馬老師無軸泵推接連三大突破！3D列印加持，潛艇噪音直降15%

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馬偉明院士接連突破三項技術

核潛艇是現階段最具威懾的海軍力量。被大眾稱之為「無聲殺手」。所以噪音是衡量一艘核潛艇是否先進的一個主要指標，一直以來，為了降低噪音的影響，許多國家都投入了大量的資金和精力去研究。例如，美國在早期設計時就考慮到了噪音問題，首次在一艘維吉尼亞級核潛艇上安裝了振動減振裝置，採用了先進的隔音材料。

但是這也是治標不治本，所以現階段世界各國都在致力於對噪音源進行技術攻關。而提起噪音。無外乎潛艇的推進裝置是潛艇上的一個主要噪聲源。潛艇用推進螺旋槳在運行時，由於葉片振動和氣泡的存在，會產生很大的噪聲。

這類噪音輻射到海水後，很容易被敵人的反潛聲吶捕獲。人們想方設法降低潛艇推進推進器的工作噪聲。方法之一是為潛水艇裝備一個大的七葉斜面螺旋槳。潛水艇是否使用了七葉大側傾推進器曾經是潛水艇是否先進的標誌。七葉大側斜推進器，是一種噪音小的推進器。

但是，七葉大側傾推進器並非一個完美的推進裝置。通過反覆試驗，科學家和工程師發現，如果在螺旋槳外罩上隔音隔振的導流罩，就可以進一步降低螺旋槳的工作噪音。經過不斷的研究和探索，科學家和工程師發明了一種潛艇推進裝置，這種裝置比螺旋槳推進器還先進，它是一個泵噴射推進器。泵噴式推進器與傳統的推進器相比，其外觀上最大的特點在於其推進槳葉，包在一個環形導流罩中。

第一個在潛水艇上使用泵噴射推進的國家是英國。跟隨英國的腳步，美國人還為自己的核潛艇研製了噴射推進裝置。現在，英國的「特拉法爾加級」「靈敏級」和美國的「海狼級」「維吉尼亞級」等先進攻擊型核潛艇，都使用泵噴射推進。新一代美國戰略飛彈「哥倫比亞級」核潛艇也明確表示將採用泵噴射推進器。由於受到時代和技術的限制，到目前為止，歐美各國所有先進核潛艇所使用的「泵噴推進器」，都是「有軸泵推進器」。

對我國來說，雖然在核潛艇的建設上起步較晚，但後勁十足，此前在馬偉明院士領導的科研隊伍下，我國首次實現對無軸泵推技術的全面突破。一舉領先全世界。並做後續的升級完善。第二代船用綜合動力系統—中壓直流船用綜合動力系統已經完成研製，這是一項領先於歐美一代的先進技術。

我國研究開發了核潛艇推進裝置，取得了領先美國的技術成果。而在此前，馬偉明院士再接再厲，在無軸泵推技術下再獲突破。那就是3D列印無軸泵推技術。（無軸泵推技術能有效降低噪聲10%-15%）

首先，我們了解下無軸泵推技術，事實上無軸泵推技術早在2017年央視的一期節目中就已提及。在一次採訪中，馬院士說，無軸泵推技術有望用於國產潛艇。對於下一代核潛艇的型號，多數外界認為是095或096型。次年，央視曝光的一則新聞透露，中國海軍已接收一批新型核潛艇。據悉，該核潛艇將採用無軸泵推技術，並配備新一代綜合電力系統，預計該新型核潛艇將使中國與美俄之間的技術差距在15年內縮小。

無軸泵推技術是目前國內最先進的一種泵推技術，它將傳統的螺旋槳和機械泵推的軸系驅動方式轉變成了電動驅動方式。一般情況下，傳統的核潛艇主要依靠蒸汽裝置的機械動能推動反應堆運轉，推動槳葉開始轉動，進而向海水提供反推力，因此潛艇便開始前進。

但在此過程中，槳葉軸在轉動時會產生較大噪聲。與之相比，無軸泵推技術取消了這個軸向，核反應堆產生的電能將直接流向潛艇尾部的葉片，全過程採用電驅動模式，水下行走時聲音會大大降低。

與傳統的有軸泵推結構相比，無軸泵推技術在三個方面具有優勢。第一，有軸泵推裝置在轉動過程中，總會引起各種裝置的機械摩擦和震動，從而產生噪聲，這種噪聲是難以避免的，無軸泵推技術是利用電動機作為動力，取消了傳動軸這類裝置，因此產生的噪聲較小。

我國核潛艇一列裝無軸泵推葉片

加之再採用一些外部消音設備，核潛艇航行時的噪聲便再降新低。再加上此前突破的3D列印技術對材料加工的優化作用。據保守估計，無軸泵推技術能有效降低噪聲10%-15%，若以國內潛艇此前平均110分貝的噪聲計算，在降低到90分貝後，背景噪聲已接近深海，要用聲吶技術探測已很困難，堪稱真正的海洋黑洞。

二是無軸推泵的機械效率更高。常規有軸泵推結構的機械效率保持在50%左右，有些先進的潛水艇大約維持在70%，這也只是主軸轉動時的效率，如果熱效率更一般的話。與之相比，無軸泵推的起始效率約為80%，而且這個效率還有空間，與半導體技術相比。此外，無軸泵推技術的動力源是位於泵內的電機，所佔空間較小，密封效果較好，不像有軸泵推裝置採用傳動軸來輸出動力，在傳動開始和輸出動能之間需要經過許多不必要的空間，容易造成水密問題。

儘管如此，這類泵推系統對技術要求很高，不僅需要電力系統的支持，而且對電機裝置也有一定的要求，其中最重要的是電力的持續性。幾年前，美國就曾提出過這種技術，但後來卻沒有什麼實質性的消息傳出。今天，我們的馬院士和其他一些專家正在展示這項技術，而且還有一些潛艇將在實際中使用這個系統，從這個角度來說，我們的技術已經是世界一流的了。儘管如此，該技術仍有很大的發展空間，在廣泛應用前，仍需進行多次試驗。

而且在此之前，好消息傳來，馬偉明院士所研究的無軸泵推技術又有了新突破。據介紹，在馬偉明團隊的技術支持下，成功在武漢有一家公司成功開發出了一種新的3D列印技術，實現了無軸泵推技術在製造中的應用，泵推葉片等較為精密的零件都可以依靠3D列印技術來生產。以往，這些零件大多依賴工具機製造，研製出來的成品總是有問題，而現在有了3D列印技術的幫助，這個問題就能得到解決，這也說明無軸泵推技術很可能會應用於下一代核潛艇。

而且實際上這種技術在以前的潛水艇中也有使用，但可能是試驗性的，將來的下一代攻擊性核潛艇將真正裝備成熟的無軸推進技術，至於大黑魚的型號，大家應該心知肚明。（那就是096唄）

此外這家武漢公司使用的「智能微縮精密鑄鍛」3D列印，利用3D印表機實現鑄造與鍛造的一體化，避免了傳統工具機的精度問題，同時也縮短了工期，這樣的企業建議多使用一些。為何這家公司在武漢，大家應該知道719有幾家大型海上救生中心吧，很多常規潛艇也是在武漢製造的。必須說，近些年來海上裝備確實發展得很快，感謝馬偉明教授，感謝那些為國產武器默默奉獻的普通科技工作者。