并不是中國獨有的，無軸泵推技術(shù)，早在1937年就被提出了

軍武數(shù)據(jù)庫

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

但真相是什么？今天咱們聊聊。

本質(zhì)上，從傳播學(xué)來講民眾對新奇事物的口碑往往會高于對傳統(tǒng)設(shè)計的口碑。一旦一個事物顛覆了傳統(tǒng)認知，那么這種設(shè)計無論本身多么拉垮都會先被捧上神壇。

就拿“轉(zhuǎn)子發(fā)動機”來說吧。你知道為什么它也叫“汪克爾引擎”嗎？因為這東西是德國人費利克斯·汪克爾（Felix Wankel）在1950年代發(fā)明的。他拋棄了傳統(tǒng)活塞，改用一個偏心轉(zhuǎn)子在封閉橢圓腔體中轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)壓縮、燃燒、排氣的連續(xù)流程——聽起來是不是比活塞還優(yōu)雅？

可就是這么一個看起來“降維打擊”的設(shè)計，最初卻沒人敢用。汪克爾自己拉起NSU公司搞應(yīng)用，大眾、柯蒂斯等大廠看過原型機后也都搖頭，量產(chǎn)完全無望。直到1960年代，一個靠做啤酒瓶瓶蓋起家的日本公司——沒錯，就是馬自達，花錢買了專利，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”成了汽車史上的一段奇妙緣分。但你要說這個引擎后來被廣泛采用了嗎？并沒有。燒機油、熱效率差、排放超標(biāo)，問題一堆堆。所以這項“看起來很美”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，聽著像未來世界的通勤標(biāo)配。但問題是：浮起來容易，便宜運行才難。德國、日本都搞過，燒了無數(shù)研發(fā)經(jīng)費，最后發(fā)現(xiàn)造價是高鐵的兩倍，維護成本更離譜，全球范圍內(nèi)真正跑起來的就那幾條“面子工程”，例如上海機場里那條短短的磁懸浮線路29公里的距離收費50塊，同里程的高鐵價格大約也就是12塊5（高鐵里程均價0.42元/公里）；或者軍用領(lǐng)域的無殼彈、火箭動力手槍、電動坦克……比比皆是。

無他，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。

那么說回?zé)o軸泵推技術(shù)，它給人的概念是啥？本來螺旋槳是需要一個軸的。但是這個設(shè)計去掉了軸，就像本來內(nèi)燃機是需要氣缸和活塞一樣，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，日光之下并無新事，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軸泵推解決了什么問題：

從字面上講“無軸”就是取消掉了螺旋槳系統(tǒng)的傳動軸。

在傳統(tǒng)艦船設(shè)計中，動力系統(tǒng)——無論是蒸汽輪機、燃氣輪機還是柴油機——輸出的扭矩都要通過一根巨大的主傳動軸（main propulsion shaft / propeller shaft）連接到尾部的螺旋槳，實現(xiàn)動力傳遞。這根軸從機艙貫穿整個艦體后段，穿過多個軸承艙、密封艙、減速箱，是整艘艦船里最“壓艙”的存在之一。

如果你覺得這根軸可能也就手臂粗，那你就大錯特錯了。

來看圖（見上），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軸。注意看右側(cè)工程師身邊的比例，這根軸的直徑幾乎達到成人肩寬，長度從你腳下延伸到幾十米開外，它不僅笨重，而且極其昂貴，制造、運輸、安裝和校準(zhǔn)都是高精尖活計。

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，都會產(chǎn)生軸承摩擦、機械震動、結(jié)構(gòu)共振；同時這根軸又要通到船外，對水密、傳動效率、維護都是需要解決的問題。

主傳動軸軸不僅僅是船的動力命脈又是一艘現(xiàn)代艦船的麻煩根源。

但是，主軸又有一個好處。做船舶設(shè)計的人又不是傻子，不可能放任主軸那么多缺點，反而“頭鐵”幾十年都堅持用這種結(jié)構(gòu)。它之所以能在各種艦船上長盛不衰，是因為它的優(yōu)點實在太扎實了。

