并不是中國(guó)獨(dú)有的，無(wú)軸泵推技術(shù)，早在1937年就被提出了

軍武數(shù)據(jù)庫(kù)

前天在一個(gè)回復(fù)中有人提到了無(wú)軸泵推，還信誓旦旦的說(shuō)這是咱們獨(dú)有的技術(shù)。

但真相是什么？今天咱們聊聊。

本質(zhì)上，從傳播學(xué)來(lái)講民眾對(duì)新奇事物的口碑往往會(huì)高于對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的口碑。一旦一個(gè)事物顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知，那么這種設(shè)計(jì)無(wú)論本身多么拉垮都會(huì)先被捧上神壇。

就拿“轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)”來(lái)說(shuō)吧。你知道為什么它也叫“汪克爾引擎”嗎？因?yàn)檫@東西是德國(guó)人費(fèi)利克斯·汪克爾（Felix Wankel）在1950年代發(fā)明的。他拋棄了傳統(tǒng)活塞，改用一個(gè)偏心轉(zhuǎn)子在封閉橢圓腔體中轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓縮、燃燒、排氣的連續(xù)流程——聽(tīng)起來(lái)是不是比活塞還優(yōu)雅？

可就是這么一個(gè)看起來(lái)“降維打擊”的設(shè)計(jì)，最初卻沒(méi)人敢用。汪克爾自己拉起NSU公司搞應(yīng)用，大眾、柯蒂斯等大廠看過(guò)原型機(jī)后也都搖頭，量產(chǎn)完全無(wú)望。直到1960年代，一個(gè)靠做啤酒瓶瓶蓋起家的日本公司——沒(méi)錯(cuò)，就是馬自達(dá)，花錢(qián)買了專利，把它用到了自家的RX系列跑車上。

于是，從此“汪克爾引擎=馬自達(dá)”成了汽車史上的一段奇妙緣分。但你要說(shuō)這個(gè)引擎后來(lái)被廣泛采用了嗎？并沒(méi)有。燒機(jī)油、熱效率差、排放超標(biāo)，問(wèn)題一堆堆。所以這項(xiàng)“看起來(lái)很美”的技術(shù)，最終依然只是成為小眾玩家的“信仰”。這“信仰”是動(dòng)力嗎？真不是而是“搞怪”。

類似的東西太多太多了，比如磁懸浮列車——不靠輪子靠“浮”的，聽(tīng)著像未來(lái)世界的通勤標(biāo)配。但問(wèn)題是：浮起來(lái)容易，便宜運(yùn)行才難。德國(guó)、日本都搞過(guò)，燒了無(wú)數(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)，最后發(fā)現(xiàn)造價(jià)是高鐵的兩倍，維護(hù)成本更離譜，全球范圍內(nèi)真正跑起來(lái)的就那幾條“面子工程”，例如上海機(jī)場(chǎng)里那條短短的磁懸浮線路29公里的距離收費(fèi)50塊，同里程的高鐵價(jià)格大約也就是12塊5（高鐵里程均價(jià)0.42元/公里）；或者軍用領(lǐng)域的無(wú)殼彈、火箭動(dòng)力手槍、電動(dòng)坦克……比比皆是。

無(wú)他，都是很奇特=吸引眼球。但這東西并不一定是工程學(xué)上的最優(yōu)解。

那么說(shuō)回?zé)o軸泵推技術(shù)，它給人的概念是啥？本來(lái)螺旋槳是需要一個(gè)軸的。但是這個(gè)設(shè)計(jì)去掉了軸，就像本來(lái)內(nèi)燃機(jī)是需要?dú)飧缀突钊粯?，去掉了關(guān)鍵部件就“亮眼”了，于是某些人就不由自主的嗨了起來(lái)，日光之下并無(wú)新事，所有的事情都是有相同模式的。

