摘要：
无轴泵喷推进器可以降低多少噪音？潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？无轴泵喷推进器可以降低多少噪音？无轴泵喷推进器可以显著降低噪音。由于没有传统的机械轴，因此减少了机械摩擦和振动，从而... 无轴泵喷推进器可以降低多少噪音？
无轴泵喷推进器可以显著降低噪音。由于没有传统的机械轴，因此减少了机械摩擦和振动，从而降低了噪音。具体降低的噪音量取决于具体的设计和应用，但通常可以预期降低约20-30分贝的噪音水平。
潜艇无轴泵推到底是怎样的黑科技？
泵推进器又分为“有轴泵推”和“无轴泵推”，其中有轴泵推主要是欧美等国使用，无轴泵推貌似也只有我国和美国2家了。顾名思义，无轴泵推就是没有中间那根传动轴，也没有定子，只有一个转子。简单来看，就是一个螺旋桨在固定装置内转动，基本上就是将传统的螺旋桨去掉传动轴后，用导管包起来。当然了真实的无轴泵推要难得多，否则时至今日也不会只有我国和美国掌握该技术了。
潜艇的推进器主要有“螺旋桨，泵推进，无轴泵推进”这3种，被广泛应用的就是螺旋桨，其次是泵推进，至于无轴泵推还没有出现过。使用螺旋桨作为推进器的潜艇有“基洛级，039系列，094系列，洛杉矶级，阿库拉”；使用泵推进器的潜艇有“海狼，弗吉尼亚，机敏，北风之神，凯旋，前卫”。
先来看传统的螺旋桨推进器。螺旋桨推进器主要有“双轴推进小直径螺旋桨，单轴推进的大直径五叶螺旋桨，导管螺旋桨，共轴对转螺旋桨，大侧斜七叶螺旋桨”。目前被大部分潜艇使用的就是大侧斜七叶螺旋桨，这种螺旋桨的桨叶有较大的倾角，一般都要大于25°，而普通的螺旋桨的侧斜角在10°左右。大侧斜七叶螺旋桨由于大侧斜角的作用，致使其桨叶的流场更加合理，也只有在较高的速度时才会有明显的空泡产生，从而提升了潜艇的静音性能。
另外台风级弹道导弹核潜艇使用的导管螺旋桨看起来和泵推进器很像，却不是泵推进器，只是单纯的在螺旋桨周围盖了个罩子，起到保护螺旋桨的作用。共轴对转螺旋桨主要在早已沉没的美海军大青花鱼级核潜艇上使用，另外在鱼雷上用的也比较多，因为鱼雷的体积就注定不能用直径较大的螺旋桨。
比较先进的泵推进器。其实与燃气轮机，鱼雷，声呐，坦克一样，泵推进器最先也是由英国发明的。在上世纪80年代特拉法尔加级核潜艇首先安装了泵推进器，之后就在欧美俄等国中发展起来。泵推进器可以显著降低螺旋桨带来的噪音，因为转子和定子都被环形导管包围着，转子旋转产生的噪音就可以被导环吸收掉，从而减弱潜艇的噪音。另外泵推进器的效率也比螺旋桨的高，因为泵推进器的转子外边有环形导管，从转子叶稍流出的海水不会扩散到外界，从而减少了能量的损失，提高了推进效率。
有资料表明，在低速航行时，使用泵推进器的潜艇相对于使用大侧斜七叶螺旋桨的潜艇可噪音下降15分贝以上。而在高速航行时，泵推进器的降噪效果更为明显。还有就是泵推进器的转子叶片和定子叶片通常为质数，因为这时运行产生的噪音是最小的。当然了，不是随便改装一下就可以当做泵推进器使用的。真正的泵推进器涉及到内流道控制和稠度，全流场粘流和势流都是要用数学模型来证明的。
更加先进的无轴泵推进器。其实无轴泵推进器就像在轴承的内环上安装了叶片，固定外环让内环转动从而提供动力。基本上就是把通过驱动的有轴泵推中的那根轴，用环装导管或者轮毂内的电动机产生的电磁力来代替了。无轴泵推进器具有“节省空间，降低噪音，提高推进效率”这三大优点。首先来说，无轴推进器省去了中间那根传动轴，减速器，变速箱等一系列设备，极大的提高了潜艇空间的利用率。
另外，没有了一系列传动机构也可以降低机械噪音。本来泵推就可以明显的降噪，更何况无轴泵推比有轴泵推还少了那么多东西，降噪效果肯定更明显。事实上，世界上第一个应用无轴泵推的还是美国，其弗吉尼亚级核潜艇上的***推进器，作为主推进器的还是有轴泵推，主要的原因就是无轴泵推进器功率不够大。毕竟就相当于一个电动机，要让电动机的具有20MW的功率，那难度可不小啊。
据马院士说，可以讲发动机的输出功率全部转化为电能的设备以及无轴泵推进器已经装备在我国海军的最新核潜艇上了，成为我国下一代核潜艇的动力之源，并且领先于美国。美国作为潜艇主动力的无轴泵推是要在哥伦比亚级核潜艇上使用的，而马院士研发的无轴泵推进器已经安装在了我国最新的核潜艇上。至于这艘核潜艇是哪个型号也说不好，可能是093B，也可能是下一代的095，096。总之，只要知道我国的无轴泵推进器作为潜艇的主推进器的实用化早于美国就行。
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***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！
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***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”。
