1661年，英国人图古德和海斯发明了一项专利，该专利是采用一种特别的方法迫使水流通过船舶底部或两舷使船舶前进，这被视为是喷水推进的起始，比螺旋桨的发明早了19年。1944年，G.F.Wislicenus首先提出使用导管螺旋桨或者泵喷（喷水）的方式来降低流经桨叶水流的流速，从而改善推进器的空化性能。1957年美国宾夕法尼亚大学ARL研究所的工程师成功地设计出世界首台泵喷推进器，并开始应用于重型鱼雷上。自此，开启了鱼雷的泵喷推进时代。到目前为止，世界各国设计的航速高于45节以上的高速鱼雷已全部采用泵喷推进。

鱼雷的泵喷推进器（模型）

而在冷战时期，美国为了确保潜艇在下一个世纪能够强于苏联，制定了建造新一代攻击型核潜艇计划。在此背景下，美国开始着手将泵喷推进器引入到新一代攻击型核潜艇上。虽然泵喷技术源于美国，但真正第一个将泵喷推进器应用于核潜艇的并不是美国。1984年，英国率先在“特拉法尔加”级攻击核潜艇的二号舰，“汹涌”号（Turbulent）上装备泵喷推进器，这是世界上第一艘采用泵喷推进的核潜艇。自此开始，西方阵营开始陆续发展采用泵喷推进器的核潜艇，如英国的“前卫”级、“机敏”级；法国的“梭鱼”级、“凯旋”级；美国的“海狼”级、“弗吉尼亚”级等。

核潜艇的泵喷推进器

泵喷推进器之所以在核潜艇上大热，是因为泵喷推进器有两个非常突出的优势。

一是推进效率略高于7叶大侧斜桨。泵喷推进器所承受作用力的部件由7叶桨中的单个桨叶扩展为转子、定子（导轮）和导管三个部件。当导管产生零推力或小推力时，通过合理分配转子和定子叶片作用力的负载，可以做到在空化性能相对于7叶桨更优的条件下推进效率也略高。此外，当定子位于转子前方时（前置导轮），进入转子叶片的水流产生周向预旋，能够有效改善转子叶片进流角，减小叶栅通道内流体二次流动损失，对提高效率和降低噪声均有利。当定子位于转子后方时（后置导轮），定子叶片通过充分回收转子叶片周向旋转尾流，能够显著减小喷出水流的周向紊流，也对提高效率和降低辐射噪声有利。

泵喷推进器

二是辐射噪声低于7叶大侧斜桨。由于转子和定子位于导管内壁包裹空间，导管能够起到一定的吸声和声抑制作用。其次，转子叶片数通常多于7叶，且转子直径比7叶大侧斜桨小，叶片负载比桨叶更低，叶梢周向旋转速度更小，使得泵喷推进器的辐射噪声线谱比7叶桨更低。还有，在航速越高时，泵喷推进器的进流冲压越大，则叶轮的空泡裕度越大，推进器更不容易空化。文献表明：在低航速时，泵喷推进器的低频线谱噪声比7叶大侧斜螺旋桨要小15dB以上，宽带谱总噪声级下降10dB以上。在高航速时，由于泵喷推进器的空化性能优于7叶桨，使得临界航速更高，那么中高航速时的空化噪声就会显著低于7叶桨，降噪效果更为明显。

螺旋桨的空化

与泵喷推进器在核潜艇上的大热不同，在常规潜艇领域采用泵喷推进器的仅有一艘。在冷战末期，苏联为了应对美国开始发展泵喷推进的核潜艇，开始在“基洛”级潜艇上试验泵喷推进技术。1990年，采用了泵喷推进的B-871常规潜艇服役，这是迄今为止唯一艘采用泵喷的常规潜艇（笔者所了解的）。这样我们难免有疑问：泵喷推进器所具有的推进效率高和辐射噪声低的优势，不正是常规潜艇的推进器所需要的吗？为何常规潜艇不去装备泵喷推进器呢？

