曹國瑞

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

吊艙式液壓推進系統(tǒng)
——艦艇推進新模式探討

曹國瑞

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

提出吊艙式液壓推進系統(tǒng)的功能和原理框圖及系統(tǒng)組成；對系統(tǒng)的主要部件如螺旋槳、液壓馬達、液壓泵等的設計進行了探討；指出吊艙式液壓推進系統(tǒng)的優(yōu)點，并與吊艙式電力推進系統(tǒng)相比較；對實施該系統(tǒng)應該事先研究的問題作了分析，并提出解決的措施。最后得出結論：吊艙式液壓推進與吊艙式電力推進有很多共同的優(yōu)點，但是，吊艙式液壓推進更占優(yōu)勢，具有更誘人的發(fā)展和推廣的潛力。

液壓推進；吊艙式推進；新型艦艇推進

1 引言

從20世紀20年代開始美國陸續(xù)建造了汽輪機電力推進的軍艦數(shù)百艘。直到第二次世界大戰(zhàn)前后，艦用齒輪減速箱技術逐漸成熟并開始能夠滿足軍艦建造的需要，所以其后的軍艦大多采用經(jīng)齒輪箱和軸系到螺旋槳的傳動形式［1-2］。與當時笨重的電力推進系統(tǒng)相比，采用這種傳動形式的推進系統(tǒng)由于重量輕、體積小，至今仍是水面艦艇的一種常規(guī)傳動形式。

近20～30年來，國外民用船舶采用電力推進的比例已達30%，艦艇的電力推進也重新被提上了日程?，F(xiàn)代的電力推進與上個世紀盛行的電力推進有質的不同，被稱為綜合電力推進系統(tǒng)。英、美、法、德、日等國家都已投入了大量人力物力進行電力推進系統(tǒng)的開發(fā)與研究。

電力推進經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)不再像原來那樣體積龐大而笨重了。但是，由于提高推進電動機的功率重量比仍是有待解決的難題，并且還存在推進電動機的隱蔽性等問題，所以吊艙式電力推進目前還只用于軍輔船。國外最新的電力推進驅逐艦，仍然將推進電機布置在船體內部，再通過軸系傳動到螺旋槳。

為了規(guī)避常規(guī)軸系傳動的缺點，本文提出無軸系液壓傳動的推進模式——吊艙式液壓推進系統(tǒng)，并就相關問題進行探討。為簡化研究，以柴油機推進的護衛(wèi)艦作為研究范例，但是其結論可以推廣到更大的范圍。

2 系統(tǒng)組成

通常護衛(wèi)艦等水面艦艇都采用雙機雙槳，根據(jù)文獻［3］擬定本系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示（圖中只顯示單機單槳）。其中，柴油機發(fā)出的功率Mene直接驅動雙向變量泵。泵的輸出功率ΔpQ驅動雙向液壓馬達。液壓馬達的輸出功率Mmnm直接帶動螺旋槳旋轉，螺旋槳發(fā)出有效推力T。雙機雙槳聯(lián)合作用克服船體阻力R，使船以航速Vs航行。

圖中，Me為柴油機的輸出轉矩；ne為柴油機曲軸的轉速；Δp為雙向變量泵進出口壓力差；Q為泵的流量；Mm為液壓馬達輸出轉矩；nm為液壓馬達的轉速；T為螺旋槳有效推力；R為船體阻力；Vs為艦艇航速。

根據(jù)圖1擬定本液壓推進系統(tǒng)主回路原理［4］如圖2所示（只表示單機單槳）。

圖中，DE為主機，本例為柴油機；MP為主泵，雙向變量軸向柱塞泵；AP為輔泵，作為系統(tǒng)補油泵；OV1、OV2、OV3 為溢流閥；HM 為雙向定量液壓馬達；PP為固定螺距螺旋槳；FL為濾油器；CV為單向閥。

通過雙向變量泵的變量機構可以控制泵的液壓油的排量和方向，從而控制液壓馬達，亦即螺旋槳的轉速和轉向。主機保持恒定轉速運行，只需調節(jié)主機的循環(huán)供油量即可調節(jié)主機的輸出功率，使之與負載功率相匹配。

3 系統(tǒng)設計要點

3.1 螺旋槳設計

在艦艇設計初期，通常通過計算或船模試驗就可以獲得艦艇航行時受到的阻力R隨艦艇航速 Vs變化的曲線R＝f（Vs），進而可以得到有效功率 PEF隨艦艇航速 Vs的變化曲線［5］：

