无任何运动部件，推进效率还高达60%，一款超强的舰船无轴推进器

说起舰船的无轴推进器，大家肯定最容易想到的就是潜艇的无轴泵喷推进器，以及磁流体推进器了。但是这两种推进器在超高航速下存在着固有缺陷，如潜艇的无轴泵喷推进器有运动部件，那么在超高航速下，推进器的震动问题和空化问题就会很严重；磁流体推进器虽无运动部件，但是它会加热海水，效率低，满足不了超高航速需要的大推力要求。推进器无轴化的优越性相信大家都已熟知，那么对于一些超高航速的舰艇，如航速超过80节的高速气泡式气垫船来说，有没有一种无轴化的推进器适合它呢？今天笔者就来讲讲，一种适合超高航速的无轴推进器。

高性能舰船的研究，推进器是至关重要的部分

高性能舰船为何要研发新的冲压泵喷推进器？

随着超高航速表面效应船的发展，尤其是高速气泡式气垫船的发展，气垫船的推进问题显得日渐重要起来了。目前，高速气泡式气垫船主要采用的是超空泡螺旋桨和由水泵驱动的泵喷推进（喷水推进）两种方式。这两种方式均可在高航速下，提供较为合理的推进效率，同时，在舰艇航速未超过80节时（针对船型，这个航速并不是固定的），推进装置重量与船的总重量之比亦可控制在较为合理的范围内。但是若想进一步提高舰艇的航速，则会引起推进装置重量的急剧增加，从而限制了舰艇的航速增加，所以超空泡螺旋桨和泵喷推进器等高速推进器就存在着一个临界值。

超空泡桨

根据 G.F.Wislicenus推导的相关公式（主要适用气垫船，相关公式这里就不介绍了）可知：产生并传动推力的推进系统重量大致随速度的平方成正比。这表明，与速度有关的机器重量是一个临界因素。因此，想要进一步提高舰艇航速，就要想办法减轻高速船舶的推进装置的重量，增大推进系统重量与舰艇总重量的比值。因而，寻求重量轻于现有推进系统的新型推进装置，成为主流方向。航空技术的发展为舰船推进装置提供了一种新的思路，脱胎于航空推进装置的新型舰船高速推进装置就此诞生，它就是具有重量轻、能提供高航速的冲压泵喷推进系统。

燃气轮机上舰，对于高速舰艇的发展起到了很大的作用

冲压泵喷推进器的组成及工作原理

冲压泵喷推进器的组成：

水下冲压泵喷推进器（为了区别于航空冲压发动机），它主要由冲压水流进口、混合室、二相喷管三个部分组成。

冲压泵喷推进器的工作原理

冲压泵喷推进器的工作原理：

工作时，冲压水流进口可使进入推进系统的水流的静压升高。增加静压的方法是将水流向内或向外预扩散。通过进口以后，水流进入混合室，这时将压缩空气喷入水流中。如果混合室中流体的速度能达到一定程度，紊流本身就可使水和扩散开来的气泡混合起来，从而减小工作流体的平均密度。与混合室连在一起的是二相喷管，混合阶段所产生的气泡在二相喷管内向周围流体膨胀，对水相做功，从而加快了混合速度。如果冲压泵喷系统的喷管形状适当的话，那么泄流速度将大于进流速度，结果便产生前进推力。这种推力通常由两种力组合而成，一种是作用在管道前部的正的增力，一种是作用在喷管内外壁上的负的增力。

零速时的冲压泵喷推进器

冲压泵喷推进器压缩空气的类型及其适用

冲压泵喷推进系统一般采用两种类型的空气压缩混合过程，即绝热混合过程（向混合室压入热空气）和等热混合过程（压缩空气温度与周围环境温度相等）。不同类型的空气压缩循环对推进效率影响非常重要。对于大型冲压泵喷推进系统来说，应当采用等热压缩循环，因它所需的安装轴马力较小。但这种系统必须采用多级空气压缩机，多级压缩机之间还必须装有中间冷却器。空气压缩机可直接和主机连在一起所以整个装置特别轻，因为没有任何转动部件与水接触，系统不易发生因吸人杂物而受到损坏的现象。

著名的无轴推进器“Inline Thruster”无法避免桨叶损坏的问题

结语

事实上，现在对于水下冲压泵喷推进的原理的研究还不是十分清晰。但是，它具有结构简单（由一根结构简单的管道组成），在水下部分没有任何活动部件，具有重量轻的特点；以及将压缩空气喷人管道的高压区域便可形成二相射流，通过气相的膨胀使通过喷管的流体获得加速度从而产生前进推力，这些特点是得到研究人员认可的。冲压泵喷推进这种二相流体可用Euler和Bayleigh的气泡相对于水相的运动方程和热动力学第一定律表示。运用电子计算机解这些方程即可算出推力和推进效率。一般推进效率可达到50％~60％，这远超很多传统的常规推进器，所以冲压泵喷装置是一种非常适合于高速表面效应船的推进系统。

高性能舰船

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