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版主:黑木崖
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有关核潜艇的帖,感觉是编辑帖,信多少看各人:
送交者:  2017年04月01日19:10:38 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

反应堆的冷却剂泵是核潜艇发出噪声的主要来源之一,影响其航行的隐蔽性。如果在某种航速以下,不用启动冷却剂泵就可以带出核反应堆内的热量,那么潜艇向外的辐射噪声会降低不小,所以提高自然循环能力好处之一是改善核潜艇行动的安静性。

潜艇核动力装置的自然循环能力,是衡量其安全可靠性能的重要标志之一,所以各国都在竭尽全力提高自然循环能力。所谓“自然循环能力”是指:不用冷却剂泵推动,仅靠冷却水的自动对流就能带走核反应堆堆芯热量的能力,这种能力越大越好。下图是一体化核堆的结构示意图。

大国重器!中国新一代超静音核潜艇量产

潜艇核动力装置的布置形式基本走的是循序渐进的路子:“分散布置——>紧凑布置——>半一体化——>一体化”,各国都把提高自然循环能力作为核动力装置追求的重要指标。目前绝大部分都已发展为紧凑布置或半一体化核反应堆,自然循环能力明显提高。

下图是我国研制的一体化反应堆模型(蒸汽发生器和冷却剂泵均在核反应堆压力容器内)。

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拼图(上)的研究项目资料显示,我国很早就开展“一体化核反应堆”研究,在九五---十一五期间,就有“一体化压水堆钛材料研究”、“新型核潜艇一体化直流蒸汽发射器。。。”等,其他与一体化反应堆技术相关的研究项目相信也同步推进。

拼图(中)是潜艇核动力组的反应堆、主泵、蒸汽发射器“分散式布置”、“紧凑式布置”、“分一体化布置”示意图。官媒的一篇报道称2012年某新型核潜艇立项,刘春林被任命为动力总师。

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由于蒸汽发生器和冷却剂泵均在核反应堆压力容器内,一体化反应堆的高度比分布式和紧凑式都要高,那么核潜艇耐压壳体的直径就相应较大。核潜艇的艇身直径大,排水量大,所需的核堆功率就要增大,核堆的高度要增加。因此,核堆高度与核潜艇耐压壳体的直径就成了一对矛盾,陷入面多加上、水多加面的困境。那么有什么技术可以解决这一矛盾呢?

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中国的科技人员研究出一种新型的耐压结构型式,即核潜艇耐压壳体的整体直径不变,在艇身中后部的反应堆舱的耐压壳体改为垂直舱段(见下图)。前后舱段中央的圆圈是连接舱段间的过道。几年前的一篇论文显示,中国的工程技术人员已经攻克了相关的焊接技术,可承受水下600米压力。这就扫除了一体化反应堆在潜艇上安装的一个主要障碍。

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采用一体化的核反应堆只是减小核堆自身的噪音,要想大幅降低传到水中的噪音,还需要将动力组置于减震筏上。下面是2012年官媒一篇文章的截图,文章介绍了我国已经研制成功国内外首创的第三代“智能隔震装置技术”,承载的动力组重量可达到500吨级。这里的“智能”是指隔震装置可以根据震源的频率采取反频部分抵消噪音。

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何淋研究团队已经攻克第四代减震筏的技术难关,隔震效果接近于极限,使得潜艇的噪音成为“白噪音”,就是让噪声成为无法被识别的声音。我国新一代核潜艇不仅有一体化核堆和最先进的减震技术,另一项革命性的“全电力推进”技术由马伟明院士实现。

美国也只是计划在2025年的下一代核潜艇采用这项技术(下表)。核潜艇相比于常规潜艇的优点,不仅仅是可以长时间水下航行,而且是长时间水下高速航行,它带来常规潜艇无法比拟的战术优势。核潜艇都带有大容量的电池组,在低速航行时,核反应堆给电池组充电,同时电池组为推进电机供电。

但是目前世界上最先进的核潜艇在高速航行时,依然需要变速箱和主轴带动螺旋桨。换句话说,动力组虽置于减震筏上,噪音仍会有一部分通过主轴传到水中,因此,在谈论某型核潜艇的噪音指标时,如果不提航速那是耍流氓,高速航行时的低噪音更重要。

马伟明院士攻克了世界领先水平的中压直流综合电力系统,结合我国已经研制成功的20兆瓦级推进电机,中国的新一代核潜艇就可以实现“全电力推进”,无论是低速还是高速航行,都无需动力轴,也就避免动力组的噪音直接传到水中。

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泵推是另一项减低潜艇噪音、提高推进效率的技术,但传统的泵推仍然是有主轴相连。新一代全电力推进的泵推是无轴的(下图左下),它实际上是一个带桨叶的“电动机”,图中红色的是定子,桨叶连在动子上。

英国1.5万吨的“前卫”级战略核潜艇,单轴推进功率是27500马力(20.2兆瓦)。虽然全电力泵推的结构,与上文提及的20兆瓦船用推进电机不同,但原理是一样的,相信我国的科研人员同样能造出相同功率的潜艇用推进电机。

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下面拼图是发表于几年前的一篇论文截图,图中显示垂直发射的巡航导弹是每组横向3枚,即新一代攻击核潜艇携带的DF-10/YJ-18数量是3的倍数。

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渤海船厂的核潜艇新厂房已于去年底落成,厂房的长度是288米、宽度135(共三跨)。下图右上是其中一跨(288 X 45米),假设新型核潜艇长130余米,则一跨厂房可以纵向同时建造2艘核潜艇,三跨则最多可同时建造艘。跟踪过去二十年我军核潜艇服役的数量,前期是平均三年一艘,近年是两年入列一艘今后有可能每年1.5~2艘,因为原厂房依然在使用。

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建造核潜艇的新厂房,一是随着国力增强,有更多经费用于建造核潜艇;二是我军需要增强核反击力量,对美国反导带来的战略威胁进行再平衡;三是我军新一代核潜艇技术已赶上世界先进水平,可以进入批量生产。


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