三项关键技术先进美国50年

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2017-09-05 19:21:18

刀口:三项关键技术先进美国50年中国新型核潜艇意外曝光

战争爆发,战事进入激烈紧张阶段。

漆黑的夜里,浩瀚的太平洋上一支航母编队正在急匆匆的赶路,编队实行了灯火管制,海面上一艘艘艨艟巨舰犹如移动的黑色大山破浪前进。

空中,三架全球鹰无人机忠实的履行自己的使命,早已经在航母编队到来前,无数遍扫描了航母编队制定的绝密航线的前方,基本判定在宽达100公里长约数千公里的航路上没有任何商船,特别是没有一艘敌人的潜艇,更别说水面舰艇了。

水下,两艘弗吉尼亚级核攻击潜艇早于航母编队绝密航路上任何敌人潜艇进行了拉网般的搜寻,与空中的全球鹰配合严密的监视着海面和水下的任何蛛丝马迹,似乎一切正常。

目前航母编队已经进入了西太平洋的深处,避开了传统商业航线的航母编队已经有几天没有看见任何一艘船了。

进入下半夜,航母编队进入了低温洋流和暖流的汇集区,海面上也骤起6级以上的大浪,海洋噪声大于95分贝。就在这时,几艘护航的伯克级驱逐舰声呐兵几乎同时听到了不明潜艇鱼雷发射管开盖的砰砰声,接着是鱼雷出管的声音,几条重型鱼雷高速奔向正在航行的航母,海面上登时响起凄厉的警报......

虽然航母及时采取了发射反鱼雷诱饵装置和满舵规避等措施,但是仍然有2条重型鱼雷击中了航母的舯部,几十间防水隔舱被击穿,大量海水涌入舱内,航母舰面已经开始倾斜,人员伤亡惨重,有的部位还燃起大火。为了减少进水的速度舰长下令停止航行,全力开展损管作业,并向破损舱体的对面舱室注入压舱水以保持平衡。

当然,要击沉这样一艘海上巨无霸是困难的,但是这艘航母受到如此重创如果不回厂急修,接下来什么事情都可能发生。即便勉强到达战区,起飞和回收战斗机都需要高航速,这是绝对不可能做到的。另外,既然已经被对手发现,接下来的航程将会步步受到对手准确的拦截和阻击,如果被对手的弹道导弹盯上,更是一场灭顶之灾。

接下来是航母编队中的护航兵力开始全力搜寻隐藏在水下的敌方潜艇,但是半天过去了仍然一无所获,战后得知敌方潜艇早以20节的静音高速逃离了战场。

根据分析,前方的弗吉尼亚级核潜艇已经在航路上反复搜索了几遍,没有发现可疑的敌方大型核潜艇,而常规潜艇在近3000公里的距离内也不可能不被空中的全球鹰无人机所发现,包括所谓的AIP潜艇。即便是AIP常规潜艇也没有这样长时间潜航而不露出水面充电的,只要一露面空中交替监视的全球鹰就会发现。

答案只有一个,就是对手使用了高速运动的核潜艇,而且是大量的静音核潜艇,对手同样对极广阔的洋面进行了扇面和别针形的来回搜索,确保在任何区域搜寻到航母战斗群。

扮猪吃虎创造海战新奇迹

最近中国海军真是好消息不断,继002航母(所谓的001A)下水和055万吨大驱下水后,网上最近又盛传一组中国海军发展新型装备的会议截图,每一幅都称得上“惊世骇俗”令人大饱眼福,没想到中国海军进步这么快,真有一种日新月异的感觉。笔者专门挑出两幅介绍“小堆核潜艇”的图做一篇拙文,希望朋友们喜欢。

低温小堆核潜艇对全世界的海军都是一件全新的装备,虽然各大核潜艇研发国家都有研究,但是都是停留在纸面上和理论上,因为这牵扯一个大国的整体战略构想、作战样式,各自的技术瓶颈、经费拨款等极其复杂的问题,谁说起来都是夸夸其谈,真正动手去做又有无数的难题摆在那里,往往形成“狗咬刺猬=不知道从何处下嘴”的局面。所以,中国首先研发成功低温堆核潜艇,它将以“扮猪吃虎”的面貌出现,改变世界海军战略的格局,就此形成又一个“我有敌无”的颠覆性质的大杀器,会对未来的海战乃至整个战争产生巨大的颠覆性质的影响。

刀口谈兵:三项关键技术先进美国50年中国新型核潜艇意外曝光

图 注意红色箭头指示的两艘潜艇相似之处“凸台”

