目前世界上的潜艇一共有三种动力系统，第一种就是传统的驱动轴带动螺旋桨推进，一般来说螺旋桨叶片越多，噪音越小，动力越强，现代最先进的螺旋桨也只能发展到七叶片，当年苏联为了制造七叶大侧斜桨从日本东芝进口精密数控机床，就曾经引起了轩然大波，螺旋桨推进虽然制造简单，但是缺点也很明显，那就是噪音太大而且推进效率不高。

　　对比传统螺旋桨，有轴泵喷推进虽然减少了部分噪音，但是本质上并没有什么区别，可以说这只是一种过渡性的技术方案，所以从21世纪开始，以美国为首，各军事大国纷纷开始研制划时代的无轴泵喷推进器。所谓无轴泵喷推进就是取消了传统驱动轴，将螺旋桨叶片安装在环状导管（罩子）内侧，将动力装置集成在潜艇外部的环状导管内部，由电机带动整个环状导管内部桨叶一起旋转，从根本上杜绝了驱动轴这个最大潜艇的噪音源。

　　那么无轴泵推有什么优势呢？

　　第一、根据试验数据，同等体积的无轴泵推和传统的七叶大侧斜桨相比，推进效率高出20%左右，但是整体噪音却要小15分贝以上，对于以噪音大小判断先进程度的潜艇来说，这简直就是划时代的进步。

　　第二、无轴泵推将电机集成在潜艇外部的环形导管（罩子）内部，有效节省了潜艇内部空间，不仅能够让潜艇装载更多的导弹鱼雷，还能改善艇员的生活环境，而这些都是战斗力！

　　潜艇是“大洋黑洞”，其绝佳的隐蔽性让敌人不寒而栗。一艘潜艇的噪声水平是重要的指标之一。噪声主要来源于三方面：螺旋桨噪声、水动力噪声、机械噪声。

　　为了降低嗓声，工程师们想尽了各种办法。螺旋桨从五叶升级到七叶大侧斜，噪声明显降低。

　　再给它加上环状导管，屏蔽螺旋桨噪声，用定子改善进流，就成了泵喷推进系统。

　　1979年，英国率先在“特拉法尔加”级核潜艇上使用泵喷推进器，随后美苏也在“海狼”级、“弗吉尼亚”级、“北风之神”级等核潜艇上使用。它被列为绝密技术，用罩子严严实实的包裹起来。

　　其实泵喷推进系统是传统主机-传动装置-轴系-螺旋桨推进方式的衍生版，仍然用传动轴系传导动力，一头连着主机，一头连着螺旋桨。

　　有轴系就无法解决与艇身、螺旋桨之间的机械耦合噪声，另外，减速器、离合器等也是噪声重要来源之一。虽然减震浮筏、消声瓦抑制噪声效果显著，但这条路已经走到了尽头。要想继续降低噪声，必须寻找全新方案。

　　这时，一种全新的“无轴泵喷推进系统”（无轴轮缘推进系统）走进视野，对潜艇设计产生革命性影响。它的外观和有轴泵喷推进器差不多，但内涵截然不同，它把轴系淘汰了！这可是核心部件啊。

　　环状电机是动力来源，其定子固定在环状导管上，内环的动子与螺旋桨合成一体。通电后，动子带动螺旋桨旋转，驱动舰艇前进。

　　这种设计实在巧妙，好处多多：

　　1、螺旋桨损伤降低，空泡减少。

　　传统螺旋桨切割海水速度最快的桨尖，恰恰是最薄弱的，在海水反作用下损伤很大。而无轴泵喷模式里，切割海水速度最快的部位变成了桨根，是最厚最结实的地方。螺旋桨损伤大大降低，还抑制了空泡产生。没有螺旋桨轴，也降低了渔网缠绕风险。

　　2、噪声低，省空间。

　　舰艇轴系长达几十米甚至上百米，占用空间大，噪声大。无轴泵推没有轴系，从根本上消除了传动噪声，使潜艇进入新境界，比“大洋黑洞”更安静。轴系占据的大块空间，也能安装其他设备，利用率大大提高。

　　3、推进效率高。

　　传统推进系统，动力从主机经传动系统、轴系层层传递到螺旋桨，能量损失大，机械效率在50%~70%左右。无轴泵推用电动机直接带螺旋桨，机械效率高达80%以上，随着系统优化还会越来越高。