當(dāng)然了，不是Diss五軸泵推，咱們首先要先看一下無(wú)軸泵推解決了什么問(wèn)題：

從字面上講“無(wú)軸”就是取消掉了螺旋槳系統(tǒng)的傳動(dòng)軸。

在傳統(tǒng)艦船設(shè)計(jì)中，動(dòng)力系統(tǒng)——無(wú)論是蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)還是柴油機(jī)——輸出的扭矩都要通過(guò)一根巨大的主傳動(dòng)軸（main propulsion shaft / propeller shaft）連接到尾部的螺旋槳，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。這根軸從機(jī)艙貫穿整個(gè)艦體后段，穿過(guò)多個(gè)軸承艙、密封艙、減速箱，是整艘艦船里最“壓艙”的存在之一。

如果你覺(jué)得這根軸可能也就手臂粗，那你就大錯(cuò)特錯(cuò)了。

來(lái)看圖（見(jiàn)上），這不是地鐵管道，也不是水泥輸送筒，而是某型大型船只的主推進(jìn)軸。注意看右側(cè)工程師身邊的比例，這根軸的直徑幾乎達(dá)到成人肩寬，長(zhǎng)度從你腳下延伸到幾十米開(kāi)外，它不僅笨重，而且極其昂貴，制造、運(yùn)輸、安裝和校準(zhǔn)都是高精尖活計(jì)。

在船里有了這么一根（或多根）這么巨大的金屬軸在高速旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一圈，都會(huì)產(chǎn)生軸承摩擦、機(jī)械震動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振；同時(shí)這根軸又要通到船外，對(duì)水密、傳動(dòng)效率、維護(hù)都是需要解決的問(wèn)題。

主傳動(dòng)軸軸不僅僅是船的動(dòng)力命脈又是一艘現(xiàn)代艦船的麻煩根源。

但是，主軸又有一個(gè)好處。做船舶設(shè)計(jì)的人又不是傻子，不可能放任主軸那么多缺點(diǎn)，反而“頭鐵”幾十年都堅(jiān)持用這種結(jié)構(gòu)。它之所以能在各種艦船上長(zhǎng)盛不衰，是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)實(shí)在太扎實(shí)了。

最大的好處就是——傳動(dòng)效率幾乎沒(méi)有損耗，效率接近于100%。

什么意思？就是主機(jī)輸出多少扭矩，幾乎就能一比一、無(wú)損耗地傳到槳葉上。中間沒(méi)有電能轉(zhuǎn)換，沒(méi)有磁場(chǎng)泄露，沒(méi)有散熱模塊需要降溫，也沒(méi)有復(fù)雜控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)。你轉(zhuǎn)，我就跟著轉(zhuǎn)。這是最直接的力學(xué)傳動(dòng)，也是最穩(wěn)定的能量通道。

如果你擔(dān)心“扭矩傳遞不過(guò)去”怎么辦？簡(jiǎn)單——軸不夠粗，那就加粗。這是最樸素也是最有效的工程邏輯。這也正是為什么我們?cè)诂F(xiàn)代大型艦船中，常常能看到那種如“地鐵隧道”一般粗壯的推進(jìn)軸：它就是要靠結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)保障絕對(duì)的傳動(dòng)剛性和功率上限。

然后，咱們說(shuō)無(wú)軸泵推里面的“泵”，泵就是字面意思是的“泵”，它是對(duì)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)效率的優(yōu)化組件。

確切說(shuō)就是把螺旋槳外圍包在一個(gè)封閉圓筒里——最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)叫做軸流泵。

就是依靠螺旋槳葉片帶動(dòng)水流的裝置，在船上如果用于推進(jìn)，一般的來(lái)說(shuō)流水的方向就會(huì)導(dǎo)向船尾。

那么這樣做有什么好處？或者說(shuō)這樣做真有好處嗎？不一定！

都是流體，我們看一個(gè)更直觀的：

如果封閉結(jié)構(gòu)絕對(duì)好的話，那么我們就看不到渦輪螺旋槳運(yùn)輸機(jī)了。而現(xiàn)在看到的設(shè)計(jì)依然是對(duì)半開(kāi)。