以上“拼接图”其实来自两张不同时期曝光的图,左图早在几年前就已经面世,右图则是刚刚新鲜出炉的“海军装备部副部长赵登平在西工大讲课图”,这两张图上的模型有惊人的相似之处,说明就是同一型潜艇。

上图的左图介绍了超导电磁流体推进小堆核潜艇的概况,中国船舶重工集团公司第七一四所设计的这型潜艇属于最先进的超导电磁流体推进型核潜艇,全长85米,排水量4500吨,装有小型核反应堆,6个电磁流体,电磁2X10牛顿,航速在20-30节上下。

而右侧介绍的“小型核潜艇”在外形上几乎与左侧图上的“超导电磁流体推进小堆核潜艇”完全一致,特别明显的标志是围壳前都有一个一模一样的“凸台”。

刀口谈兵:三项关键技术先进美国50年中国新型核潜艇意外曝光

奇妙的“凸台”奇妙的作用

这个凸台应该是这型低温小堆核潜艇反应堆第三回路冷却用海水的入口(注意凸台前端有两个海水进口的白色标记),道理何在?因为低温反应堆主要是利用海水为工作和冷却介质,海水进口设置在艇首就可以不用循环泵,而是利用航速产生的压力在第三回路进行冷热交换(不是互相掺和),将海水冷却后的冷却液再次回流到反应堆活性区,再次加温,如此循环往复。

这种艇首凸台的设计可以说是神来之笔,反应堆的一回路主循环泵是潜艇的主要噪声源,不设置主循环泵就意味着没有了循环泵产生的噪声,这也是低温堆设置三回路的奥妙,这种三回路的设计属于自然循环反应堆。

凸台的另外一个妙用是超导磁流体推进装置的通道前后端分别设有海水吸人导流管和喷出导流管,所以这个凸台还是超导磁流体推进装置通道前端海水吸入导流管的入口,与三回路公用一个入口,巧妙的得到一举两得的功效。

核潜艇的另外一个最大的噪声源是齿轮变速箱,而这型小堆核潜艇主要靠超导电磁流体推进,动力主要是由反应堆-汽轮机-发电机-超导电磁流体推进,不但取消了齿轮变速箱甚至没有传动轴,直接靠超导电磁流体推进,就是俗称的“无轴泵喷”。

无轴泵喷虽然不能说达到无声无息的水平,但是肯定要比美国和西方最新型的核潜艇如海狼级、弗吉尼亚级、机敏级的“有轴泵喷”噪音要小的多的多。“有轴泵喷”是对核潜艇齿轮变速箱噪声的补救,至少还有由齿轮变速箱伸出的一根传动轴,即便这两样设施工艺上再精密,咬合和转动产生的噪音几乎是不可避免的。

简单说,采用超导电磁流体推进,不但省掉了减速齿轮箱,也省掉了电动机,以及反应堆-发电机下面所有的机械传动系统,直接用电缆就可以连接超导电磁流体推进系统,实现最大可能的静音效果,这要比目前全世界所有的核潜艇都要静音而且推力巨大。

“中国的小型核潜艇”可不是小个子

先不说世界上一直以最小核潜艇著称的法国红宝石核潜艇,这型核潜艇全长72米,宽7.6米,水上航行时吃水6.4米,水上排水量2385吨,水下排水量2670吨,仅相当于一艘常规潜艇,真不负“袖珍核潜艇”的称号。动力装置为CAS48型一体化反应堆,功率为4.8MW,堆芯寿命25年。该级艇最大下潜深度300米,改进型增加到350米,水下最高航速25节,自持力45天。

图 法国红宝石核潜艇,呵呵,那么小。

美国的第一艘所谓的静音反潜核潜艇“白鱼号”(仅造一艘)水面排水量2317吨,水下排水量2640吨。长83.2米、宽7.1米。动力装置由1座S2C压水堆和1个汽轮发电机组成,单轴下潜深度200米,静音水平很高,但是航速太低,最高只有15节,就是一艘试验型核潜艇。

图 美国“白鱼号”全电核潜艇,只有2640吨

即便是美国第二代攻击型核潜艇“长尾鲨”级,主尺度:艇长84.9米,艇宽9.6米,吃水7.6米;水上排水量3750吨,水下排水量4310吨。核反应堆为S5W压水堆,单轴,15000轴马力。该艇水上航速20节,水下航速25节以上。该级艇的工作深度300-400米,试验下潜深度400米。还要比中国的这型“小型核潜艇”排水量少200吨!