最大的好處就是——傳動效率幾乎沒有損耗，效率接近于100%。

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

如果你擔(dān)心“扭矩傳遞不過去”怎么辦？簡單——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在現(xiàn)代大型艦船中，常常能看到那種如“地鐵隧道”一般粗壯的推進軸：它就是要靠結(jié)構(gòu)尺寸來保障絕對的傳動剛性和功率上限。

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

確切說就是把螺旋槳外圍包在一個封閉圓筒里——最簡單的設(shè)計叫做軸流泵。

就是依靠螺旋槳葉片帶動水流的裝置，在船上如果用于推進，一般的來說流水的方向就會導(dǎo)向船尾。

那么這樣做有什么好處？或者說這樣做真有好處嗎？不一定！

都是流體，我們看一個更直觀的：

如果封閉結(jié)構(gòu)絕對好的話，那么我們就看不到渦輪螺旋槳運輸機了。而現(xiàn)在看到的設(shè)計依然是對半開。

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？

無論在天上飛還是在海里游，從流體動力學(xué)的角度來看，泵噴推進（pumpjet propulsion）其實就是在傳統(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，而是通過導(dǎo)管和導(dǎo)葉控制水流（氣流）的進入方式與離開方式，從而實現(xiàn)更加規(guī)整的流動、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）。

在開放式螺旋槳中，槳葉高速旋轉(zhuǎn)時會把水流切割成劇烈擾動的螺旋尾流，伴隨大量能量被浪費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、動量被集中、旋渦被減弱，于是效率就更高了。

更專業(yè)一點地說，泵噴系統(tǒng)會在螺旋槳前布置“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)，使得泵噴推進比裸槳推進在相同推力下具備更小的能耗損失。

然而這件事并不絕對，泵推的效率只在特定速度以上有優(yōu)勢。泵推之所以能提高推進效率，是因為它抑制了高速旋渦脫落與誘導(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)阻力反而會變成包袱，例如：管道結(jié)構(gòu)會帶來附加摩擦阻力、預(yù)旋裝置和導(dǎo)流葉片在低速時反而會擾亂流場……所以開放式螺旋槳和函道式樣推進（泵推），無論是在航空設(shè)計領(lǐng)域還是還航海中都各有各的適用場景，并不是某一個設(shè)計就是推進系統(tǒng)的終極形態(tài)。

那么把“泵推”和“無軸”放在一起呢？

這種設(shè)計又是為了解決什么問題而存在的呢？

從工程邏輯上看，“泵推”是為了解決開放式螺旋槳在中高速下尾渦混亂、能量浪費大、聲學(xué)特征明顯等問題，而“無軸”則是為了解決傳統(tǒng)主傳動軸在艦船內(nèi)部體積大、震動強、維護難、穿艙成本高的老毛病。似乎它就成了潛艇推進器的一個合適選擇——了吧？

不過，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，還會依靠一小小型的轉(zhuǎn)向推進器，但是對比上圖藍色的轉(zhuǎn)舵輪最右邊的似乎更省空間吧？

這個設(shè)計在上世紀(jì)40年代就已經(jīng)出來了，只不過相對于機械的軸傳動來說，還是左邊更加直給有軸傳動更加方便。

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

怎么實現(xiàn)的？

我們來看它的結(jié)構(gòu)圖（如上圖）。如果你學(xué)過一點電機原理，會猛然發(fā)現(xiàn)：這其實就是一個被封裝在環(huán)形管道里的空心電動機。

圖中最外層叫做Duct（導(dǎo)管），它將整個推進器封閉成一個環(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），通電之后會在空腔中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。與它配合的是中間這圈有磁體的轉(zhuǎn)子（Rotor），也就是被磁場“驅(qū)動旋轉(zhuǎn)”的那一圈金屬環(huán)。

