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船舶推进装置的组成及传动方式: wusaite 2019-10-25 16:50; 船舶推进装置的组成及传动方式伍赛特 1 船舶推进装置的组成推进装置也称主动力装置，是船舶动力装置中最重要的组成部分。它包括主机、传动设备、轴系和推进器等。其作用是由主机发出功率，通过传动设备和轴系传给推进器，以完成推进船舶的使命。图 1 为典型的船舶推进装置。图 1 典型的船舶推进装置 2 船舶推进装置的传动方式按传动功率方式不同，船舶推进装置的型式可分为直接传动、间接传动和特殊传动三大类。 2.1 直接传动直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式，如图 1 （ a ）所示。在这种传动方式中，主机和螺旋桨之间除了传动轴系外，没有减速和离合设备，运转中螺旋桨和主机始终具有相同的转向和转速。直接传动方式的主要优点是：结构简单，维护管理方便；经济性好，传动损失少，传动效率高；工作可靠，寿命长。直接传动方式的缺点是：整个动力装置的重量、尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。直接传动方式的应用：由于直接传动方式具有结构简单、经济性好、工作可靠等优点，所以广泛应用于以大功率低速柴油机为主机、采用定距桨推进的大中型商船。 2.2 间接传动间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的一种传动方式，如图 1 （ b ）所示。根据中间传动设备的不同，间接传动可分为只带齿轮减速器、只带滑差离合器、同时带有齿轮减速器和离合器三种形式。间接传动方式的优点是：主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制；轴系布置比较自由，主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置；在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高：有利于多机并车运行及设置轴带发电机。间接传动方式的主要缺点是：轴系结构复杂，传动效率较低。间接结构方式的应用：间接传动多用于中小型船舶，以大功率中速柴油机、蒸汽轮机和燃气轮机为主机的大型船舶。近年来，于动力装置节能的需要，提高螺旋桨的推进效率越来越被人们重视，而采用大直径低转速螺旋桨是有效途径之一。在 20 世纪 70 年代初，低速柴油机利用直接传动方式带动的螺旋桨转速多在 100 r/min 以上，中速柴油机通过减速箱减速一般也不低于 90 r/min 。随着节能型船舶的出现，减速齿轮装置已扩大到低速柴油机的领域，甚至有的船舶低速柴油机经减速后，螺旋桨转速仅为 43 r/min ，螺旋桨直径可达 11 m 。以中速柴油机为主机的船舶，为了进一步降低螺旋桨转速，减速齿轮箱的减速比也相应加大，螺旋桨转速有的已降至 60 r/min ，随着动力装置节能技术的进一步发展，间接传动方式的应用范围将会进一步扩大。 2.3 特殊传动特殊传动是指与直接和间接传动不同的一种传动方式。它通常指可调螺距螺旋桨传动， Z 形传动，电力传动，吊舱式推进器、喷水推进器传动，液压马达传动和同轴对转螺旋桨传动等。可调螺距螺旋桨传动在第六章第一节专门说明，喷水推进器传动、液压马达传动和同轴对转螺旋桨传动在一般商船和工程船舶中应用较少，本文只介绍 Z 形传动、电力传动和吊舱式三类。 2.3.1 Z 形传动 Z 形传动装置又称悬挂式螺旋桨装置。图 2 为 Z 形传动装置的结构原理图。