那么把螺旋槳放到函道里面的騷操作的理論依據(jù)是什么呢？

無(wú)論在天上飛還是在海里游，從流體動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，泵噴推進(jìn)（pumpjet propulsion）其實(shí)就是在傳統(tǒng)螺旋槳的基礎(chǔ)上加了一層“流體管道管理”——它并不是把螺旋槳封死，而是通過(guò)導(dǎo)管和導(dǎo)葉控制水流（氣流）的進(jìn)入方式與離開(kāi)方式，從而實(shí)現(xiàn)更加規(guī)整的流動(dòng)、更低的能量損失。

這背后的理論基礎(chǔ)之一就是減少“誘導(dǎo)阻力”（induced drag）與“尾渦損失”（wake swirl loss）。

在開(kāi)放式螺旋槳中，槳葉高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)把水流切割成劇烈擾動(dòng)的螺旋尾流，伴隨大量能量被浪費(fèi)在徑向旋渦和湍流之中；而加上泵套之后，這些原本“亂跑”的尾流被導(dǎo)管限制在通道中，水流方向被統(tǒng)一、動(dòng)量被集中、旋渦被減弱，于是效率就更高了。

更專業(yè)一點(diǎn)地說(shuō)，泵噴系統(tǒng)會(huì)在螺旋槳前布置“預(yù)旋葉片”（preswirl Stator），在后方布置“導(dǎo)流葉片”（diffuser vane），它們分別負(fù)責(zé)引導(dǎo)入水形成“前置旋流”、以及消除出水中的“反向渦量”。正是這套導(dǎo)葉系統(tǒng)，使得泵噴推進(jìn)比裸槳推進(jìn)在相同推力下具備更小的能耗損失。

然而這件事并不絕對(duì)，泵推的效率只在特定速度以上有優(yōu)勢(shì)。泵推之所以能提高推進(jìn)效率，是因?yàn)樗种屏烁咚傩郎u脫落與誘導(dǎo)阻力，使尾跡更穩(wěn)定、能量利用率更高。但這種優(yōu)化是有前提的：水流要有足夠的動(dòng)能，才能被“可控地導(dǎo)向并加速”。

而在低速（比如某些常規(guī)潛艇在靜音航行、掃雷艦巡邏、港口操作等階段），泵噴的結(jié)構(gòu)阻力反而會(huì)變成包袱，例如：管道結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)附加摩擦阻力、預(yù)旋裝置和導(dǎo)流葉片在低速時(shí)反而會(huì)擾亂流場(chǎng)……所以開(kāi)放式螺旋槳和函道式樣推進(jìn)（泵推），無(wú)論是在航空設(shè)計(jì)領(lǐng)域還是還航海中都各有各的適用場(chǎng)景，并不是某一個(gè)設(shè)計(jì)就是推進(jìn)系統(tǒng)的終極形態(tài)。

那么把“泵推”和“無(wú)軸”放在一起呢？

這種設(shè)計(jì)又是為了解決什么問(wèn)題而存在的呢？

從工程邏輯上看，“泵推”是為了解決開(kāi)放式螺旋槳在中高速下尾渦混亂、能量浪費(fèi)大、聲學(xué)特征明顯等問(wèn)題，而“無(wú)軸”則是為了解決傳統(tǒng)主傳動(dòng)軸在艦船內(nèi)部體積大、震動(dòng)強(qiáng)、維護(hù)難、穿艙成本高的老毛病。似乎它就成了潛艇推進(jìn)器的一個(gè)合適選擇——了吧？

不過(guò)，這玩意起初并不被用在潛艇上，而是作為船舶的轉(zhuǎn)向器而存在的。

起初大型船舶轉(zhuǎn)向不僅僅是靠舵，還會(huì)依靠一小小型的轉(zhuǎn)向推進(jìn)器，但是對(duì)比上圖藍(lán)色的轉(zhuǎn)舵輪最右邊的似乎更省空間吧？

這個(gè)設(shè)計(jì)在上世紀(jì)40年代就已經(jīng)出來(lái)了，只不過(guò)相對(duì)于機(jī)械的軸傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，還是左邊更加直給有軸傳動(dòng)更加方便。

直到本世紀(jì)60年代，直流電機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，無(wú)軸泵推才真正走向了主流。

