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是什麽突破讓中國核潛艇躋身世界最安靜潛艇?

適逢十九大召開之際,中國造船工業傳出重磅消息。據“中船重工”微信公眾號23日報道,10月18日上午,由中船重工七壹二所首套實艇安裝的永磁推進電機動車成功,各項性能指標均滿足技術要求。據軍事專家介紹,永磁電機將對潛艇特別是核潛艇的靜音性能帶來很大提高,這標誌著中國核潛艇將有望成為世界上最安靜的潛艇之壹。

中船重工微信公眾號報道稱,為滿足時間節點要求,七壹二所於9月29日趕赴三亞,開始連續20天夜以繼日的調試工作。相繼完成設備單機恢復、設備通電檢查、設備間通信等工作後,10月8日,整個分系統功能基本恢復。10月16日晚,完成靜態報檢,永磁推進電機具備了動車條件。10月18日上午11時,螺旋槳緩緩運轉,逐漸達到規定轉速,永磁推進電機動車成功。至此,我國首臺擁有完全自主知識產權的艇用永磁推進電機動車成功,為後期試驗奠定了基礎,向十九大獻上了壹份厚禮。

中船重工並未透露永磁電機安裝的潛艇型號以及其基本性能。但專家認為,壹般是按照功率由小到大,安裝對象由簡單到復雜的原則進行試驗,盡管三亞部署有核潛艇和引進自俄羅斯的636型潛艇,但作為首臺艇用永磁推進電機,應該是安裝在常規動力潛艇上,而且相對來說,改裝國產潛艇要比改裝進口潛艇更順手壹些。通常而言,常規潛艇使用的永磁推進電機功率有幾兆瓦,但尚不能確定此次裝機試驗型號的確切功率。

永磁電機優勢巨大

常規潛艇是軍用艦船中首先開始全電力推進的。早期的潛艇受限於蓄電池容量,為節省電能,在水面或者通氣管狀態航行時,采用柴油機直接推進。隨著技術進步,上世紀60年代以後設計的常規潛艇幾乎全都采用全電力推進,即水下水面都用電動機推進。不過,最初各國常規潛艇的全電力推進以交-直流推進為主,也就是在水面或者通氣管狀態時,柴油機帶動交流發電機發電,經整流器整流後直接驅動直流推進電機。直流推進電機易於制造、堅固耐用,但體積大、重量大、控制響應慢而且極限功率小、維護費用高、機械換向噪聲大,可靠性低,這促使人們把目光轉向總體性能更為優越的交流電機。

上世紀70年代,帶橋控整流和含空氣-海水熱交換器的閉式循環冷卻系統的自激式同步交流電機開始裝艇。後來這類同步電機經過優化,成為由海水直接冷卻電機機殼。但這些交流電機需要由銅線繞組的疊片鐵芯、集電器或滑環等,結構復雜,能量損失較大。而永磁技術將消除可能的故障源和能量損失。通過程序設備的匹配,經過電子、電氣設備的控制可很容易地優化能量輸出,更利於提高艦艇航程。總體上看,永磁同步電機體積小、重量輕、噪聲低、效率高,特別是在低速工況下,效率比常規直流電機高出很多,而且結構簡單、可靠性好、維護簡便。更重要的是,其轉子比普通電機輕,結構振動小;永磁電機轉子不發熱,定子可用水冷,因此消除了通風噪聲,也減少了熱信號。

大幅提高核潛艇靜音性

正是由於永磁電機的優勢巨大,上世紀80年代以來,德美英法等國積極研制永磁電機,並已裝艇使用。專家表示,由於永磁電機及其控制系統具有優良性能,尤其是電機重量下降,輕載時效率高等對於潛艇用電力推進系統非常重要。壹項研究顯示,在轉速、功率相同情況下,永磁電機的體積、重量比常規電機分別減少約60%和40%。德國212級潛艇的永磁電機功率達到6.5兆瓦,體積和重量與209級3.6兆瓦電機相差不多。永磁推進電機對核潛艇的靜音效果提高更顯著。傳統核潛艇通過核反應堆驅動汽輪機,汽輪機又通過減速箱向螺旋槳輸出動力,機械振動噪音較大,能量損失也較大。永磁電機技術將有助於核潛艇的全電力推進,取消減速齒輪這個主要噪聲源,使得核潛艇的噪聲降低壹個級別。

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