主机 1 的功率经联轴器 2 、离合器 3 、带有万向节的传动轴 4 、上水平轴 8 、上部螺旋锥齿轮 9 、垂直轴 12 、下部螺旋锥齿轮 14 及下水平轴 15 传递给螺旋桨 13 ，从而推动船舶前进。图 2 Z 形传动装置结构原理图 1 一主机； 2 一联轴器； 3 一离合器； 4 带有万向节的传动轴； 5 一滑动轴承： 6 一弹性联轴节： 7 ―滚动轴承； 8 一上水平轴； 9 一上部螺旋锥齿轮： 10 ―蜗轮蜗杆装置： 11 一齿式联轴器： 12 ―垂直轴； 13- 螺旋桨； 14 —下部螺旋锥齿轮； 15 一下水平轴： 16 ―旋转套筒； 17 一支架 Z 形传动方式最显著的特点是螺旋桨可绕垂直轴做 360 °回转。当启动一个电动机带动蜗轮蜗杆装置 10 运动时，蜗轮带动旋转套筒 16 在支架 17 中回转，同时使螺旋桨 13 绕垂直轴 12 在 360 °范围内做平面旋转运动。由于螺旋桨可绕垂直轴做 360 °回转，因此它具有以下优点：（ 1 ）操纵性能好。螺旋桨的推力方向可以自由变化，使船舶操纵性能优于其他传动方式，特点是采用两台主机，而每台分别带动一个 Z 形传动装置时，可以使船舶原地回转、反向移动、快速进退以及微速航行等。（ 2 ）可以省掉舵、艉柱和艉轴管等结构，使船尾形状简单，船体阻力减少。（ 3 ）可以使用重量轻、体积小的中、高速柴油机，而不需要单独的减速齿轮装置，不需要主机有换向机构，可以延长柴油机使用寿命。（ 4 ）由于这种传动装置是垂直悬挂在船尾，可由船尾部甲板开口处吊装，检修不用进坞，可大大缩短修理时间尽管如此，由于结构上的原因，传递功率会受到一定限制，因而仅适用于小型船舶，特别适用于港作船和在狭窄航道中航行的船舶。 2.3.2 电力传动电力传动是主机驱动主发电机将发出的电供到主配电板，再由主配电板供电给主电动机从而驱动螺旋桨运转的一种传动方式。采用电力传动方式的船舶被称为电力推进船舶。电力传动装置的布置如图 3 所示。图 3 电力传动装置布置图（ 1 ）电力传动的优点主机和螺旋桨之间没有机械联系，可省去中间轴及轴承，机舱布置灵活；主机转速不受螺旋桨转速的限制，可选用中、高速柴油机，并可在柴油机恒定转速下调节电动机转速，使螺旋桨转速得到均匀、大范围的调节；螺旋桨反转是靠改变主电动机（直流）电流方向来完成的，倒车功率大，操纵容易，反转迅速，船舶机动性能提高；主电动机对外界负荷的变化适应性好，甚至可以短时间堵转。（ 2 ）电力传动的缺点需要经过机械能变电能、电能变机械能两次能量转换，传动效率低；增加了主发电机及主电动机，使动力装置总的重量和尺寸都增加，造价和维护费用都提高。（ 3 ）电力传动的应用基于上述特点，电力传动主要用于对机动性能要求很高的船舶，需要从事特殊作业的船舶，以及具有大容量辅助机械的船舶；也适用于军用舰船。 1 ）起重船。在自航式起重船上，可利用起重机械的电力作为推进动力。如我国自行设计建造的 50 t 起重船，装有两台 55 kW 柴油发电机组，起重作业时，电网向起重机械供电；航行时，电网向两台推进电动机供电，维持 3 kn 左右的航速 2 ）消防船、救捞船。消防船在驶向火场的过程中，主发电机的功率全部用于船舶推进；到达火场后，需要用少量的电能维持低速推进，而把大部分的电能供给消防泵。电力推进不仅可以减少消防船上原动机的数量，而且便于实现驾驶台遥控，以获得良好的机动性和操纵性。救捞船与消防船类似，在到达救捞地点后，就可将主发电机组产生的电能大部分用于救捞设备如空压机、绞车等。 3 ）布缆船、航标作业船。在铺设电缆时，需要船舶保持精确的航向和较低的航速。采用电力推进后，可在达到上述要求的同时，将主发电机组的功率主要用于布缆作业。航标作业船与布缆船情况类似。 4 ）调查船、测量船。这类船上一般配备有大功率的甲板机械或科研设备，它们可与电力推进装置一起从主电网获得电能。电力推进船舶的机动性、低速航行性能较高，这对于航行状态多变、航区复杂的调查船和测量船十分有利。 