式中，PEF為艦艇有效功率，kW；R為艦艇航行時受到的阻力，N；Vs為艦艇航速，m／s。

艦艇有效功率PEF是艦艇需求的功率。另一方面，根據(jù)艦艇主機的機型和規(guī)格，可以寫出螺旋槳的收到功率PD與主機輸出功率PDE的關系式：

式中，PD為螺旋槳收到功率，kW；PDE為主機（柴油機）的輸出功率，kW；ηp為雙向變量泵的總效率；ηm為雙向定量液壓馬達的總效率；ηsh為螺旋槳傳動軸的軸承效率。

以液壓泵和液壓馬達的效率ηp、ηm代替常規(guī)傳動的齒輪箱效率和軸系效率。在液壓泵和液壓馬達設計完成之前，還不能確定ηp、ηm的數(shù)值?？梢詤⒖棘F(xiàn)有的同類液壓泵和液壓馬達的效率取值，待液壓泵和液壓馬達設計或制造完成后，再對兩者的效率進行分析計算或實測，以確定較精確的效率值。ηsh根據(jù)液壓馬達與螺旋槳之間的具體傳動方案確定。

把艦艇有效功率PEF與主機輸出功率PDE聯(lián)系起來，由于護衛(wèi)艦通常采用雙機雙槳，因此：

式中，η為推進系統(tǒng)的總效率；

式中，ηpp為螺旋槳敞水效率；ηr為相對旋轉效率；ηh為船身效率；

式中，t為推力減額分數(shù)；w為伴流分數(shù)。

有了必要的數(shù)據(jù)就可以進行螺旋槳設計，即確定螺旋槳的幾何要素和轉速，以及設計艦艇能達到的航速。與常規(guī)軸系推進不同的是，在確定螺旋槳直徑和轉速時不受軸系布置和主機轉速 （包括齒輪箱減速比）的制約，可以更多地從提高螺旋槳效率的觀點加以考慮。

確定了螺旋槳的要素以后，就可以得到螺旋槳特性曲線，于是可求出螺旋槳轉矩和推力：

式中，Mpp為螺旋槳轉矩，N·m；KM為螺旋槳轉矩系數(shù)；ρ為海水密度，kg／m3；npp為螺旋槳轉速，s-1；Dpp為螺旋槳直徑，m；Tp為螺旋槳推力，N；KT為螺旋槳推力系數(shù)。

式（6）和（7）中的 KM、KT都是進速系數(shù) J的函數(shù)，表達如下：

式中，J為螺旋槳進速系數(shù)，V為螺旋槳進速，m／s。

KM、KT和ηpp可以通過計算或螺旋槳模型試驗求得。當艦艇機動航行或改變航行工況時要用到螺旋槳特性曲線。

3.2 液壓馬達性能參數(shù)計算

3.2.1 液壓馬達負載力矩計算

上面已經(jīng)求得的螺旋槳轉矩Mpp是液壓馬達要克服的阻力矩的一部分。另外，液壓馬達還要克服其本身、傳動軸和螺旋槳旋轉時的慣性力矩、阻尼力矩和扭簧力矩，這些力矩都是時間的函數(shù)［6］。液壓馬達的總負載力矩ML的普遍表達式如下：

式中，ML為總負載力矩，N·m；Jt為總質量慣性矩，N·m·s2／rad；Bm為總粘性阻尼系數(shù)，N·m·s／rad；Gm為傳動軸的扭簧系數(shù)，N·m／rad；θm為液壓馬達的轉角，rad；θpp為螺旋槳轉角，rad。

式中，Jm為液壓馬達質量慣性矩，N·m·s2／rad；Jsh為傳動軸質量慣性矩，N·m·s2／rad；Jpp為螺旋槳總質量慣性矩，N·m·s2／rad。

式中，Jpp0為螺旋槳質量慣性矩，N·m·s2／rad；Jppw為螺旋槳附連水質量慣性矩，N·m·s2／rad。

這里Mpp表達式在形式上與式（6）略有差別：

吊艙內部布置緊湊，液壓馬達的力矩輸出端與螺旋槳盤面相距約1～2 m，而傳動軸允許的扭轉變形為 0.15 ～0.3°／m， 相應的液壓馬達轉角 θm與螺旋槳的轉角θp的相位差的最大值約為0.5°。這與通常規(guī)范中規(guī)定的設備安裝和調試允許誤差相當，故可略去，即認為θm-θp=0。如果采用下文提到的殼轉式液壓馬達，因力矩不經(jīng)過傳動軸傳遞，所以Gm=0。

