流体力学与节能减排的联系

1. 为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

为何先进核潜艇和驱逐舰大多使用泵射推进？

使用泵推进技术省略了螺旋桨和发动机转子，这就节省出一个巨大的空间可以增加舰载武器的数量，以瑞典的马德堡级导弹艇为例它原本只有不到500吨的排水量，但是在使用泵推之后还可以加装垂直发射的防空导弹、反舰导弹、舰炮、近防炮和各种机关炮，在一艘导弹艇上***装如此多的武器设备是史无前例的，究其原因就是它的泵推动力节省了大量的空间。而舰载武器的数量又是影响海战结果的重要因素，甚至有人说载弹量巨大的“武库舰”终将取代***，因此很多国家都投入巨资发展泵推技术。

对于经常需要靠近海岸线作战的快艇、导弹艇、鱼雷艇来说，静音效果是决定他会不会被敌人发现的重要因素，设计师在选择动力时往往会看重噪音比较小的汽油机和燃气轮机，但是使用泵推动力将内燃机全部省略掉，因此静音效果会更好；换到大型水面舰艇上之后也能有效降低军舰的噪音，以躲避敌方声呐的追踪和声控鱼雷的打击，而相对于不成熟的舰体隐身技术而言降低发动机噪音是最经济有效的“隐身”措施。

泵推技术降低噪声的效果对于先进核潜艇更为重要，因为水下的核潜艇唯一暴漏自己的就只有声音，在省去了发动机气缸和转子以及螺旋桨之后，潜水艇的噪音基本就等于海洋背景的天然噪音了，真正的大洋黑洞就会诞生，因此研发潜艇专用的泵推技术是非常重要的前瞻性战略举措。

福特号***上的螺旋桨，重达30吨，请对比左下角那5人。图片来自Jeff Head。

在我们印象中，船无非就是在尾部吊装一个或几个螺旋桨以进行推进，如上图福特号航母这般。

然而，不少非军迷朋友所不了解的是，诸如美国海狼级核潜艇，英国机敏级等先进核潜艇，却是使用“泵射推进”。

而像美国濒海战斗舰等这样的高速舰使用的又是“喷水推进”，咱们先说后者，因为两者极为类似。

上图为美国濒海战斗舰独立号，它使用的就是“喷水推进”。

使用“喷水推进”的舰船，我们任何时候都甭想看到它的螺旋桨，最多只能看到上图那4个装置。

怎么运作的？

运作的大概原理就如上面的剖视动图。静态图如下：

推进时，就是下图这样子。

据一些资料上说，某大型船只上的喷水推进装置，其总流量非常惊人，相当于美加边界的尼亚加拉瀑布的平均水流量。

螺旋桨的发明应用已有二百多年的历史，它被广泛应用于民用轮船，更被用于军事上的各种舰艇潜艇上。随着制造技术提升和战事需要，传统的螺旋桨已不能适应海军作战要求了。在上世纪80年代，英国攻击核潜艇“特拉法尔加”率先装备了一种新型泵喷(射)推进器，这种推进方式可以有效降低核潜艇在水下幅射产声的波纹噪声。很快引起了各国海军的关注。象海军强国法国美国等加速效仿研制装备自己潜艇。在海军家族里除了航母被称之为“海上巨无霸”之外，那就是被称为“水中蛟龙” “水下虎鲸”核潜艇，还有被称为“水上多面手"导弹驱逐舰。目前美英等国海军核潜艇用上了有轴喷射最先进推进器。我国在这方面也是后来居上，中国工程院院士、中国武汉海军工程大学马伟民少将所带领的团队研制出了“潜艇无轴泵喷推进器”整整领先有轴泵喷推进器一代，如果试验定型装备在我国海军核潜艇上来无踪去无影是真正的水下虎鲸了。这种无轴泵喷推进器所产生的幅射噪声相当小，速度越快越小，降噪就是为了不被敌方声纳捕捉。未来的推进器正向高航速，安静型发展，高航速每小时30节，低噪声航速每小时20节。这也是为什么潜艇和驱逐舰需要更新泵射推进器的原因。(图片源于互联网)

螺旋桨不管是用在船上还是潜艇上当它运转的时候在水下的噪音是非常大的，潜艇如果用螺旋桨的话在水下的噪音可以达到60-70分贝，在水面的噪音也能达到65分贝以上，所以，为了降噪，就把潜艇的推进系统做成了磅射系统！这套系统最大的优点在于安静，在水下的噪音能达到40-50分贝！在水面的噪音可以达到55分贝，相对来说还是很安静的！美国的海狼级核潜艇的这套推进系统是最先进的，在水下的噪音可以达到45分贝，再加上壳体用了隔音材料，可以把噪音降低到30分贝以下！到目前为止中国的晋级核潜艇还有俄罗斯的核潜艇都在逐渐使用这套系统！这套系统还有一个优点就是相对于传统螺旋桨它的功率更大，结构更紧凑，制造成本更低廉，维修保养更方便等特点！现在一般驱逐舰也***用这套系统！因为驱逐舰需要更好的机动性和更快的速度！再就是现在好多声呐系统都很先进，在很远的地方就能探测到物体！一但被发现就意味着将会面临灭顶之灾！所以还是以隐身为主！

潜艇由原来传统的螺旋桨推进器，改为***用泵喷推进器，有点类似于航空发动机由原来的螺旋桨，改为涡轮喷气发动机，都是划时代的革新！

潜艇***用泵喷推进器的最大好处就是，与传统的螺旋桨推进器相比，大大降低了噪音。潜艇的主要噪音源就是推进器！另外也大大提高了推进的效率。

目前的泵喷推进器还处在起点阶段，制造工艺及其复杂，对材料和设计的要求都很高，目前只有英国、美国和俄罗斯等少数海军强国才能制造。

潜艇最理想的推进器，就是完全取消螺旋桨，象乌贼那样的靠纯向后喷水来实现，就象电影《猎杀红十月》里的台风级潜艇（当然是***象出来的），使得潜艇既高速又无声地在水下航行。

目前的所谓泵喷推进器其实还是要靠内置的螺旋桨来实现吸水和向后喷射水流，而真正的泵喷必须要完全取消螺旋桨，直接利用某种电磁原理，使得海水从前面的开口进入管道后，直接形成高速旋转水流，向后猛喷出来，这种技术还得需要很多年才能实现。

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