　　4、密封性好。

　　传统螺旋桨轴与艇体之间的密封很复杂。而无轴泵推用电缆传输电力和信号，各传感器采集的数据也由电缆回传，再不用为复杂的密封烦恼了。

　　5、布置灵活，机动性高。

　　无轴泵推不受轴系限制，布置方式灵活。可以布置在艇尾，也可以布置在艇身两侧，还可以多个推进器同时使用，为潜艇未来的超机动性奠定了基础。和风漫谈原创，禁止抄袭。

　　当然，无轴泵喷推进系统也有困难要克服：

　　1、消耗电力多，电机运转要精确控制，需要综合电力控制系统对全艇电能进行精确、高效的分配。

　　2、目前功率还不够大，推动大型舰艇方面还需要进一步提升。

　　3、受到环形导管限制，电动机体积不能太大，又要提升动力，非常考验设计和制造水平。

　　4、海水从电机转子、定子间流过，带走热量提供冷却。定子、转子要用特殊材料的外壳包裹，以抵御海水侵蚀。

　　无轴泵推系统的科技水平非常高，将使潜艇战斗力提高一大截。那如此先进的黑科技，是不是美国水平最高呢？不，在这个世界上美国还真不是处处领先。虽然其国防部从2004年就制定了Tango Bravo项目，研究无轴泵推技术，但并无确切成果产出。

　　事实上，在这个领域我们才是世界领先！

　　前段时间，我国著名科学家、中国工程院马伟明院士带领团队攻克了中压直流综合电力技术，带动了我国无轴泵推、电磁弹射、电磁炮等一系列先进技术迅速发展，为下一代潜艇和舰艇发展打开了广阔空间。

　　这是无数军工人日夜奋斗的结果，他们的无私奉献让国防事业更强大，向他们致敬！

　　和风漫谈原创文字，欢迎关注，图片来自网络，侵删。一起了解有趣的知识。

　　近期，我国海军宣布新一代无轴泵喷推进系统已经完成了研发，并且已经要在新一代核动力潜艇上应用了，虽然我们无法预知是哪艘核潜艇先用了这个泵喷推进，但是我们大致可以了解到，无轴泵喷推进系统是我国海军的创新发明，他比目前世界上所有的泵喷推进系统都要更先进。

　　图为无轴泵喷系统的示意图，可见其转子叶片固定在外罩内侧。

　　潜艇的泵喷推进系统是在潜艇的推进螺旋桨上外套上一个涵道，这样可以提高潜艇的推进效率，也能够提高潜艇的隐身性能，降低潜艇的噪音，毕竟潜艇上最大的噪音来源中，螺旋桨噪音是最难处理的，既然最难处理，那就干脆把他罩起来，这样就可以完全的隔绝噪音了。此外，潜艇的泵喷推进系统目前国际上都是有轴泵喷，也就是转子固定在潜艇的推进轴上。

　　图为美国海军弗吉尼亚级核潜艇上的泵喷推进器。

　　泵喷推进系统可以分为转子、定子和外罩三个部分，这三个部分分别发挥不同的作用，转子会转动，用来产生推力，说白了，就是潜艇的螺旋桨，只不过是套在外罩里面的螺旋桨。定子则是对水流进行整理的，定子是不会转动的部分，在世界上，把目前的有轴泵喷推进器分为前置定子和后置定子两个部分，目前大都是前置定子，这样定子可以预先对水流进行预先旋转整理，转子转动时波动的水流就会较小，噪音比较低。

　　图为俄罗斯海军在一艘基洛级潜艇上装备的后置定子泵喷推进器。

　　后置定子则是转子在前，这样泵喷推进的功率会比较高。目前，俄罗斯使用后置定子，美国使用前置定子多。俄罗斯之所以使用后置定子，是因为俄罗斯海军对潜艇的动力和机动性的要求更高，俄罗斯认为潜艇的有效作战能力，机动性大于隐身性，而美国海军则相反，他们认为潜艇的安静度是第一，潜艇的速度和功率再其次，目前孰优孰劣还未可知。

　　图为无轴泵喷推进器的原理演示样机。

　　我国的无轴泵喷则是，转子不固定在潜艇的推进轴上，这样潜艇就又省却了一个大的噪音源，也就是推进轴，无轴泵喷是电力驱动系统，他可以将转子环形布置在外罩的内部，这样转动的时候就没有驱动轴和潜艇的艇身及水流摩擦发生的噪音了，另外，无轴泵喷还可以灵活布置，他可以在潜艇的尾部任意区域选择布置，提高推进效率，甚至可以反转，实现倒车。

　　图为潜艇泵喷推进器的结构示意图和艇体的连接方式。

　　这样，潜艇的噪音不但大大降低，而且潜艇的灵活机动性大大提高，潜艇的作战效能会更高。一个无轴泵喷推进器，一下子就解决了我国海军核潜艇上的两大噪音源，还解决了潜艇的机动问题，这样的设备，也难怪被称为是新一代的和领先的武器系统了。