于是，總負載力矩表達式（13）可簡化為：

3.2.2 液壓馬達排量計算

液壓馬達的輸出力矩Mm可寫作：

式中，Δp為液壓馬達進出油壓力差，N／m2；qm為液壓馬達的排量，m3／rad。

令（17）式與（18）式相等，于是有：

上式中液壓馬達排量qm是常數(shù)，所以液壓馬達的壓力差Δp與負載力矩ML成正比。由于液壓馬達的出油壓力較低且為常數(shù)，于是可認為液壓馬達的進油壓力p1與負載力矩ML成正比，而且不大于系統(tǒng)設計的許用壓力ps。取液壓馬達的最大負載力矩MLmax以及ps代入式（20），得：

或：

求得液壓馬達的最大負載力矩MLmax，即可求得液壓馬達的排量qm。

假設液壓馬達的轉速θ¨m遵循下列規(guī)律：

將式（23）代入式（17）中，得到：

式中，φ=tan-1（Jtω/B）。

此時，式（19）可改寫為：

當Mpp為常數(shù)時，有：

當B值很小時，有：

當 Mpp＝ f（t） 時，可先對式（24）求極值，再求出MLmax，這里不贅述。有了MLmax，就可以通過式（22）計算出液壓馬達的排量qm。

3.2.3液壓馬達最大流量計算

液壓馬達高壓腔的流量方程為：

式中，Qm為液壓馬達的流量，m3／s；Cim為液壓馬達內漏系數(shù)，m5／（N·s）；Cem為液壓馬達外漏系數(shù)，m5／（N·s）；P1為液壓馬達的進油壓力，N／m2；P2為液壓馬達的出油壓力，N／m2；Vol為油泵、液壓馬達和管路高壓邊容積的總合，m3；βe為液壓油的體積彈性模量，N／m2。

對于泵控系統(tǒng)，P2很低且為常數(shù)，故可略去。于是式（28）可寫成：

式中，Ctm為液壓馬達的總泄漏系數(shù)，m5／（N·s）。

進而可得到液壓馬達最大流量Qmmax的表達式：

此時，式（25）可改寫為：

略去（31）式中的P2，并對其求導數(shù)，可得：

當Mpp為常數(shù)時：

當 Mpp＝ f（t）時，通過式（16）計算其導數(shù)M˙pp，進而求得p˙1max。 將式（33）代入式（30），可得：

式（34）等號右邊各系數(shù)和參數(shù)都是已知的或已經(jīng)計算得到，就可以求得Qmmax。也可近似取

式中，ηmv為液壓馬達的容積效率。

這里得出的流量Qmmax與螺旋槳設計工況相對應。就整個系統(tǒng)而言，還有對應最大航速以及其他工況的流量，全面權衡并最終確定液壓馬達的設計技術參數(shù)。

3.3 雙向變量泵性能參數(shù)計算

變量泵的流量方程式如下：

式中，Qp為變量泵流量，m3／s；qp為變量泵排量，m3／rad；θ˙p為變量泵轉速，rad／s；Cip為變量泵內漏系數(shù)，m5／（N·s）；Cep為變量泵外漏系數(shù)，m5／（N·s）； P1為變量泵出油壓力，N／m2；P2為變量泵進油壓力，N ／m2。

略去 P2，可得：

式中，Ctp為泵的總泄漏系數(shù)，m5／（N·s）。

因此：

式中，Qm為液壓馬達的流量，m3／s；qpmax為油泵的最大排量，m3／rad；ηpv為泵的容積效率。

變量泵的最大流量為：

由于液壓泵是由主機直接驅動的，所以泵的轉速與主機的轉速相同，即：

式中，n 為主機的轉速，r／min。

將式（41）代入式（40），可得 qpmax值。

進一步可得變量泵的排量梯度：

式中，γmax為變量泵斜盤的最大傾角，rad。

應該注意的是，這里的Qm應與Qp的工況相對應。應先確定螺旋槳設計工況的Qp，再對其他工況的Qp進行核算，并最終確定泵的技術參數(shù)。

3.4 主機（柴油機）與液壓泵的匹配

柴油機的輸出功率PDE可用下式表示，單位為 kW［7］：

式中，Pe為氣缸內平均有效壓力，Pa；n為主機曲軸轉速，r／min；BD為對于型式確定的柴油機為常數(shù)。

如果保持柴油機曲軸的轉速不變，則柴油機的輸出功率PDE與氣缸平均有效壓力Pe（負荷）成正比，這就是柴油機的負荷特性。而氣缸平均有效壓力Pe與每循環(huán)的供油量成正比。當需要改變柴油機的負荷時，只需改變供油量，就可以改變有效壓力Pe，從而改變柴油機的輸出功率PDE。柴油機帶動液壓泵運轉時，就是按柴油機負荷特性工作的，只要柴油機的輸出功率PDE大于上面求出的變量泵所需功率即可。

