产生“静压”,这就使流经圆筒内的水流产生的“动压”更大更有效,推力更大更柔和达到不产生噪音的目的。虽然目前已经在美国的海狼级和弗吉尼亚级上也有这个圆筒,但是这两级核潜艇的“有轴”泵喷推进器因为轴系和螺旋桨的转动仍然是有较大噪音的,所以转与不转就是技术的分野,效果完全不一样,否则谁造无轴泵喷推进器呢?

我们嘴里含一口水喷出去也用不着什么“轴”,也没有螺旋桨搅动,喷出去就靠的是嘴唇的静压和往外喷的动压,结合起来就喷出去了,这是最简单的“无轴泵喷推进器”(笑)。

有一种通俗简单的解释:

喷水推进是一种有别于螺旋桨推进的特殊船舶推进方式,其本身并不直接产生推力,而是利用喷水推进泵喷出水流的反作用力推动船舶前进,具有效率高、抗空化能力强、工作平稳、噪声低、主机不易过载、附体阻力小等优点.喷水推进装置广泛应用于高速舰船和安静型潜艇,以及重载荷大中型运输船和工作船、浅吃水内河船.喷水推进装置的主要过流部件包括进水流道和喷水推进泵(包含喷嘴),其中进水流道的流体动力性能直接影响推进泵进流场的均匀性和整体装置的推进性能.喷水推进器工作时,有7%~9%的功率损失在进水流道内,喷水推进器与船体的相互作用对推进效率的影响可达20%以上,而这一相互作用主要发生在进水流道的进水口附近。

“无轴泵喷推进器”还有几种技术实现形式,比如磁动机原理制造的泵喷推进器。

从目前的技术发展来看,可以概念设计出利用磁动机技术制造的潜艇推进器。

这就是潜艇磁动机泵喷推进器。

这个推进器,其实相当于将潜艇里面的动力主机也整合到推进器里面。利用人造磁场的变化形成压差产生动力或者说反作用力,推动核潜艇向前进。

重要的是,它是真正无轴芯,无接触,磁悬浮直接推进的。更加没有齿轮箱、离合器之类的机械设备。噪音明显比有轴心推进的泵喷推进器要低得多。

更重要的是,它功率大,效果好,制造成本相对还非常的低。

当然,马伟明将军研发的“无轴泵喷推进器”究竟是上面的哪一种我们肯定没必要去猜了,总之是极为先进的技术,我们知道就行了,百分百的超过美国那个目前还有轴的泵喷推进器十几年。

这几天看了许多网友自己制作的想象中的无轴泵喷推进器的图,都有一个共同的特点,就是怎么画里面还是有个螺旋桨,有螺旋桨必然就有轴,画来画去还是有轴,那就不是无轴泵喷推进器。

领先就要领先美国,“无轴泵喷推进器”不算什么,真正厉害的是中压直流综合电力系统!

比起中压直流综合电力系统,无轴泵喷推进器只能算技术级别的,比起动力革命只能算是革命中的一朵浪花。

综合电力系统是舰船动力从人力、风力到蒸汽动力再到核动力之后的第三次革命,欧美海军强国在本世纪初实现了中压交流综合电力系统的工程应用。面对落后局面,马伟明摒弃了跟踪模仿的方式,在国际上率先提出并研制成功中压直流综合电力系统,技术水平领先国外十年以上。一步实现了我国舰船动力从落后到引领的跨越。

综合电力系统除了应用于航母,还能让众多高能武器上舰成为可能,更能使中国新一代核潜艇超越美国,从而使中国多款核心海军装备实现对美国和西方的弯道超车。

被誉为“中国电磁弹射之父”的马伟明院士接受《环球时报》记者独家专访时这样表示

另外谈到中国的综合电力,我们全电(推进系统)是处于世界领先的位置。我们(技术)是中压直流,一步到位。美国目前是中压交流,还处于第一代水平,差我们一代。(他们目前)才开始做预研中压直流,要赶上我们是十几年以后的事情。(一项技术)领先不领先,先进不先进不是自己说的,需要世界同行评价,标准是客观存在的。

领先就要领先美国!

马伟明将军的这句话,真有“中国军工一声吼,地球也要抖三抖”的自豪和豪迈!

在2017年5月30日的央视《焦点访谈》栏目中,马伟明院士介绍说:在有了这两个技术(的基础上),是我们团队在世界上第一个领先项目。领先就(要)领先美国,美国也是沿着这条路线走的。这是下一代核潜艇(技术),现在已经在应用了。

过去有人形容美国技术先进,常常用甩其他国家几条街来形容,马伟明将军的这句话给我们展现了无比广阔的灿烂前景,以后等着甩美国几条街了。

我们回过头来再看无轴泵喷推进器,不过是应用在马伟明教授将军开创的中压直流综合电力系统中的其中的一个具体的应用技术。

实际上围绕着这个引领世界舰船动力革命的中压直流综合电力系统还有很多灿烂璀璨的成果,比如航母上的电磁弹射器和电磁阻拦着舰器、高能武器如激光炮、电磁轨道炮、电磁脉冲炮等高能射线武器,都能在中压直流综合电力系统引领下得到实现,据说将来还能直接用于发射卫星,火箭都省了,比马斯克的回收火箭还要省钱,马斯克算个屁!还有什么世界上最大的双体飞机发射卫星,都省省吧。

中压直流综合电力系统到底先进在哪里?

沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春,用这句诗来形容中国的中压直流综合电力系统赶超美国和西方的中压交流综合电力系统是最恰当不过的比喻了。

笔者要从浩如烟海的文献中找出恰当的表述就有点自不量力了,我们只能从世界各国运用综合电力系统的现象中逆推中压直流综合电力系统技术先进性在哪里。

马伟明将军在京举行的“2014 IEEE亚太交通电气化大会暨展览会”上,中国工程院院士马伟明如是说。

在国外,船舶综合电力系统首先应用于军事领域。“美、英等西方发达国家自上世纪80年代开始进行综合电力系统研究,近年来已经实现中压交流综合电力系统的工程应用。”马伟明介绍说,2009年7月服役的英国45型驱逐舰,是世界上首艘采用中压交流综合电力系统的水面主战舰艇。此外,英国CVF航母、美国DDG1000驱逐舰、法国“西北风”级两栖攻击舰等均采用了中压交流综合电力系统。

第一代综合电力系统技术成熟,但存在设备体积和重量偏大、系统效率偏低、供电连续性不高等缺点;第二代综合电力系统采用中压直流电制,突破了系统频率限制,降低了对原动机调速特性的要求,大幅减小了设备体积和重量,提高了系统效率和供电连续性。

太多的就不说了,我们只从美国和西方各国海军应用中压交流综合电力系统近几年出现的问题说起。英国45型驱逐舰,是世界上首艘采用中压交流综合电力系统的水面主战舰艇。此外,英国CVF航母、美国DDG1000驱逐舰都应用了中压交流综合电力系统,但是近几年不断被各种用电事故所困扰。

英国现役最先进、造价最高的6艘45型导弹驱逐舰,一直被视为英国海军的“门面担当”。但眼下,这6艘军舰因故障频发不得不面临“开膛换心”的窘境。英国国防部29日表示,现役的6艘45型导弹驱逐舰将从侧翼切割开船体并重新换装新型发动机。

2002年,英国国防部与英国宇航公司(BAE)签署协议,建造6艘45型驱逐舰,分别命名为“勇敢”号、“不屈”号、“钻石”号、“龙”号、“防卫者”号和“邓肯”号。这批军舰每艘造价约10亿英镑,是英国造价最高、性能最先进的导弹驱逐舰。

2009年,第一艘45型驱逐舰“勇敢”号下水服役,但在跨越大西洋访问美国东岸的“处女航”中途失去动力。2014年,“不屈”号在一次演习中突然失去动力。

自主研制的最新型战舰故障频发,令英国海军颜面尽失。英国国防部表示,由于近年来不断发生发动机和动力系统事故,现役6艘45型导弹驱逐舰均在未来数年内将逐一换装新型发动机,以改善战舰的可靠性。

其实号称世界上首艘全电舰艇的英国45型驱逐舰要换发动机是假,中压交流综合电力系统出现大问题才是真。无独有偶,美国号称世界上最先进的隐身驱逐舰DDG1000朱姆沃尔特从试航到现在就没有几天舒服日子过,大小毛病百出,最后美国国会以造价太昂贵为由取消了DDG1000庞大的建造计划,只造三艘,绝不再造。

其他的我们就不一一赘述了,比如美国最新型的福特级航母,试航之路无比艰难,问题就出在美国率先发明的电磁弹射器和电磁阻拦着舰器上,这就是玩电玩砸了,没别的原因。

折戟沉沙苦无出路与另辟蹊径大获成功

实话实说,美国是舰船综合电力系统的开创者,早在上世纪60年代美国就率先在舰船(主要是核潜艇)上运用了综合电力系统,美国的“白鱼”号核潜艇是世界上第一个使用“反应堆--汽轮机--电力推进”具有综合电力系统雏形的核潜艇,但是因为排水量小(两千吨多一点),特别是航速太慢(水下最高航速15节),只能作为一艘试验艇没有被大量采用。

美国人不死心,因为采用“反应堆--汽轮机--电力推进”模式的核潜艇静音水平的确高,在美国核潜艇之父海曼.里科弗的极力倡导下(争论极其激烈),美国又研发了SSN-685“格莱纳德。利普斯科姆”号攻击型核潜艇,特别要指出的是这是美国在核潜艇上第一次使用直流电机。

海曼·里科弗认为,这种新型的核潜艇应该既具有“鲟鱼”级核潜艇性能,又采用汽轮机--电力推进方式。但是,在这种新型核潜艇上如果仍然采用“白鱼”号核潜艇上那样的直流电机的话,那么装备在新型核潜艇上的直流电机的尺寸将是核潜艇主尺度根本无法接受的。