5 ）挖泥船。采用电力推进的耙吸式挖泥船，其大功率的泥浆泵不必由专用的原动机带动，主发电机组的功率可以随意地分配给泥浆泵和推进装置。在挖泥时，船舶低速航行，大部分电能供给泥浆泵：航行时，电能全部供给推进装置，船舶保持高速航行。这样，既减少了原动机的数量，又提高了动力装置的经济性。 6 ）破冰船。电力推进的破冰船在低速时能发出较大推力，适合完成破冰任务。电动机的堵转特性使机组不会超载，并在螺旋桨被冰块卡住时不致损坏。电力推进装詈的机动性和恒功率自动调节性能，也改善了破冰船的工作效率。 7 ）拖船。电力推进装置的调速范围广，可保证拖船从自由航行状态到拖带状态都发出全功率，从而获得拖航工作的最佳效率。此外，在拖带过重时，电动机还可实现堵转，避免事故的发生。 8 ）渡轮。电力推进设备易于实现集中控制，除船尾设置主推进器外，还可方便地在船首及左右两舷设置侧推器，以便于渡轮在港口要道和狭窄水道中快速、灵活和安全地航行，并快速、准确地靠离码头。“烟大”号是国内首次采用全电丿推进系统的客滚船，由上海船舶研究设计院设计，天津新港船厂建造， 2006 年投人营运，长 182.6 m ，宽 24.8 m ，满载排水量 16 299 t ，服务航速 18 kn ，抗风能力 8 级，采用了 ABB 公司的 Azipod 电力推进装置（ 2 × 4 088kW ）。 9 ）大型邮轮。采用电力推进的大型邮轮，布詈方便、紧凑，增加了乘客房间，减少噪声，提高了舒适性。美国的“幻想”号、日本的“ Crustal harmony ”号等邮轮，都采用了电力推进方式。 2.3.3 吊舱式推进器吊舱式推进器的结构与 Z 形传动装置类似，但工作原理不同，属于电力传动范畴，即柴油机或燃气轮机驱动发电机发电，电力通过电缆输送给安装在水下吊舱中的电动机，带动螺旋桨旋转。图 4 为吊舱式推进器的结构原理图。采用吊舱式推进器的船舶，其推进电动机直接受到周围海水的冷却，冷却效果好，尺寸紧凑，效率高，操纵方便，功率范围较大。单台吊舱式推进器的功率范围为 5 000 ～ 25 000 kW ，四台推进器总功率可达 100 000 kW 以上。近年来，其在超大型豪华旅游船和大型客滚船上应用逐渐增多。图 4 吊舱式推进器结构原理图 1 一回转电机； 2 ―回转轴承；： 3 一辅助设备： 4 ―船体线； 5 一后桨： 6 ―转子联轴节； 7 一后污水井： 8 ―轴承； 9 一散热翅片： 10 励磁机；： 11 一前污水井： 12 ―桨帽； 13 前桨； 14 ―桨轴； 15 ―外壳： 16 一污水泵： 17 一工作通道： 18 ―电液操纵系统： 19 ―滑环装置 3 船舶推进装置选型分析发动机、传动设备、传动方式及推进器的类型很多，因此，它们可组合成多种推进装置。传动方式不同，装置的性能也将不同，并且有各自的优缺点和适用条件，在进行传动方式的选型时要综合分析，杈衡利弊，最后做出决策。选择传动方案时要考虑的因素，主要有船舶的大小、用途和航区，发动机的形式和发展，传动设备的形式和发展，经济性能、安全可靠性能和运转管理性能等。船舶动力装置常见的选型方案如下：（ 1 ）一般远洋和沿海航行的货船、油船多采用直接传动，以提高装置的经济性。（ 2 ）由于机舱空间有限，客船、滚装船多采用中速柴油机作为主机，通过减速齿轮箱驱动定距桨或调距桨。（ 3 ）在冰区航行的船舶，为了使主机和轴系不致因螺旋桨被冰块卡住而损坏，在采用低速柴油机时还加上液力耦合器。（ 4 ）对于破冰船，由于希望在破冰时获得较大的机动性及螺旋桨被卡住时有较大的扭矩多采用电力传动。（ 5 ）内河船舶由于受吃水的限制，常采用中、高速柴油机和齿轮减速传动。此时在主机和齿轮减速器之间一般设弹性联轴器，以吸收扭矩的冲击和减轻因轴线对中偏差造成的影响。（ 6 ）对于工况多变的渔船和推、拖船，则采用调距桨装置更为适宜。