图 美国的第二代攻击型核潜艇“长尾鲨”级,比中国的小型核潜艇排水量还少200吨哩

为了加深印象,我们把中国的这型核潜艇的数据再贴一遍:超导电磁流体推进型核潜艇,全长85米,排水量4500吨,装有小型核反应堆,6个电磁流体,电磁2X10牛顿,航速在20-30节上下。

中国的所谓小型核潜艇排水量居然比美国二代主力核攻击潜艇还要大200吨,是不是有点出人意料(注意对比上面黑体字介绍的三型外国核潜艇排水量)?!

一招鲜吃遍天

中国新型核潜艇(所谓的“小型核潜艇”)其实有三招鲜,一招是低温反应堆,第二招是超导电磁流体推进,第三招最重要,就是中压直流综合电力系统的应用。

这三招美国和西方谁都没有攻克,特别是第三招。美国在50年前就曾经花费大气力攻关,先后建造了两型试验核潜艇,一型是“白鱼号”另外一型是“格莱纳德.利普斯科姆号”都采用了反应堆-汽轮机-电力推进模式,试验期间曾经获得了当时最安静核潜艇的称号,但是都因为解决不好电力系统的可靠性而不再被后继的核潜艇所采用,关键就是解决不好交流电与直流电机的问题。

简单说,当核潜艇上的反应堆停堆时,直流电机可以利用艇上的蓄电池进行稳定的工作,而交流电机和汽轮发电机组如果在上述方面要达到直流电机的功能,就必须增设变流机组等许多额外设备,以便将交流转换为直流,这不仅增加了相关电气设备的数量,更重要的是也增加了电力推进的复杂性和核潜艇设计与制造难度,特别是一旦任何一件交流电分系统出现问题,就要整个系统停止运转进行维修,那么舰船就会陷入瘫痪,这种事近几年一直在美、英舰船上发生,可谓丑态百出。

所以,虽然这两型核潜艇造出来了,根本问题没有解决,造成设备过于繁多和复杂故障频出,还有一个致命的问题就是航速太低。最后的结果是,这两型花了大钱造出来的“全电核潜艇”基本上失败,都是只造了一艘就偃旗息鼓了。美海军甚至做出决定,以后包括第三代洛杉矶级和海狼级以及第四代弗吉尼亚级都不再采用反应堆-汽轮机-电力推进(全电)模式,而是回到反应堆-汽轮机-减速齿轮推进的老路上,即便是吹的最响的海狼级和弗吉尼亚级都只能靠减振浮垫解决噪声问题,成为美国式的“堤内损失堤外补”实际上是治标而不治本的措施。

朱姆沃尔特DDG1000

有人会问,那啥?是美国吗?号称世界上最先进的美国居然不能攻克这样的技术?事实就是如此,有人心里再爱美国也不能回避这个现实。

其实说起来这也没什么不能接受的,综合电力系统的应用本身就是舰船动力以来的第三次革命,美国率先探索过,只是没有成功而已。虽然美国急急忙忙的将还不成熟的“全电”概念引入朱姆沃尔特DDG1000和濒海战斗舰,结果大家也看到了,还是不成功。

而“全电”还不是综合电力系统应用的全部,只是很小一部分,关键的关键是美国没有解决在舰船上如何将交流电变成直流电机的驱动和应用上。

本节开头就说了,一招鲜吃遍天,中国就解决了中压直流综合电力系统的研发和应用,马伟明院士的团队就解决了这个问题,按照马伟明院士的话说,“综合电力系统领先就领先美国”,“我们解决的不仅仅是噪声问题”“美国还在预研,我们领先美国至少十几年”。

介绍马伟明院士的实际中赫然写到“那时候,西方国家在电力技术领域一直领跑世界,其重大关键技术比我国至少领先几十年。学成回到海军工程大学后,马伟明果断决定拓展研究领域,瞄准电力电子技术、电磁兼容领域研究,推进电气工程领域发展。

在攻关研制多相电机这一课题的时候,他们发现,我国第一代核潜艇由于没有电推技术,噪音高,不利于隐蔽。

如果能研制一个同时发出交流电和直流电的发电机,直接带动螺旋桨,噪声不就减小了吗?当马伟明带领研究小组打破思维定势提出这一设想时,得到的几乎是一片否定声:“全世界都没有做出来”“西方发达国家都认为这条路是走不通的”……

面对质疑,马伟明说:“落后不是中国人的专利,外国能做到中国也能做到,甚至做得更好!” 经过10年艰苦攻关,他和团队终于研制出世界上第一台交直流发电机系统,中国潜艇真正拥有了具有完全自主知识产权的“中国心”!

接力攻关,步步跨越。他们马不停蹄,集中力量,向第三代集成化发电系统发起全面冲击。历经6年成功研制的高速感应发电机系统,突破多项重大关键技术。”

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