　　潜艇从普通螺旋桨到七叶大侧斜螺旋桨到泵推，即将发展到无轴泵推，这成果和发展速度都令人感到太厉害了，想想上世纪80年代苏联从日本东芝偷偷购买了先进机床，得以生产出七叶大侧斜螺旋桨，使得潜艇噪音大幅减小，令美国人大为恼火的故事，这当时的“先进技术”这都成了上上一代技术了。

　　现在还是有很多潜艇使用螺旋桨，只是有很多已经使用有轴泵推了。这东西最早是英国使用的，“特拉法尔加”级、“机敏”级都采用了泵推，美国一看不错也为自己的“海狼”级、“弗吉尼亚”级研发装备了泵喷推进器，法国“梭鱼”级、俄罗斯“亚森”级都用上了泵推技术，这些都是有轴泵推，也就是说，有一根从潜艇内部伸出来的传动轴，带动泵喷推进器里的螺旋桨，看起来哗哗往外喷水，实际上就是用一只环形罩子把螺旋桨罩起来了而已。

　　无轴泵推就真是厉害了，看起来绝对黑科技，那就是中间的桨叶没有轴，还转得飞快，秘密就是把驱动电机设计在环状罩壳里，由于彻底跟传动轴告别了，所以它的噪音水平最低，甚至低于海洋背景噪音，正是由于海军工程大学马伟明教授的杰出工作，使得我国直接跨过有轴泵推，使用无轴泵推，将我国潜艇的噪音水平一下子推到世界超一流行列。N

　　大家都知道，潜艇最大的噪音来源就是螺旋桨了，目前世界潜艇推进一种有3种动力系统，第一种就是传统的螺旋桨驱动，一般来说螺旋桨的叶片越多，加工精度越高，噪音越小，动力也越强，目前最先进的技术也就是发展到7叶片推进。当年苏联为了加工七叶大侧斜桨，秘密的从日本东芝引进高精密度的数控机床，极大的降低了潜艇噪音造成美俄潜艇相撞，引起了轩然大波，最终调查后美国对东芝进行了史无前例的处罚和制裁。但是通过精密加工降低噪音的方法最终遇到了天花板，而且这种方式噪音始终太大，推进动力损耗较大，效率较低！

　　这种推进与螺旋桨没有什么本质区别，也就外围的隔音罩屏蔽了部分噪音，还提高推进效率。英国人率先使用后，美国在海狼级、弗吉尼亚级，俄罗斯、法国后续发展的潜艇都采用给了这样的方式，噪音得到了很大的降低。这个算不得黑科技，算是潜艇向无轴泵推技术发展的一种过渡方案！这一时间段我国军事发展正处于忍耐期，有些青黄不接，也没有军费研发，因此我国潜艇并没有发展有轴泵推技术。当我国有了经济实力后，也就直接跳过了有轴泵推，直接一步到位发展无轴泵推了！

　　有轴泵推为各国潜艇推进技术发展明确了一个方向，于是各国开始在此基础上发展无轴泵推技术，这算是一个划时代的潜艇推进技术了！所谓的无轴泵推就是驱动轴不再是中间的一根轴了，而是变成了外围的“圆环罩”，螺旋桨叶片反置安装在这个圆环罩子上。不要小看了这个圆环罩子，他没有想象的这么简单，美国率先将电机集成到这个罩子内部带动圆环罩旋转驱动，从根本上解决了驱动轴这个巨大噪声源。他的优点是能够有效降低噪音10~15分贝（这是一项革命性技术）；第二与传统螺旋桨比起来推进效率达20%，第三电机集成到了潜艇外部后，空出来一大片潜艇内部空间，潜艇可以做到更小，或者装更大更先进的设备，改善潜艇官兵生活空间，这些可都是战斗力！

　　虽然我国因为某些原因在093、094核潜艇上还采用传统的螺旋桨推进技术，噪音比之美国、俄罗斯先进潜艇在噪音水平上差了一大截，被美国嘲笑我国潜艇一出军港而远在关岛都能侦听到。但是我国在无轴泵推技术上发展得相当好，而且相当先进，在2022年央视节目中，马伟明博士介绍了我国无轴泵推的进展，而且相当自信的表示这项技术领先美国，将运用到我国下一代核潜艇技术上。我国的下一代核潜艇095/096将采用全电推进系统，并运用这套无轴泵推技术，噪音水平上必将大大降低，保守估计至少能追上弗吉尼亚级核潜艇噪音的早期水平吧！