（ 7 ）双机单桨推进装置因并车和航行中检修主机的需要，必须加装离合器，如摩擦离合器、液力耦合器等。在考虑经济性时，不但要看传动轴系本身的效率，还要将传动设备的效率、主机效率以及螺旋桨效率联系起来一块考虑。例如，就传动方式本身而言，直接传动的效率比齿轮减速间接传动的效率要高。但采用齿轮减速传动后，螺旋桨转速可以降低，直径可以增加，螺旋桨效率将会提高，因此整个推进装置的效率可能提高。图 5 所示为船舶推进装置的部分组合方案。图 5 传统推进装置选型方案参考文献伍赛特 . 船用柴油机应用前景展望 . 柴油机设计与制造 ,2018,24(03):1-4. 伍赛特 . 基于潜艇 AIP 动力装置的热力发动机闭式循环特征研究 . 内燃机 ,2018(06):54-57+62. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 蓄电池电动船舶的应用前景展望 . 机电技术 ,2018(05):117-120. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 黄连忠，赵俊豪 . 船舶动力装置与特种装备 . 大连：大连海事大学出版社 , 2016.01.; 个人分类: 科普集锦|20676 次阅读|0 个评论

核动力潜艇的关键技术: wusaite 2019-8-29 09:00; 核动力潜艇的关键技术伍赛特 0 引言潜艇发展到今天，早已进入核潜艇时代。核潜艇是核动力潜艇的简称，其动力装置是核反应堆。目前全世界公开宣称拥有核潜艇的国家有 6 个，分别为美国、俄罗斯、英国、法国、中国和印度。其中，美国和俄罗斯拥有的核潜艇的数量最多。要了解美国核动力潜艇的实力，首先应该从核潜艇系统工程角度出发，了解美国核动力潜艇的关键技术的现状和今后发展趋势，才能得出正确的结论。随着科技进步，核动力攻击型潜艇的生命力、战斗力和威胁力在不断提高。核潜艇的总体性能逐步改善、武器装备越来越强、通信手段不断更新和减震降噪效果越来越明显，真正成为“利剑”和“杀手锏”。当然，核潜艇的发展和应用离不开科学技术进步。从核动力潜艇的关键技术人手，对美国核动力攻击型潜艇进行介绍。 1 艇体线型如何兼顾水面航行和潜航推进问题早期对核动力潜艇的评价，以如何有效地解决核动力潜艇在水面航行和潜航推进的问题作为主要的指标。这一工程问题可以分为相互关联的两个方面——艇体型线和推进方式，艇体型线的改善提高了推进系统的效率，反过来新型的推进方式又为艇体型线的发展创造了条件。 1945 年的美国核动力潜艇，包括“巴劳”级和“丁岁鱼”级，这两个级别的核动力潜艇存在两个严重的缺点——有限的水下续航力和航速不能适应水下作战的需要。为了完全下潜，核动力潜艇不得不采用其自身携带的蓄电池 / 电动机组合推进的方式。在这种方式下，在其蓄电池电能耗完时，不得不再对其充电。它在短期供应大量电流的容量是有差别的，在 8 海里 / 小时时，续航力为 10 海里而在 2 海里 / 小时时，续航力则为 50 海里。充电率越低意味着该艇移动速度越慢。但是，长期这样就可能影响到核潜艇的续航力。对这类巡航续航力问题的答案是加装通气管，一根能伸出水面和向柴油机供给空气的小导入管。当潜艇下潜时，允许柴油机运转。但是，加装通气管后的潜艇，其产生的噪声远比装有同等马力的主机、在水面上航行的舰艇要高，而且安静性是潜艇水下性能指标之一，因此，必须进一步改进。解决航速问题涉及到重新设计整个船体的外形。第一步是移去引起流体阻力，从而减少耗费能量的所有附体。这一修改使第二次世界大战海军潜艇的流体阻力几乎减少了 50% ，而且这是多艘第二次世界大战海军潜艇改装的主要措施之一。 