如果采用具有相同功率的交流电机,则可以大幅度减小电机的尺寸,并且在设计方面存在的问题也比较少。不过,交流电机和汽轮发电机组如果要满足核潜艇的推进要求,就必须要增设变流机组等许多额外的设备。这样,为了避免核潜艇推进系统过于复杂,美国海军最终决定采用直流电机推进;但是,美国国防部办公室认为这种汽轮机—电力推进式核潜艇造价过高,不适于批量建造。

说白了,造价过高是假,美国那个年代不缺钱,真正的原因是在中压直流综合电力系统上没有实质性的突破。

核潜艇用直流电机的优势是明摆着的,当核潜艇的反应堆在停堆的情况下,直流电机可以利用艇上的蓄电池进行稳定的工作,而交流电机和汽轮发电机组如果要满足核潜艇的推进要求,就必须要增设变流机组等许多额外的设备,以便将交流转换为直流,这样不仅增加了相关电气设备的数量,也增加了电力推进的复杂性,以及核潜艇设计与制造的难度。

还有一个难言之隐是交流电力综合系统最大的问题是,一旦一个分系统出现故障会极大的影响全系统的稳定,这在后来几十年后的英国45级驱逐舰和美国的DDG1000隐身驱逐舰上再次表现出来,讲真,就是武器的整个系统不可靠了,那么再好的武器也是零效率。

所以,美国这两种试验型核潜艇最后都没有被大量建造,实际上就是许多颠覆性质的问题没解决最后只能落得个“折戟沉沙苦无出路”的结局,更说明问题的是,之后被美国吹为水下神器的“洛杉矶级”,吹的最响的“海狼级”还有降价减配置的“弗吉尼亚级”这些后三代核潜艇的研发和建造又都回到老路上继续采用带有减速齿轮装置的汽轮机推进方式,所谓的超静音和静音只能在研制各种减振浮筏和处理反应堆一回路主泵上打主意了,但是综合电力系统的根本问题没有解决,这些努力只能是治标不治本。

病树前头万木春,马伟明研发的中压直流综合电力系统领先美国何止十几年,从美国在中压直流综合电力系统停步不前算起,足足领先了美国半个世纪!

小荷才露尖尖角的093B预示着中国新一代核潜艇将全面领先世界

前面文中已经介绍过,马伟明院士介绍说:在有了这两个技术(的基础上),是我们团队在世界上第一个领先项目。领先就(要)领先美国,美国也是沿着这条路线走的。这是下一代核潜艇(技术),现在已经在应用了。

很显然,马伟明说中国的下一代核潜艇已经应用了中压直流综合电力系统,这肯定成了板上钉钉的事儿。

种种迹象表明,神奇的中压直流综合电力系统已经全面开花,比如石破天惊的万吨级055全电驱逐舰的建造,兴城中国海军舰载机训练基地展示的两条气势恢宏的电磁弹射器,还有西北望射天狼的高能射线武器,将来的002\003航母的建造,不就的将来都会一一展现在我们面前,这是一个多么壮丽灿烂的前景啊!

最后再提示一点,对于中压直流综合电力系统的应用,我们目前能直接看的比较清楚的成果就是网上所说的093B,有关093B笔者已经多次介绍。我们从外观上看,093B采用了加长水滴型线性(外形),更加追求静音效果圆滑过渡型的围壳,适应静音高航速围壳前的补角,这都说明093B是一种远比093航速高的多的新型核潜艇。

最需要提醒注意的是,093B围壳后出现的小龟背,预示着093B艇内在运用了中压直流综合电力系统后,正如马伟明将军说的突破了系统频率限制,降低了对原动机调速特性的要求,大幅减小了设备体积和重量,提高了系统效率和供电连续性。

093B围壳后的小龟背下面就是大幅减小了设备体积和重量的表现,能在093原来紧凑的基础上腾出来如此大的空间,大幅减小了设备体积和重量,只有具备了中压直流综合电力系统的特征才会出现。

从093B建造的时间节点上看,093B正是下一代核潜艇将采用中压直流综合电力系统前的一艘试验艇,可以肯定的是093B已经装上了马伟明将军研制出的世界上第一台交直流发电机系统,中国核潜艇真正拥有了具有完全自主知识产权的“中国心”!

笔者预测马伟明将军团队研发的中压直流综合电力系统成果,选取实际应用的其中两项描绘一下这项伟大功绩。

新一代核潜艇:

新一代反应堆,两台汽轮机带动两台交直流发电机系统发电,两台25000千瓦电动机并联推进器,单台无轴泵喷推进器推进,两台辅助电动机应急和辅助推进。高速静音22节(海里)\小时,最高航速35节(海里)\小时。

055大型驱逐舰:

QC280ICR燃气轮机,四台25000千瓦电动推进器(合计13.8万马力),双轴。巡航航速20海里\小时,最高航速33海里\小时。

其他如:航母上的电磁弹射器和电磁阻拦着舰器、高能武器如激光炮、电磁轨道炮、电磁脉冲炮等高能射线武器,等等我们还不知道的成果这里就不再妄加猜测了,肯定还有许多想象不到的,这些石破天惊的成果还会在未来不断的闪亮登场,不断为强大的人民军队如虎添翼!

展望中压直流综合电力系统技术衍生出来的如此伟大的众多成果,我们衷心的说:

厉害了,我的国!

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