　　无轴泵推是一种潜艇降噪的新模式，也可以说是一种新方法，但个人还是认为这项技术应该是比较先进的技术，对潜艇具有划时代的意义，但要说黑科技感觉真的算不上。美国率先开始研发并指明一条基本原理后，各国在这项技术上很快有所突破了，估计无轴泵推的最大难题应该是全电推进系统的演化和成熟问题，材料技术应该也算一大难题，希望不要像DDG1000那样随便趴窝吧！

　　当然这些都是自己的推测，如果有什么不同意见，欢迎留言讨论，互相探讨学习！还有潜艇的泵推技术解决了张局座提出的难题，再也不怕海带（绳）缠潜艇了，呵呵！！！

　　所谓黑科技是我这些普通人给那些我们不理解的科技的俗称，无轴泵推技术究竟是怎样的黑科技呢？现介绍如下：

　　首先它的关键在于“无轴”，我们都知道无论潜艇还是水面舰艇，其推进用的螺旋桨都是有轴的，如附图左所示。无轴泵推技术之所以能做到“无轴”，是因为它用了“磁悬浮”技术。简单地说就是电机的转子是“永磁体”，线圈通的是直流电，所产生的磁场方向与永磁体的磁场方向相反，例如如果永磁体的外侧是“S”极，那么直流线圈的内侧也是“S”极，大家都知道同极相斥、异极相吸的道理。所以电机的转子就被直流线圈的定子“托”在与定子同心的同心圆位置上，其间隙由设计和制造技术来保证。同理，转子的轴向固定也是用这个方法。这就是“无轴”的原理。

　　其次是无轴泵推技术的难点，其难点也在“磁悬浮”技术方面。我们知道磁悬浮列车技术现在也还没有特别成熟，更何况要用于高速旋转、变速频繁、空间狭小的电机上。这是需要通过大量的设计计算和大量的试验验证才能实现的，包括永磁体转子的合金成分、冶炼技术、结构形式，以及永磁体转子与直流线圈定子之间的配合、间隙、频繁开停、轴向力和径向力的平衡等等，都是世界级的难度，不是只要知道原理就能设计、制造出来的。

　　所以这项技术只要少数几个国家掌握，如中国、美国、俄罗斯、法国和英国等几个主要军事大国。就现在的情况而言，这项技术应用最早的是美国，而技术最先进的是我国的马伟明院士领衔的团队研制的无轴泵推技术，如下图右所示。

　　其三，这项技术主要用于潜艇降噪和提效，使用这项技术后潜艇可以到达任何国家的海岸线外的200海里以内而不让对方察觉，让潜艇真正成为大洋之中的隐形杀手。它也可以用于水面舰艇提效，可以降低能耗，这对于航母、大型军舰和超大型货轮都是非常有益的。

　　潜艇的无轴泵喷推进技术是一种非常先进的潜艇推进装置，属于潜艇推进系统的下一代技术。其原理是将原本螺旋桨的轴取消，将叶片布置在导流管内进行工作。这样一来，没有了螺旋桨的轴，潜艇螺旋桨轴高速旋转所带来的巨大噪音就从根本上得到解决，可以大大降低潜艇的噪声水平，增强其隐蔽性。

　　我国在这个领域处于世界先进水平！不知大家还记不记得2022年5月份的一次《焦点访谈》节目。节目中，海军工程大学某研究所所长马伟明院士向观众介绍我国的船舶综合电力推进系统和无轴泵喷推进系统。他说，我们的无轴泵喷推进系统技术领先就领先美国！而且要领先就整整领先十年！综合全电推进是无轴泵喷推进系统的基础，这两个技术的突破意味着我国的下一代核潜艇已经开始作用无轴泵喷推进技术。届时，我国的核潜艇从此能够彻底甩脱海底拖拉机的恶名！

　　所谓无轴泵推，自然是相对于有轴泵推而言的，目前我国在“潜艇无轴泵推”领域的发展已经处于前列，甚至可以说我国该技术已经领先美国十年。

　　像是美国的“弗吉尼亚”级和“海狼”级核动力攻击潜艇，都采用的是有轴推进器，这类潜艇以及其他使用该技术的水面舰艇的有轴推进器，都是通过推进器正中心轴上的转子传动轴来驱使推进器螺旋桨旋转的，你可以把它想象成是一个“超大号的电风扇”。这种推进器通过向后喷射海水来维持推进的动力，通过泵的高速离心工作，使得进入入口内部的水流通过泵加压并向后经过喷嘴。增加轴的好处就是可以以较低的速度来获取较大有效的推进力度，这非常适合中低速的推进潜艇，如潜艇，有轴泵推技术也是目前最为常见的潜艇推进方式。