GUPPY （ Greater Underwater Propulsion Program ）是改善水下推进方式的大计划，该计划通过诸如移去甲板上的枪炮，以便使其船体呈流线型，增加蓄电池的容量和加装通气管装置等项目，延长了战后柴一电常规潜艇的有效寿命。但是，对于一个给定的艇体线型，航速的增加主要取决于在水中航行时输出的总功率，并且与轴马力的变化有关，是变量的立方函数。因此为了从 5 海里 / 小时变化到 10 海里 / 小时（加倍），要求轴马力增加 8 倍（ 2 3 ）。为了使海军潜艇最大潜航速度从 10 海里 / 小时增加到预期的短期潜航速度 15 ～ 20 海里 / 小时，要求轴马力从 5 100 轴马力增加到 18 000 轴马力以上。在这样的轴马力下，电动机和蓄电池的设计容量可能是极大的，而且对潜艇的要求高得太多。因此不得不采用某些方式来替代柴电组合推进的设计。进一步讲，如果采用核动力这样的新能源，则这一问题将可能得到彻底的改变。从“舰队型”的柴 - 电常规潜艇变换到“快速攻击型核动力潜艇”的过程中，不仅潜艇的主尺度发生了改变，而且在它们的外形上也出现了一个根本性的变化。“刺尾鱼”级快速攻击柴一电常规动力潜艇设计不得不兼顾潜航性能好的船体线型和其需要花费大部分时间在水面航行时的耐波性两个方面。而在“鹦鹉螺”级核潜艇设计方案中，将其船体线型设计得光顺得多，以降低其阻力。在“鳐鱼”级核潜艇设计中积累了大量关于高速潜艇性能的经验，但它仍然保留小型的上层建筑，以利于水面航行，这是第一艘采用“生产设计”方式设计、建造的快速攻击型核动力潜艇。最现代化的美国快速攻击型核潜艇通常采用这样一种船体的形状：它能在工程、适居性、武备和声呐等要求的约束范围内，提供最佳的水下性能。从图 1 中，我们可以看到，这 3 个级别的核潜艇，似乎在外形方面有稍许变化。在“洛杉矶”级核潜艇中，由于潜望镜要求直接穿过艇体通至控制舱，因此，指挥台围壳（水平舵）布置在比最佳位置进一步偏向艉部处。电子光学（ optronic ）型潜望镜不采用长的光学管子穿过船体，因此，可以让设计者能够把指挥台围壳布置在水动力性能最佳的位置上，而不必直接布置在控制舱的上方。“海狼”级核潜艇是大的安静型“蓝水”作战的攻击型核潜艇，当时是用于应对可预见的苏联深潜的高速潜艇的威胁。特种形状的开敞式螺旋桨为效率更高的推进器提供了一个途径。在图 1 的下方看到的是“弗吉尼亚”级核潜艇，其将高速安静型核潜艇的需求与当今全球军事形势揉合在一起，它能同时针对大洋和近海两种功能。图 1 美国快速攻击型核潜艇的外形 1 —“洛杉矶”级核潜艇； 2 —“海狼”级核潜艇； 3 —“弗吉尼亚”级核潜艇 2 动力系统向核动力装置转型第二次世界大战前，美国海军潜艇的通用性面临两个突出的问题。首先是潜艇设计余量的问题。这是美国海军耗费了 10 多年时间探讨的问题。对全世界来说， 1945 年末，第二次世界大战结束，这些核潜艇设计前提条件实际上是不再存在的。普通大众已察觉，在管理方面上的许多问题在陆地上没有发现，但却在海上大量涌现。围绕这些核潜艇和它们的使命，人们已经提出除切断敌人海上补给线和通信作为其任务外，核潜艇部队还需要担负更多的新使命，以维持它们继续存在的必要性。第二个存在的问题是：当时的苏联海军至少拥有 12 艘德国 XX1 型核潜艇，并可能大量仿制或改进这种设计。这些核潜艇的存在对美国海军构成明显的威胁。对核潜艇而言，正确的操作可以使它们比发现其航迹的驱逐舰声呐快，并在汹涛中可能摆脱驱逐舰的跟踪。但是，任何与苏联快速舰艇挑战的战斗群，进入北大西洋或北太平洋是相当冒险的。为了考虑选择新型核潜艇的方案，海上航行舰队司令（ OpNav ）成立了舰船性能研究部（ SCB ）以代替舰船设计总部。舰船性能研究部对设计提出包括性能方面的给定数据的每项要求。此外，舰船性能研究部提供说明设计原则的文件。这些文件不仅作为设计指南，而且作为“舰队型”潜艇仪器性能的指南。 