怎么實(shí)現(xiàn)的？

我們來(lái)看它的結(jié)構(gòu)圖（如上圖）。如果你學(xué)過(guò)一點(diǎn)電機(jī)原理，會(huì)猛然發(fā)現(xiàn)：這其實(shí)就是一個(gè)被封裝在環(huán)形管道里的空心電動(dòng)機(jī)。

圖中最外層叫做Duct（導(dǎo)管），它將整個(gè)推進(jìn)器封閉成一個(gè)環(huán)狀通道，里面就是“泵噴”部分的外殼。內(nèi)部靠近導(dǎo)管一圈是定子（Stator），通電之后會(huì)在空腔中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。與它配合的是中間這圈有磁體的轉(zhuǎn)子（Rotor），也就是被磁場(chǎng)“驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)”的那一圈金屬環(huán)。

再往內(nèi)就是真正起推進(jìn)作用的螺旋槳葉片（Propeller），它們直接和轉(zhuǎn)子固定在一起，轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)，螺旋槳就跟著轉(zhuǎn)，而所有這一切，完全不需要一根中心軸穿出船體——?jiǎng)恿驮谕七M(jìn)器內(nèi)部完成了“閉環(huán)”。

至于固定結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)部分之間的支撐怎么辦？這就靠所謂的流體動(dòng)壓軸承（fluid dynamic bearings）來(lái)完成支撐和潤(rùn)滑。這種軸承沒(méi)有金屬直接接觸，依靠流體膜支撐轉(zhuǎn)子，摩擦更小、噪音更低，非常適合潛艇這種對(duì)靜音要求極高的環(huán)境。

于是，這個(gè)系統(tǒng)不僅解決了傳統(tǒng)傳動(dòng)軸的問(wèn)題（穿艙、震動(dòng)、噪音），還順帶實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)、導(dǎo)流、降噪、電驅(qū)一體化，黑科技嗎？

那么問(wèn)題來(lái)了，這樣做已經(jīng)做到酷炫了，真比有軸的優(yōu)秀嗎？不一定！最大的致命點(diǎn)是這玩意是用電的！如果是核反應(yīng)堆或者蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸汽輪機(jī)，旋轉(zhuǎn)輸出動(dòng)力，那么蒸汽輪機(jī)輸出端的能量損失極小，動(dòng)力可以通過(guò)軸來(lái)直接傳遞給螺旋槳槳葉。但是核反應(yīng)堆和蒸汽輪機(jī)很難直接輸出動(dòng)能，需要依靠發(fā)電機(jī)發(fā)電，而發(fā)出來(lái)的電再通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

沒(méi)看錯(cuò)！是的——無(wú)軸泵推的底層邏輯就是“以電代軸”。聽(tīng)起來(lái)挺未來(lái)，但它真的適合所有動(dòng)力系統(tǒng)嗎？那可不一定。

傳統(tǒng)的柴油機(jī)或蒸汽輪機(jī)，是直接以機(jī)械軸輸出動(dòng)力的。在這種情況下，把動(dòng)力直接通過(guò)傳動(dòng)軸送到螺旋槳，是最高效的方式。沒(méi)有電能轉(zhuǎn)化損耗，沒(méi)有雙向功率因數(shù)問(wèn)題，更沒(méi)有什么電磁干擾之類的副作用。

可一旦你強(qiáng)行把這套系統(tǒng)電氣化——比如用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，再把電輸送到尾部的無(wú)軸電機(jī)，那你就得面對(duì)連續(xù)兩次能量轉(zhuǎn)換的效率損耗（熱能 → 電能，再到電能 → 機(jī)械動(dòng)能），再怎么優(yōu)化也比不上直軸那種“你一動(dòng)我就跟著動(dòng)”的機(jī)械傳動(dòng)。

那么，為什么在核潛艇里卻反而偏偏是泵推+電驅(qū)當(dāng)?shù)滥兀?/p>

答案是因?yàn)楹藙?dòng)力系統(tǒng)本身就不是“直給”的。

核潛艇不是航母，無(wú)論你是反應(yīng)堆產(chǎn)生蒸汽還是氣冷堆發(fā)熱，都要通過(guò)蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電，再把電供給全船系統(tǒng)。在核潛艇里，“電”本來(lái)就是主力能源形式，而不是“附加產(chǎn)物”。所以與其先發(fā)電再通過(guò)軸把扭矩傳出去，不如干脆一步到位，直接上電機(jī)電驅(qū)，能量路徑更短更可控，還能順帶把推進(jìn)系統(tǒng)做成一體化靜音結(jié)構(gòu)。