　　而至于无轴泵推是个什么黑科技？相较于有轴泵推，无轴泵推没有一系列驱动轴，是通过电流带动电机直接运转的，电机的定子都镶嵌在扇叶外侧的环形导管中。在运转之时，定子和转子之间存在一定空隙，在通电后由于电磁感应现象产生交变磁场来带动叶片转子运动。

　　除此之外，无轴泵推的最大优势是其噪音更低，随着各国反潜能力的大幅度提升，潜艇对降噪隐身技术方面的要求也变得日益迫切。当然各国海军除了大力发展和研究消声材料和水下水声抑制设备等在传播途径中降噪的方式之外，还应充分考虑到声音三要素中对噪声源的抑制，而有轴推进器叶片的旋转噪声周期性强，处在中低频率的噪声强度较大、辐射距离远且暴露在艇外直接向海洋环境中辐射潜艇推进时产生的噪声，是各国检测水下潜艇时最常检测到的主要声源之一。

　　无轴泵喷推进器各部件示意图

　　因此，研究推进器水下辐射噪声的声场特性对提高潜艇隐身性至关重要，潜艇对新型低噪声推进器日益紧迫的需求和技术开发催生了无轴泵喷推进器。无轴泵喷推进器水下噪声更低，除此之外推进能力也更强，绝对是未来潜艇所必备的推进方式。

　　但无轴泵喷推进器仍存在研制难点，为了避免噪声一直以重复的周期对外发射，所以无轴泵喷各部件就需要经过严格而复杂的模拟测试和水下噪声实际测算。

　　我国在该领域已经有很大的突破，最新实验中，无轴泵喷推进器在大约2倍叶频中转动部件的环型叶片转子和静止导管部件径向声压级均大于轴向，叶轮径向声压级小于轴向，三者均呈“8”字形分布，而“8”字形的噪声各方向频率发射呈现周期律动到各个方向，充分抑制噪声的周期性产生。

　　可以说，大力研制无轴泵喷推进器既能解决噪声发出，也可以提升潜艇推进性能，绝对一劳多得，所以不愧为新一代的“水下黑科技”。

　　我们先来了解下传统核动力潜艇的推进原理：

　　核潜艇的核心是核反应堆，核裂变释放的热量加热水，产生高压蒸气，高压蒸气推动汽轮机叶片飞速旋转，汽轮机大轴连接有螺旋桨，汽轮机一部分动能还带动发电机，发出电能供给艇上的通讯、探测、预警系统等。

　　以上是第一代核潜艇的推进原理，核潜艇极大地提高了潜艇在水下的续航能力，可以连续下潜数月而不上浮。

　　图释：最初的螺旋桨推进技术

　　续航能力解决了，但提供强大动力的螺旋桨噪声也达，高达110分贝左右，轴系振动是一个主要的噪声源，容易被声呐系统探测到，潜艇的最大的威胁就在于能出其不意，攻其不备，110分贝的高噪声困扰着潜艇隐身技术，各国都在想法设法降低核潜艇噪声。振动是世界级难题，核电站因为振动而延误工期的案例就有好几例，振动就会有噪声产。

　　除了改进螺旋桨叶片的角度、数量，一个革命性的改进是采用泵喷推进技术，泵喷技术就是给传统的螺旋桨加装了导流罩，海水在螺旋桨的驱动下从导流罩中间流过，形似从泵中喷出，导流罩对螺旋桨振动和海水振动起到了一个屏蔽作用，减小潜艇动力噪声，增强了核潜艇的水下生存能力，但仍存在传动轴这项技术最早是英国海军发明的，后来美国也有了，一直对我国实行技术封锁。

　　图释：英美的泵喷技术

　　我国已经装备的无轴泵推技术是在潜艇上用电能直接驱动电机旋转，电机中间是一个无轴泵，直接利用电磁力驱动泵的轮毂，轮毂上安装有叶片，由于电磁力可以通过非接触传递，这样就不需要刚性的大轴来传动动力，消除了原来大轴传动的振动噪声。

　　除此之外，由于除去了中间动力传动部分，将发动机效率提高了10%以上，这样在海里不需要很大的动力就可以获得原来速度，也可以降低噪声，最终将噪声降低至90分贝左右，这个分贝高度的声音就相当于大海背景的噪声，将核潜艇隐身在大海里，提高了潜艇的生存能力。

　　今天的科普就到这里了，更多科普欢迎关注本号！