再往內(nèi)就是真正起推進作用的螺旋槳葉片（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——動力就在推進器內(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壓軸承（fluid dynamic bearings）來完成支撐和潤滑。這種軸承沒有金屬直接接觸，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靜音要求極高的環(huán)境。

于是，這個系統(tǒng)不僅解決了傳統(tǒng)傳動軸的問題（穿艙、震動、噪音），還順帶實現(xiàn)了推進、導(dǎo)流、降噪、電驅(qū)一體化，黑科技嗎？

那么問題來了，這樣做已經(jīng)做到酷炫了，真比有軸的優(yōu)秀嗎？不一定！最大的致命點是這玩意是用電的！如果是核反應(yīng)堆或者蒸汽機驅(qū)動的蒸汽輪機，旋轉(zhuǎn)輸出動力，那么蒸汽輪機輸出端的能量損失極小，動力可以通過軸來直接傳遞給螺旋槳槳葉。但是核反應(yīng)堆和蒸汽輪機很難直接輸出動能，需要依靠發(fā)電機發(fā)電，而發(fā)出來的電再通過電動機轉(zhuǎn)化為動能

沒看錯！是的——無軸泵推的底層邏輯就是“以電代軸”。聽起來挺未來，但它真的適合所有動力系統(tǒng)嗎？那可不一定。

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

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

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>

答案是因為核動力系統(tǒng)本身就不是“直給”的。

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

所以說，無軸泵推并不是某個國家的獨門絕技，它是船舶推進設(shè)計在“從動力源到任務(wù)目標(biāo)”這條鏈路上，尋找最優(yōu)解的自然結(jié)果。傳統(tǒng)船舶動力鏈條短、損耗低，就保留了機械軸；核潛艇天然就是“發(fā)電站”，那就把電一路干到底，順帶給你一個外形規(guī)整、噪音低得可怕的黑科技推進器。

但這個東西是我們獨有遙遙領(lǐng)先嗎？還真不是，泵推+無軸+電的形式推進的潛艇是法國的。早在上世紀(jì)80年代，法國開始了一項叫做“AMETHYSTE”的項目，強調(diào)水下戰(zhàn)術(shù)運動性能（AMEliorationTacticiqueHYdrodynamique）、推進鏈靜音化（SilenceTransmission） 與 被動監(jiān)聽能力（écoute）的協(xié)同提升，反正字面意思就是這個，該死的法語……W君看看就是頭大。

在這個項目里面討論了無軸泵推進技術(shù)，并在紅寶石級第五艘紫水晶號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換成了無軸泵推的推進器。不過，這個設(shè)計也是擔(dān)任了一部分試驗性的工作。2007年法國的新一代潛艇梭魚級（也叫“敘弗朗級”）則是在借鑒了紫水晶號的經(jīng)驗后直接使用了無軸泵推技術(shù)。這個級別的首艦在2019年7月12日下水，并于2022年6月3日正式服役。

其實，泵推的潛艇已經(jīng)有很多了：

無軸泵推法國的新一代潛艇梭魚級算是第一個。至于咱們的無軸泵推目前只是一個傳言，還沒有真正的實際證據(jù)證明我們要使用這個技術(shù)來驅(qū)動潛艇。

不過，就像前面說的，以及以前說的一樣，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，無軸泵推的核心缺點在于能量路徑復(fù)雜，導(dǎo)致效率損耗顯著——必須先發(fā)電再電驅(qū)，遠不如直軸傳動直接高效。此外，電動推進系統(tǒng)體積受限，功率密度難以提升，高速高負荷下易受制約；同時電機冷卻、電磁屏蔽、流體動壓軸承等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護困難，故障風(fēng)險上升。再加上電磁輻射可能暴露潛艇位置，對潛艇“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級“終極方案”。尤其是，這事情還是法國人大張旗鼓的開始搞起來的，真正了解法國人天馬行空的技術(shù)的……還是長點心吧。

還不明白？那開過法國車嗎？？？