說起艦船的無軸推進器，大家肯定最容易想到的就是潛艇的無軸泵噴推進器，以及磁流體推進器了。但是這兩種推進器在超高航速下存在著固有缺陷，如潛艇的無軸泵噴推進器有運動部件，那么在超高航速下，推進器的震動問題和空化問題就會很嚴重；磁流體推進器雖無運動部件，但是它會加熱海水，效率低，滿足不了超高航速需要的大推力要求。推進器無軸化的優(yōu)越性相信大家都已熟知，那么對于一些超高航速的艦艇，如航速超過80節(jié)的高速氣泡式氣墊船來說，有沒有一種無軸化的推進器適合它呢？今天筆者就來講講，一種適合超高航速的無軸推進器。
高性能艦船的研究，推進器是至關(guān)重要的部分
隨著超高航速表面效應(yīng)船的發(fā)展，尤其是高速氣泡式氣墊船的發(fā)展，氣墊船的推進問題顯得日漸重要起來了。目前，高速氣泡式氣墊船主要采用的是超空泡螺旋槳和由水泵驅(qū)動的泵噴推進（噴水推進）兩種方式。這兩種方式均可在高航速下，提供較為合理的推進效率，同時，在艦艇航速未超過80節(jié)時（針對船型，這個航速并不是固定的），推進裝置重量與船的總重量之比亦可控制在較為合理的范圍內(nèi)。但是若想進一步提高艦艇的航速，則會引起推進裝置重量的急劇增加，從而限制了艦艇的航速增加，所以超空泡螺旋槳和泵噴推進器等高速推進器就存在著一個臨界值。
超空泡槳
根據(jù) G.F.Wislicenus推導(dǎo)的相關(guān)公式（主要適用氣墊船，相關(guān)公式這里就不介紹了）可知：產(chǎn)生并傳動推力的推進系統(tǒng)重量大致隨速度的平方成正比。這表明，與速度有關(guān)的機器重量是一個臨界因素。因此，想要進一步提高艦艇航速，就要想辦法減輕高速船舶的推進裝置的重量，增大推進系統(tǒng)重量與艦艇總重量的比值。因而，尋求重量輕于現(xiàn)有推進系統(tǒng)的新型推進裝置，成為主流方向。航空技術(shù)的發(fā)展為艦船推進裝置提供了一種新的思路，脫胎于航空推進裝置的新型艦船高速推進裝置就此誕生，它就是具有重量輕、能提供高航速的沖壓泵噴推進系統(tǒng)。
燃氣輪機上艦，對于高速艦艇的發(fā)展起到了很大的作用
沖壓泵噴推進器的組成：
水下沖壓泵噴推進器（為了區(qū)別于航空沖壓發(fā)動機），它主要由沖壓水流進口、混合室、二相噴管三個部分組成。
沖壓泵噴推進器的工作原理
沖壓泵噴推進器的工作原理：
工作時，沖壓水流進口可使進入推進系統(tǒng)的水流的靜壓升高。增加靜壓的方法是將水流向內(nèi)或向外預(yù)擴散。通過進口以后，水流進入混合室，這時將壓縮空氣噴入水流中。如果混合室中流體的速度能達到一定程度，紊流本身就可使水和擴散開來的氣泡混合起來，從而減小工作流體的平均密度。與混合室連在一起的是二相噴管，混合階段所產(chǎn)生的氣泡在二相噴管內(nèi)向周圍流體膨脹，對水相做功，從而加快了混合速度。如果沖壓泵噴系統(tǒng)的噴管形狀適當?shù)脑?，那么泄流速度將大于進流速度，結(jié)果便產(chǎn)生前進推力。這種推力通常由兩種力組合而成，一種是作用在管道前部的正的增力，一種是作用在噴管內(nèi)外壁上的負的增力。
零速時的沖壓泵噴推進器
沖壓泵噴推進系統(tǒng)一般采用兩種類型的空氣壓縮混合過程，即絕熱混合過程（向混合室壓入熱空氣）和等熱混合過程（壓縮空氣溫度與周圍環(huán)境溫度相等）。不同類型的空氣壓縮循環(huán)對推進效率影響非常重要。對于大型沖壓泵噴推進系統(tǒng)來說，應(yīng)當采用等熱壓縮循環(huán)，因它所需的安裝軸馬力較小。但這種系統(tǒng)必須采用多級空氣壓縮機，多級壓縮機之間還必須裝有中間冷卻器?？諝鈮嚎s機可直接和主機連在一起所以整個裝置特別輕，因為沒有任何轉(zhuǎn)動部件與水接觸，系統(tǒng)不易發(fā)生因吸人雜物而受到損壞的現(xiàn)象。
著名的無軸推進器“Inline Thruster”無法避免槳葉損壞的問題
事實上，現(xiàn)在對于水下沖壓泵噴推進的原理的研究還不是十分清晰。但是，它具有結(jié)構(gòu)簡單（由一根結(jié)構(gòu)簡單的管道組成），在水下部分沒有任何活動部件，具有重量輕的特點；以及將壓縮空氣噴人管道的高壓區(qū)域便可形成二相射流，通過氣相的膨脹使通過噴管的流體獲得加速度從而產(chǎn)生前進推力，這些特點是得到研究人員認可的。沖壓泵噴推進這種二相流體可用Euler和Bayleigh的氣泡相對于水相的運動方程和熱動力學(xué)第一定律表示。運用電子計算機解這些方程即可算出推力和推進效率。一般推進效率可達到50％~60％，這遠超很多傳統(tǒng)的常規(guī)推進器，所以沖壓泵噴裝置是一種非常適合于高速表面效應(yīng)船的推進系統(tǒng)。
高性能艦船
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