輪緣推進系統特點與應用分析

李志剛 江 帆 朱慶太/.江聯重工集團股份有限公司 .九江職業技術學院

輪緣推進系統特點與應用分析

李志剛1江 帆2朱慶太2/1.江聯重工集團股份有限公司 2.九江職業技術學院

輪緣推進系統是一種全新的船舶推進方式，其通過整合的方式間電機與推進器集成一體，使其具有空間利用率高、推進效率高、振動和噪音小、不被漂浮物纏繞等優點，使其在軍事和民用領域都有極高的應用價值。本文通過輪緣推進系統與傳統推進系統比較的方式分析其特點。

無軸推進；集成推進；船舶動力

引言

近年來，隨著人們對海洋探索和開發的深入，傳統推進系統有著空間利用率低、噪音大、螺旋槳常被水中漂浮物（漁網、纜繩、水草等）纏繞等問題，逐漸顯現出各種不足，已經無法滿足需求，因此許多新技術在船舶領域迅速出現，輪緣推進系統就是其中之一。輪緣推進系統由于其自身的結構特點，從源頭處避免了許多傳統推進裝置無法避免的缺點。

輪緣推進系統最早在DARPA的Tango Bravo計劃中出現，這個計劃旨在為美軍提供更安靜高效的潛艇，隨著研究的深入，輪緣系統的種種優點使其應用領域逐漸擴大。

1.傳統結構分析

傳統的推進系統將主機和螺旋槳分離，中間要通過齒輪箱和傳動軸傳遞機械能，而輪緣推進系統間電機與螺旋槳集成一體，使螺旋槳直接與電機中的轉子相連，通過改變電機的輸入電壓與輸入電流控制電機的輸出轉速和輸出扭矩，由于其無齒輪箱和無傳動軸的設計，使整套系統的空間利用率和能效比到得到了極大的提高。輪緣推進系統極高的空間利用率能使船尾的型線得到改善，提高船尾流場的品質為船體在艙室與流體性能上的優化提供更大的空間。

軸系、齒輪箱等機械傳動機構是振動和噪音的主要來源之一，且采用機械傳動和密封潤滑伴隨而來的是能量傳遞損失與效率損失。輪緣推進系統的無軸、無齒輪箱設計能從源頭處避免機械傳動過程中所產生的噪音，也避免了在機械傳動過程與齒輪箱密封潤滑過程產生的能量傳遞損失和效率損失，使船舶或潛艇在航行過程中更加安靜、高效，有利于提高艦艇的隱蔽性，也符合當下綠色船舶的理念。

常規的電力推進系統其軸系雖然較短，但仍與傳統推進系統一樣，采用機械傳動的模式驅動螺旋槳，仍需占用大量的船艙空間。據DARPA報告上的測算數據指出，水面艦艇采用輪緣推進系統可以減少動力系統占用空間的60%～70%,從而大幅度提高整體空間利用率。

2.輪緣推進系統應用分析

2.1 噴水推進系統

限制噴水推進系統發展的原因主要有兩點：

（1）噴水推進系統的渦輪葉片在船體內部，一旦發生纏繞，故障排除過程會非常困難；

（2）噴水推進系統結構復雜，且原動機機、傳動裝置、推進水泵、管道系統都在船體內部，這將占用大量的艙室空間。

輪緣推進系統具有以下的特點：

（1）防纏繞；

（2）槳葉布置在電機內側，當推進系統工作時水流在電機內側穿過。

將輪緣推進系統應用于噴水推進中，將能避免纏繞，并精簡掉傳動系統，原動機（電機）與推進水泵集成一體，且成為管道系統的一部分，這將大幅度提其高空間利用率。

輪緣推進系統

2.2 吊艙推進系統

傳統的吊艙推進系統通常使用Z型推進的方式，主機布置在船體內部，通過傳動軸和齒輪箱將機械能傳遞至螺旋槳，該系統占用空間較大，機械能損耗較高。

當吊艙采用輪緣推進系統時，區別于傳統的Z型推進系統，輪緣推進系統具有電機和螺旋槳集成一體的特點，電機布置在吊艙處，無需采用機械傳動裝置，在船體內機艙的位置只需布置一臺舵機，在提高整套系統的效率、降低振動和噪音的同時，還能使機艙占船體比重大幅度減小，此外還有推進系統維護方便、原動機（電機）散熱簡單、吊艙的布置靈活等優勢。

2.3 側推系統

傳統的側推系統通常將原動機安裝與船體內部，通過傳動軸將機械能傳遞至螺旋槳，這會造成以下2個問題：

（1）齒輪箱與等傳動裝置為剛性構件，當螺旋槳旋轉時受到反沖擊而產生振動和噪音。為減小沖擊通常將原動機布置到更高的甲板上，使用更長的傳動軸，并將傳動軸分成二級到三級，每一分級都有一對自對準軸承，使各裝置重力負荷更均勻，并在最后一級與垂直傳動齒輪連接處采用橡膠彈性連軸節進行連接。這種處理方式會降低空間利用率和加大機械能損耗；

（2）傳統的側推系統的螺旋槳槳葉布置方式為離心布置，螺旋槳在工作時其槳葉的葉梢處會產生渦流，且所產生的渦流會直接撞擊導筒壁，葉梢渦流的大小會隨著葉梢處圓周速度的增大而增大，當渦流較大，沖擊側推裝置導筒壁時會發出很大的噪音，葉梢渦流的撞擊還會使導筒壁表面材料發生腐蝕。為避免葉梢渦流撞擊導筒壁引起噪音和腐蝕，側推系統的螺旋槳葉梢處圓周速度一般不超過34米/秒，水流速度不超過10米/秒，這極大的限制了側推系統的功率，已經不能滿足超大型船舶的需求。

若在側推系統中使用輪緣推進，有2個優點：

（1）輪緣推進系統槳機一體化的特點能極大程度的改善側推系統空間利用率低的缺點；

（2）輪緣推進系統螺旋槳的槳葉布置方式為向心布置，螺旋槳葉梢產生的渦流會在導筒軸心處相互抵消，不會引起導筒壁表面發生腐蝕。

3.結論

輪緣推進系統是一種全新的船舶推進系統，由于其獨特的結構，使其從源頭處避免了很多缺點，很大程度上解決了傳統推進系統結構復雜、空間利用率低、振動和噪聲大、維護不方便等缺點，是一種在軍事、民用領域都具有極高應用價值和市場前景的推進系統。

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李志剛（1973—），男，研究方向：機械制造及自動化 工作單位：江聯重工集團股份有限公司

江帆（1985—），男，講師，研究方向：船舶與海洋結構物設計制造 工作單位：九江職業技術學院。