装备有泵喷推进器的B-871常规潜艇

为何常规潜艇不去装备泵喷推进器？关于这个问题，我们可能很容易联想到核动力潜艇和常规潜艇的水下航速差异。由于核动力装置在运转时不依赖空气，水下能源供给充足，所以核动力潜艇能在水下长时间的高速航行。核动力潜艇的水下航速普遍在25节以上。而常规动力潜艇水下能源供给有限，为了提高续航力往往采用经济航速航行。常规潜艇的水下经济航速往往不足5节。加之之前有一种主流观点认为，高速时泵喷推进器的效率高于螺旋桨，中低速时则低于螺旋桨。由于常规潜艇本身航速较低，推进器的噪声问题并不突出，加之泵喷推进器在低速时的效率低于螺旋桨，那么我们就容易得到这样一种结论：选用结构简单可靠、且低航速下性能更优异的7叶大侧斜桨更适合常规动力潜艇。也正因此，常规潜艇普遍不采用泵喷推进方式。

潜艇的7叶大侧斜桨

以上这个观点呢，曾是笔者认为正确的观点，且多次在文章中提及。然而笔者在最近的学习中发现：近年来的研究表明，设计得当的泵喷推进器，在低航速下的推进效率也可以优于螺旋桨。例如海军工程大学相关的室所设计的喷水推进器，装备在设计航速仅有2节的蛙人输送器，它的推进效率就远高于原先已使用的导管螺旋桨。这样的话，再用低航速时泵喷推进器的效率低于螺旋桨，来解释常规潜艇为何不去装备泵喷推进器，显然是不正确的。那么常规潜艇不装备泵喷推进器的真正原因到底是什么呢？

试验证明泵喷推进器在低航速下的推进效率也可以优于螺旋桨

在战术上，敌人为了防潜艇会设置防潜封锁区。为了使潜艇不能一次在水下通过封锁区，迫使其在中途浮起充电而暴露，防潜封锁区的纵深往往大于潜艇水下经济航速时的续航力。而潜艇航行时所需的推进功率与航速的三次方成正比；加之蓄电池具有放电电流越大，输出电能越少，放电电流越小，输出电能越接近电池容量的最大限额的特性。因此，常规动力潜艇往往在水下通过降低航速航行的方式，来增加潜艇的续航力，从而突破敌人的防潜封锁区。潜艇在通过封锁区的航速一般在2~4节之间，考虑到洋流的影响，最好采用3~4节。（1节（kn）≈1.852千米/小时）

常规潜艇低航速能获得更大的水下续航力

而核动力潜艇由于不存在能源供给问题，可以始终以高航速在水下航行。但是在敌人的防潜封锁区域内，布置有大量的水声侦听设备来搜索潜艇航行时发出的噪声。因此，核潜艇必须用降低航行噪声的方式通过防潜区。降低核潜艇的水下航行速度，可以使螺旋桨和水动力噪声减小，此时艇内的机械噪声强度也随着推进功率的减小明显降低，从而使潜艇总的辐射噪声强度减弱。由于海洋中存在海洋噪声，潜艇在某航速下发出的辐射噪声强度等于或低于海洋噪声级，则可利用海洋噪声作掩蔽，从而使水声侦听设备难以侦听到，这时潜艇的航速就称为低噪声航速。

海洋噪声是潜艇有效的掩蔽手段

而在另一方面，通过采取措施降低潜艇噪声从而提高低噪声航速，以便缩短通过敌人的防潜封锁区时间，在战术上具有很实际的意义，对核动力潜艇尤其如此。这也是为何核动力潜艇抛弃7叶大侧斜桨，而选用高航速噪声性能优异的泵喷推进器的关键因素之一。而反观常规动力潜艇，由于能源供给问题限制死了水下经济航速，而这一经济航速又恰好和低噪声航速一致，这样也没必要采取降噪措施来提高低噪声航速。这也就是为何常规潜艇不去选用泵喷推进器而是装备7叶大侧斜桨的重要因素。当然，未来常规动力潜艇的电池技术或者不依赖空气推进系统（Air Independent Propulsion System，AIP系统）取得重大突破，让常规潜艇的水下经济航速大幅度提高，那么提高低噪声航速就变得有意义了。届时，常规潜艇装备泵喷推进器也是有可能的。

现阶段，7叶大侧斜桨仍是常规动力潜艇最适合的推进器

参考文献资料：《现代潜艇设计理论与技术》《喷水推进和泵喷推进的概念：共性、特性及区别》《喷水推进及推进泵设计理论与技术》《舰船新型推进系统》《船舶喷水推进》

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作者：小船人的梦想 2020年8月9号