所以說(shuō)，無(wú)軸泵推并不是某個(gè)國(guó)家的獨(dú)門(mén)絕技，它是船舶推進(jìn)設(shè)計(jì)在“從動(dòng)力源到任務(wù)目標(biāo)”這條鏈路上，尋找最優(yōu)解的自然結(jié)果。傳統(tǒng)船舶動(dòng)力鏈條短、損耗低，就保留了機(jī)械軸；核潛艇天然就是“發(fā)電站”，那就把電一路干到底，順帶給你一個(gè)外形規(guī)整、噪音低得可怕的黑科技推進(jìn)器。

但這個(gè)東西是我們獨(dú)有遙遙領(lǐng)先嗎？還真不是，泵推+無(wú)軸+電的形式推進(jìn)的潛艇是法國(guó)的。早在上世紀(jì)80年代，法國(guó)開(kāi)始了一項(xiàng)叫做“AMETHYSTE”的項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)水下戰(zhàn)術(shù)運(yùn)動(dòng)性能（AMEliorationTacticiqueHYdrodynamique）、推進(jìn)鏈靜音化（SilenceTransmission） 與 被動(dòng)監(jiān)聽(tīng)能力（écoute）的協(xié)同提升，反正字面意思就是這個(gè)，該死的法語(yǔ)……W君看看就是頭大。

在這個(gè)項(xiàng)目里面討論了無(wú)軸泵推進(jìn)技術(shù)，并在紅寶石級(jí)第五艘紫水晶號(hào)上首先做出了泵推的嘗試。這是1987年的事情了，到了2004年事故后的大修就順勢(shì)換成了無(wú)軸泵推的推進(jìn)器。不過(guò)，這個(gè)設(shè)計(jì)也是擔(dān)任了一部分試驗(yàn)性的工作。2007年法國(guó)的新一代潛艇梭魚(yú)級(jí)（也叫“敘弗朗級(jí)”）則是在借鑒了紫水晶號(hào)的經(jīng)驗(yàn)后直接使用了無(wú)軸泵推技術(shù)。這個(gè)級(jí)別的首艦在2019年7月12日下水，并于2022年6月3日正式服役。

其實(shí)，泵推的潛艇已經(jīng)有很多了：

無(wú)軸泵推法國(guó)的新一代潛艇梭魚(yú)級(jí)算是第一個(gè)。至于咱們的無(wú)軸泵推目前只是一個(gè)傳言，還沒(méi)有真正的實(shí)際證據(jù)證明我們要使用這個(gè)技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)潛艇。

不過(guò)，就像前面說(shuō)的，以及以前說(shuō)的一樣，外觀的新奇并不代表性能的優(yōu)越，也不一定是工程上的最優(yōu)解。

而且，無(wú)軸泵推的核心缺點(diǎn)在于能量路徑復(fù)雜，導(dǎo)致效率損耗顯著——必須先發(fā)電再電驅(qū)，遠(yuǎn)不如直軸傳動(dòng)直接高效。此外，電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)體積受限，功率密度難以提升，高速高負(fù)荷下易受制約；同時(shí)電機(jī)冷卻、電磁屏蔽、流體動(dòng)壓軸承等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，故障風(fēng)險(xiǎn)上升。再加上電磁輻射可能暴露潛艇位置，對(duì)潛艇“靜音”與隱蔽性反而是一種潛在威脅。因此它并非適合所有艦艇的平臺(tái)級(jí)“終極方案”。尤其是，這事情還是法國(guó)人大張旗鼓的開(kāi)始搞起來(lái)的，真正了解法國(guó)人天馬行空的技術(shù)的……還是長(zhǎng)點(diǎn)心吧。

還不明白？那開(kāi)過(guò)法國(guó)車嗎？？？