1945 — 1946 年间舰船性能研究部意识到必须重新设计“舰队型”潜艇。新的海军核潜艇的设计方案应尽可能比 XXIC 型核潜艇好或相对好一些。舰船性能研究部想要改进的设计性能包括声呐、武备、安静性、蓄电池和水下航行的续航力、推进系统、水下航速和控制等。 1945 年秋，舰船局的上司要求潜艇的艇长们和部门领导们提出他们对新型核潜艇航速的范围、设计的下潜深度、动力装置和核潜艇上操纵的核武器以及战略等方面的要求。根据这些意见，新型核潜艇的设计潜航深度应增加到 210 米，但要进一步下潜到 300 米是有难度的。水下航速，通过卸掉所有外部的附体、光顺船体线型和整体流线型化，有可能增加得比较多。船模试验表明短的核潜艇比长的核潜艇具有较好的水下性能。初步设计的成果是 1947 年设计的“刺尾鱼”级（ SCB2 ）潜艇。除该设计成果外， 1946 年海上航行舰队司令（ OpNav ）授权进行中期试验计划。该计划包括 2 艘核动力推进的原型艇， 4 个闭式循环系统（其中装载在潜艇上的燃油和氧气，允许主机或锅炉在无外界空气的情况下运转），一艘极地型潜艇和一艘小型潜艇。该计划暂不列入“刺尾鱼”级潜艇建造周期内。但是，由于预算的约束，“刺尾鱼”级潜艇从每年 6 艘减少到每年 2 艘，其中包括原型艇的建造，因为该项设计改变得太快。接着在 1950 年，美国国防总预算削减，潜艇部队还是尽一切努力去争取任何新的核潜艇建造。到了 1952 年财政年度（ Fiscal Year ）预算周期已经结束。“刺尾鱼”级潜艇设计已经过 6 年，需要一项新设计以保持与苏联潜艇同步。 1945 — 1947 年，美国海军在安纳波利斯（美国马里兰州首府，美国海军学院所在地）利用从海底下打捞上来的 U-1406 潜艇的主机舱和德国 XXXVI 型 7 500 HP 的燃气轮机进行研究，而沃尔特闭式循环系统的设计是在曾被使用过的 XXXVI 型燃气轮机的基础上，采用过氧化氢（ H 2 O 2 ）——复合的氧化剂作为燃料，供驱动主机或锅炉之用。“刺尾鱼”级潜艇初步设计的方案之一是利用 2 台配置沃尔特系统的燃气轮机，但是该系统体积太大，以至于不能安装在所考虑的艇体内。同时，人们也研究过其他潜艇推进装置的替代设计方案。这些方案包括 2 台燃气轮机半封闭系统、一个外部燃烧的冷凝循环、自由活塞式燃气发电机或燃气轮机循环，闭式柴油机循环系统和核反应堆蒸汽推进系统。在对改进型柴一电推进替代方案试验时，要求潜艇的尺度能容纳这些系统。因此，到 1952 年，采用核动力作为动力系统具有如此大的吸引力，选用核动力的呼声变得越来越高。事实上，从 1939 年起，美国海军就已经考虑在海军舰艇上采用核能作为推进动力的可能性，并且从 1947 年起已经将其列入实际的工程计划中。经过一系列研究，在 1949 年 8 月确定了最佳推进装置的设计方案，并明确：根据目前技术水平和条件，核动力潜艇能够建造和应该建造。核动力装置能够把新技术与旧装置结合起来。旧装置系指船用蒸汽透平推进装置。这些装置都经过试验、战斗考验和优化成有效的和轻型（系指重量 / 马力的比率）的艇载系统。新技术系指蒸汽发生器。核反应堆是一个利用受控的核裂变反应的装置，它能产生大量的、核潜艇中所需的、能够输送到锅炉的热能，以产生驱动透平的蒸汽。利用核反应堆作为推进和发电装置的主要能源具有很多优点，推进装置可能不必依赖外部空气进行运转，也不要求储备诸如过氧化氢一类的易挥发的氧化剂。为了确定如何更好地使用核动力这一热源来产生功率，舰船性能研究部已经进行各种试验和工程研究。这些主要集中在两个方面：一是应选用的核裂变的类型；二是如何从反应堆的堆芯转变热能，以便提供使用。核裂变的类型包括采用同位素 U 235 浓缩铀的热裂变和采用同位素 U 235 浓缩铀的快速裂变，也考虑采用其他诸如钚一类的裂变材料。热能转换方法包括增压水式、增压气式和液态金属介质式。