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核潜艇驱逐舰为何多用泵射推进?
发布时间:2017-10-31
出品:科普中国
制作:寒木钓萌
监制:中国科学院计算机网络信息中心

   

    

  30吨重的福特号航空母舰上的螺旋桨,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。  

  何为喷水推进?  

    

  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。  

  它是怎么运作的呢?  

    

  运作的大概原理就如上面的剖视图。  

    

  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。  

    

  图片来自Jim2B  

  到这里,有的网友会有疑问,传统的螺旋桨外露推进,可以方便转向和倒车。而使用喷水推进的船只又是如何实现拐弯和倒车的?  

    

  倒车很简单,原理恰如上面的动图。  

  而转向的原理,咱们来看看美国濒海战斗舰独立号的变种姊妹舰,USS Tulsa (LCS-16) 塔尔萨号。  

    

  塔尔萨号安装4个喷水推进,全功率推进时,每秒的水流量24000加仑,合每秒90吨水流量。  

    

  作为对比,我国黄果树大瀑布水流量一般保持在每秒812吨,当然,黄果树片区普降大雨时例外(最大时,黄果树大瀑布水流量高达每秒690吨)。  

    

  濒海战斗舰上的每一个“喷水推进”装置都如此灵活,这让濒海战斗舰相比于其他战舰,操作更灵活。  

    

  泵射推进  

  “泵射推进”与“喷水推进”原理是相似的,只不过,前者用在核潜艇上,后者多用在军舰和民用船舶上。  

  一个在水面,一个潜行于水下,我们总不能期望它们的推进装置长相一样,称呼还一样。  

    

  老式潜艇上的螺旋桨,图片来自Weston Westmoreland  

  而现代的先进核潜艇,你是看不到螺旋桨的。  

    

  某些先进核潜艇的泵射装置如上图,而实物图如下:  

    

  图片来自美国海军研究所的Jeff Head  

  上图为造价23亿美元的美国弗吉尼亚级攻击型核潜艇,因为核潜艇都是各大国的核心机密,故这艘弗吉尼亚级攻击型核潜艇上浮时,其泵射装置是用一块布遮挡起来的,其内部结构无法知晓。  

    

  因此,我们只能通过上面这张大概的参考图来略知一二,而实际结构可能会出入很大。  

  总之,我们只要知道,泵射推进跟喷水推进有一点是类似的,都是用“管子”将螺旋桨包起来。  

  有哪些优势?  

  核潜艇使用泵射推进,核心出发点就是为了静音。螺旋桨外漏容易产生空泡噪音,这会让核潜艇难以成为真正意义上的“大洋黑洞”。  

    

  上图为螺旋桨在水中产生空泡的高速摄影图。空泡的产生跟压力密切相关,而用“管子”把桨叶包起来后,管子里的水流很急,桨叶受到的动压很大,空泡不容易产生。  

  美国海军工程试验站为了对比泵射推进和普通螺旋桨推进时的噪音。他们上世纪曾经做过对比实验,结果表明,泵射推进比普通的螺旋桨推进最高可低20分贝左右,差距非常大。  

  而在舰艇上使用喷水推进,最大的好处是操纵性和倒车性能优越;舰体外的附件少,减少了阻力。  

  另外,跟外露螺旋桨相比,使用喷水推进的船可在浅水活动,只要入水口被淹没就行。还有就是,因为旋转部件是包裹起来的,所以里面的桨叶能得到很好的保护,不会切割外面的礁石和鱼儿。  

    

  鲸鱼背上的累累疤痕,拜某条船的上的螺旋桨所赐。  

  也正因此,一些救生艇也使用喷水推进。原因不难理解,我们得把人完完整整地救上船,而不是弄成几块后……

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