艦船推進(jìn)器作為艦船最重要的部件之一，它的性能好壞直接影響著整個艦船的性能。為此，如何制造出簡單、可靠、高效，且振動小、安靜型、占用空間小的推進(jìn)器，一直是廣大工程師們追求的目標(biāo)。自2005年美國海軍在Tango Bravo計劃提出潛艇的“無軸推進(jìn)方案”后，像是給艦船推進(jìn)器的研究打開了新的世界。那么艦船推進(jìn)器無軸化的優(yōu)越性到底在哪里呢？筆者今天就從基礎(chǔ)原理講起，深入淺出的來探討一下。

艦船推進(jìn)器無軸化的優(yōu)越性在哪里？

所謂艦船推進(jìn)器無軸化的優(yōu)越性，本質(zhì)上就是對于有軸推進(jìn)器所存在問題的的消除和改進(jìn)，所以我們要找到艦船推進(jìn)器無軸化的優(yōu)越性在哪里？還是要從推進(jìn)器軸系自身所存在的問題出發(fā)。

軸系的振動問題

軸系自身的振動問題，是軸系最主要的危害，因為它會造成軸系部件（例如尾管、推力軸承等）的損壞；同時軸系的振動有可能造成船體局部振動，破環(huán)船體結(jié)構(gòu)安全，影響船舶舒適性；最后，軸系的振動還會激發(fā)噪音，對于民用船舶來說同樣會影響舒適性，對于軍用艦艇（包括潛艇）來說，還會破壞其隱身性能。既然軸系的振動危害那么大，那么它是從何而來的呢？

軸系振動的由來：

艦船的推進(jìn)軸系是一個彈性系統(tǒng)，當(dāng)這個彈性系統(tǒng)在實際運轉(zhuǎn)中，受到各種沖擊和周期激振力，以及自身擾度的影響，會產(chǎn)生振動。一般來說，艦船推進(jìn)軸系的振動形式有扭轉(zhuǎn)振動、縱向振動和回旋振動。

扭轉(zhuǎn)振動是由主機(jī)輸出扭矩的不均勻性以及螺旋槳負(fù)荷扭矩的不均勻性，使推進(jìn)軸系在周期性交變力矩作用下運轉(zhuǎn)，當(dāng)交變力矩的頻率和推進(jìn)軸系的扭振固有頻率相同時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象。在這種共振情況下，整個軸系的多個軸段將發(fā)生來回擺動的強(qiáng)迫振動現(xiàn)象。

縱向振動是軸系在螺旋槳的交變推力以及主機(jī)運動件產(chǎn)生的等效軸向激振力等作用下，激起軸系縱向來回振動。當(dāng)扭轉(zhuǎn)振動頻率和縱向振動頻率相同或相近時，還會產(chǎn)生扭振和縱振的耦合振動。

回旋振動實質(zhì)上是軸系的進(jìn)動，即軸系一方面以某一角速度繞其自身的幾何中心線旋轉(zhuǎn)，同時彎曲的幾何中心線又以某一角速度繞支撐中心線旋轉(zhuǎn)。前一種旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于自轉(zhuǎn)，后一種旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)角速度又稱為進(jìn)動角速度或回旋角速度。

對軸系振動問題的改進(jìn)措施：

事實上，現(xiàn)在人們對軸系的振動及減振技術(shù)的研究已取得了不錯的成果。我們可以通過合理的計算來避開振動的強(qiáng)區(qū)間；以及通過設(shè)置相關(guān)裝置（例如彈性聯(lián)軸器）來減小振動；當(dāng)然還可以采用輸出扭矩更均勻的電動機(jī)和汽輪機(jī)等來取代往復(fù)熱機(jī)（柴油機(jī)），消除主機(jī)帶來的激振力等?？傊瑢τ谳S系振動問題的改進(jìn)措施，都是建立在消除振動危害的基礎(chǔ)上。

無軸化是對軸系振動問題最大的改進(jìn)：

固然，通過恰當(dāng)?shù)拇胧┠艽蟠鬁p小軸系振動的危害，但還是無法從根本上消除振動的影響，因為這是軸系本身的缺陷。因此，對于舒適度和安靜性要求不高的船舶來說，振動問題只要能降到了合理程度即可；但對于舒適度和靜音性要求極高的高端游艇、豪華客輪、軍艦等就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。在這其中尤其是潛艇，因為噪聲對于潛艇來說是致命的。為此，如果能開發(fā)出無軸的推進(jìn)器，則能從根本上解決振動的問題。

軸系對艦船空間影響的問題

軸系除了存在振動的問題，其對于艦船空間的影響也是個不容小視的問題。這個問題在長軸系的船舶中尤為突出。例如，軍用艦艇一般采用中置或者中后置機(jī)艙，這樣傳動軸就勢必要橫穿整個后部的船舶空間，才能把主機(jī)的扭矩傳遞給尾部的螺旋槳。傳動軸要橫穿船舶后部空間，勢必會對船舶后部艙室，以及軸系的布置帶來一些困難；同時對于船舶自身和軸系運轉(zhuǎn)的安全也會帶來不小的影響。一般這類船舶都會設(shè)置專門的軸隧、軸弄來放置軸系，這樣就要占據(jù)艦船大量的寶貴空間。所以如果能開發(fā)出無軸的推進(jìn)器，除了能大大節(jié)約艦船的寶貴空間，還能優(yōu)化船舶艙室的布置，解除對推進(jìn)器自身布置的束縛。

關(guān)于無軸推進(jìn)器的拓展

因為推進(jìn)器無軸化所帶來的優(yōu)越性，尤其是在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用價值，所以各國都在爭相研究無軸推進(jìn)器。事實上，關(guān)于無軸推進(jìn)器的研究思路有很多種，例如，氣體噴射發(fā)動機(jī)、齒輪傳動、容積泵噴射等等，但是其中最為成功的，當(dāng)屬基于輪緣驅(qū)動技術(shù)的輪緣驅(qū)動推進(jìn)器（Rim-Driven Thruster ）。輪緣驅(qū)動技術(shù)也是美國未來無軸泵噴潛艇的關(guān)鍵技術(shù)。

什么是輪緣驅(qū)動推進(jìn)器？

輪緣驅(qū)動推進(jìn)器（又譯：環(huán)驅(qū)式推進(jìn)器）最初是作為游艇和客船等高舒適度要求的船舶而開發(fā)的新型推進(jìn)器，其目的是通過降低噪音和振動來提高乘客的舒適度。結(jié)果它是基于永磁同步電機(jī)技術(shù)，定子直接固定在環(huán)形導(dǎo)管中，并容納電動機(jī)的繞組。磁鐵容納在轉(zhuǎn)子中，葉片安裝在轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈上，具有固定的螺距， 轉(zhuǎn)子通過水潤滑軸承系統(tǒng)支撐在定子內(nèi)。這樣就省去軸和齒輪箱，消除其不利的影響，同時又減輕了重量和節(jié)約了空間，最終形成了一個電動機(jī)驅(qū)動的輪邊驅(qū)動螺旋槳。因為葉片采用了高阻尼材料，以及運轉(zhuǎn)不受傳動軸和齒輪箱的干擾，而且螺旋槳葉尖和隧道船體之間又沒有間隙，因此，它是振動強(qiáng)度和噪音水平最小的推進(jìn)器。

申明：本文部分圖片來源網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除。