最终证明：增压水式热反应堆是最具有吸引力的。 1954 年 1 月，世界上第一艘核动力潜艇，美国核潜艇“鹦鹉螺”号（舷号 SSN571 ）从水下发布无线电信号，并依靠核动力航行。在这里，我们不得不插入一段往事。世界上许多人都知道美国海军上将海曼·里科弗（ Hyman Rickover ）的故事。人们公认他个人设计了核动力推进装置。他的名字已经成为美国海军核动力计划的同义词。这位海军上将曾经是一个才气横溢的工程师，但他更是一个管理有方的项目经理。他深知，为了在海军系统中建造和保持一个安全和有效的核动力推进系统，在真正的系统设计范围之外必然会出现一些问题。舰队潜艇系统要足够简单，以使其运行和维护保养能在“大家都懂”的基础上进行，并只须使用最少的技术文件。高级军士监督这种维护保养，并将他们在这方面的经验传授给他们的学生。如因某些设备运行乱套或偏离最佳运行状态而出现失误，则可能会导致严重后果。当然，核反应堆如果出现许多很不正常的状态，就表明整个新的装置出现了事故。为了应付这种危险，海曼·里科弗海军上将制订了严格的操作和维修保养制度，在文件中规定了装置如何操作，以及如何进行维修保养，并编成技术培训课程，予以强调。核动力装置的操作者，在以机械员、电工等身份进行初步技术培训后还要在操作真实的动力装置过程中进行实习。此项培训极为严格，可能被淘汰，但大部分人都会成为合格的操作者。此外，海曼·里科弗海军上将还寻求把这种机制扩大到建造潜艇的船厂及为建造和维修潜艇供应材料的承包商和供应商。他把这些要求都写进了技术规格书和合同中。但这些仅仅是属于海军业务的技术规格书。这就意味着，零件供应商和中间任何一个环节的供应商担负全部的责任。这样，美国潜艇的核动力推进装置一直保持好的安全记录，公众将安全称为“海军上将海曼·里科弗”的传统。 3 减振降噪噪声传播的途径包括发生源和声呐之间的每一样东西，它包括设备的基座、任何中间结构、艇体和外部的水柱。敌方声呐接收到的噪声量值取决于噪声源发出噪声量值的大小、结构噪声传播的方向和途径和水柱的传播能力。敌方的声呐更有效（能探测并分析较低水平的噪声信号），能在更远的距离探出所发出的噪声源的量值大小。为了挫败这种探测能力，潜艇必须降低噪声源的水平和 / 或中断结构的传播途径。潜艇发出的噪声大多数来自艇体内部的旋转机械——泵、电动机、风机等。要使它们安静下来是做得到的，但代价是昂贵的。设备必须进行更精细的维护保养。每一个会发出噪声的设备必须设计得尽可能得安静。每一个会发出噪声的设备必须用通常称为噪声隔堵的隔声设施与艇体隔离。不仅小的设备必须设置噪声隔堵，诸如管道中的流体噪声、变压器的嗡嗡声等噪声都必须降低，而且大型的设备，诸如主推进涡轮机和涡轮发电机也要设置噪声隔堵。噪声源和艇体之间无隔离的连接将会使整个设计失败。这种连接方式称为噪声短路。为创造一艘安静型潜艇，必须进行大量的设计工作，在建造中予以更多的关注，艇员在使用中必须更精细的维护保养并正确的操作，任何检修也要使艇保持安静。此外，这还意味着潜艇需要比无消音要求的潜艇在尺寸方面要大一些。目前，美国核潜艇“海狼”级核潜艇上通过采用喷水推进的方式，在艇体表面敷设消声瓦，并在核潜艇各种的升降装置采用了反雷达波的迷彩涂层以及其他先进的隔振降噪措施，一方面降低了噪音水平，其推进系统和螺旋桨噪声仅为改进型“洛杉矶”级核潜艇的 1/10 ，是第一代“洛杉矶”级核潜艇的 1/70 。另一方面，其隐身性能也得到很大的提升，为以后建造的“弗吉尼亚”级核潜艇减振降噪提供了很好的借鉴。参考文献梁启康，黄恒祥，黄建章 . 美国核动力攻击型潜艇 . 上海：上海交通大学出版社 , 2015.06.; 个人分类: 科普集锦|4304 次阅读|0 个评论

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