军舰另类隐身术：螺旋桨后面的小桨是做什么用的？

周伯通

军舰另类隐身术：螺旋桨后面的小桨是做什么用的？

2021-11-19 11:02

螺旋桨是船舶制造的核心技术之一，随着科技的进步，如今螺旋桨的设计理念、外形构造等都有了突飞猛进的发展和变化，其中不乏各国的独门技术。因此我们经常在报道中看到新下水的军舰，尤其是潜艇把螺旋桨包成粽子，就怕机密外泄。不过在一些少见的能把螺旋桨展出的场合，我们经常看到在主螺旋桨后面还有一个小的螺旋桨，很多人不明白这个东西是做什么用的，难道嫌大螺旋桨的推力不够，加个小的来凑？

当然不是。这个东西叫消涡鳍，是2000年之后才大规模推广使用的一种新技术，所以看它眼生是正常的。除民用外，它问世后不久就被各国军用造船领域视为珍宝并大量采用，为何呢？这事要从军舰推力系统的一个大忌说起：茫茫大海中军舰的脚印和指纹——尾流。

图：在海上发现军舰是很难的，发现它的尾流容易得多

躺着中枪的佩里

冷战中，苏联海军开发出了尾流制导鱼雷，只要锁定军舰的尾流，就可在尾流轨迹中“S”型反复穿越，直至击中目标。这种鱼雷对美军的航母编队造成极大威胁，当美国海军部长在记者发布会上被问及如何应对时，海军部长干脆地说，那我只好在航母后面放一艘佩里级护卫舰了。

图：国产航母的尾流

毫无疑问，尾流会破坏隐身并对军舰的安全造成威胁。那么问题来了：

尾流是怎么产生的？

舰艇尾流的产生当然和螺旋桨的运动有关——螺旋桨在工作时，表面的水流会被带着沿螺旋桨旋转的方向流动，由于速度很快，螺旋桨和水流之间形成低压，压力越小则水的沸点越低——有点像高原上随气压降低沸点可以低到煮不熟食物的道理。而当沸点低于临界值时，水就会沸腾产生空气，学名”毂涡空泡”。

这个现象在物理学称作“伯努利效应”，说通俗点就是当物体在水中运动得足够快时，摩擦造成的低压会产生空气。

图：子弹高速运动产生的空气泡，这就是伯努利效应。简单说空气不是从枪膛里带出来的，而是子弹和水摩擦产生的。说得再专业点这个气泡经历了反复扩张-收缩（“气泡脉动”）、逐渐溃灭（“气蚀”）的过程。

螺旋桨高速旋转时具体来说可以形成两股气泡：一是桨的末端和水流摩擦产生的螺旋状气泡，二是水流会随着旋转汇集到桨轴的后端中心位置，形成形成类似子弹打出去造成的条状气泡，这两类气泡学名都是“毂涡空泡”。

图：桨的末端和水摩擦产生的螺旋状气泡和桨轴后部中心区产生的直条状空泡，这两个都是毂涡空泡。

不用问毂涡空泡会对水流形成干扰使螺旋桨的效率变低，减少输出功率。对军用船只来说，这个问题就更严重：气泡随紊流升到海面上就会形成前文说的尾流，暴露舰艇位置。而对潜艇来说，气泡还有一个更致命的后果：噪音。

为了消除空泡，设计师们首先发明了消涡鳍，也就是开篇所言大螺旋桨后面那个小桨。小桨的作用是可以有效清除桨后部中心区的那一条细长的空泡带，属于小发明大作用那种装置。

图：没有安装消涡鳍的螺旋桨，能清楚地看到后部中心区的那条毂涡空泡

图：安装了消涡鳍后，毂涡空泡消失了

接下来外面一圈长袖善舞的螺旋状空泡怎么办？好办：拿一个罩子把螺旋桨整个罩起来！这就是现代潜艇以及一些水面舰艇常用的动力装置：泵推系统。泵推系统有效地清除了毂涡空泡，减少了尾流和噪音，目前已经是大型潜艇，尤其是核潜艇的必选推动装置。

图：泵推装置，按局座的说法这东西还有一大好处是不怕海带缠

图：泵推动图，可看到无任何气泡产生

除潜艇外，水面舰艇目前也广泛使用了泵推装置，除消除毂涡空泡外，它还可以改进船只的操纵性，有效降低震动，甚至可以调节喷射方向使船舶随意转向等，因此泵推装置目前越发展越复杂，是评价舰艇整体先进水平的一个指标。如我国著名的022导弹艇，其泵推装置就可随意调节喷射方向，起到部分舵的作用，效果类似歼10B的矢量尾喷，总体技术已达到国际领先水平。

图：022的泵推示意图，注意其还可以反推（刹车）

无轴泵推：今后军用舰艇推动系统的兵家必争

泵推技术虽然牛但缺点也多，一个是结构复杂死重太多，还有一个问题始终无法解决：传动轴自身工作的震动和噪音无法消除。这一点对民用船只无妨，但对军舰尤其是潜艇来说事关重大。于是更新的一代螺旋桨推进系统就这么诞生了：去掉传动轴的无轴泵推。

无轴泵推的桨叶安装在外侧的环状导管内侧，由电机带动整个环状导管内部桨叶一起旋转，从而取消了传动轴，从根本上杜绝了驱动轴这个舰艇最大的震动和噪音源。

图：无轴泵推，桨叶不再由驱动轴带动旋转，而是由周围一圈的环状导管（轨）带动旋转，从根本上杜绝了传动轴的噪音。

无轴泵推技术使“海底拖拉机”彻底成为历史。目前国产无轴泵推技术处于世界第一集团，和国外的一些技术互有优劣，但还都处于试验阶段。可以预计，将来谁把这一技术率先实用化，将领先同时代竞争者一个身位。

华武白狐

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