船用柴油機多為中、高速柴油機，其額定轉速為250～2 500 rpm。設計專用的雙向變量軸向柱塞泵，使之與柴油機相匹配。

3.5 系統(tǒng)的綜合調整與系統(tǒng)仿真

上述的設計與計算內容僅針對設計工況，可以求得構成系統(tǒng)各主要部件的初步技術參數(shù)。在此基礎上，對整個系統(tǒng)再進行核算，必要時對參數(shù)作適當?shù)恼{整，并作為下一步設計的依據(jù)。

對于水面艦艇的推進系統(tǒng)，除了設計工況外，還有最大航速、巡航航速、經(jīng)濟航速、倒航等多種工況。要逐一進行計算，以確定相應的設計參數(shù)。

這樣確定的系統(tǒng)參數(shù)還只是靜態(tài)的，還應該對系統(tǒng)的動態(tài)性能作出評價。即對系統(tǒng)的各種工況，以及各種變工況過渡過程進行仿真研究。當前計算機數(shù)學仿真方法廣泛用于解決這類問題。對主機、變量泵和液壓馬達的控制方式和控制特性的研究也是系統(tǒng)仿真的任務。

4 系統(tǒng)的優(yōu)點

4.1 功率重量比更高

現(xiàn)在還不能得出吊艙式液壓推進系統(tǒng)的準確重量，只能將其與電力推進系統(tǒng)的重量進行對比。根據(jù)參考文獻［8］，液壓馬達的重量是同功率電動機重量的10%～20%。以英國45型驅逐艦的20 MW推進電機為例，其重量為 70 t［9］，按 15%折算成對應的液壓馬達重量約為10 t。

將液壓馬達與電動機的重量比推廣到液壓泵與發(fā)電機，認為其重量比也是10%～20%，并據(jù)此推算液壓推進系統(tǒng)重量Wh。假定某吊艙式電力推進系統(tǒng)總重量為We，發(fā)電機和電動機的重量各占總重 We的 1／5，即重量為 We／5。 其余項目（柴油機、監(jiān)控設備、電纜等）占系統(tǒng)總重We的3／5，即重量為 3We／5。

把上述電力推進系統(tǒng)重量分配方案中的發(fā)電機和電動機的重量按15%的重量比值折算成液壓泵和液壓馬達的重量。并認為吊艙式液壓推進系統(tǒng)其余項目的重量與吊艙式電力推進的相同 （實際上，電力推進的監(jiān)控設備及電纜比液壓系統(tǒng)的監(jiān)控設備和管路重很多，所得結論偏于保守）。于是，可得出吊艙式液壓推進系統(tǒng)的總重量Wh=0.66We。即液壓推進系統(tǒng)比電力推進系統(tǒng)的重量輕約1／3，相當于艦艇正常排水量的2%～3%。所以，液壓推進系統(tǒng)的功率重量比比電力推進系統(tǒng)更高，更具有優(yōu)勢。

4.2 液壓馬達體積小，適合布置在吊艙內

根據(jù)參考文獻［2］，液壓馬達的體積只有同等功率電動機的約 12%，取為 0.125，而 0.125=0.53，即液壓馬達的三維尺度都只有電動機的50%。以英國45型驅逐艦推進電機為例，其直徑與長度為2.8 × 3.0 m， 換算成液壓馬達的尺度為直徑 1.4 m，長度 1.5 m。

在電動機和液壓馬達尺度的基礎上，直徑增加 0.4 m，長度增加 1.2 m，作為相應的吊艙外形尺度，并按橢球體估算其體積，結果如表1所示。

表1 吊艙尺度、尺度比和體積Tab.1 Size，size ratios and volume of different propeller pods

由表1可見，液壓馬達的吊艙體積只有電動機吊艙的約1／5。2臺20 MW液壓馬達估計可以用在排水量為3 000 t及以上的護衛(wèi)艦或驅逐艦上。而電動機的吊艙體積龐大，即使英國7 500 t的45型驅逐艦也難以接受如此龐大的吊艙。要想把推進電動機置于吊艙內，還要進一步提高電動機的功率密度。

4.3 取消常規(guī)軸系，打破傳統(tǒng)的艦艇設計規(guī)則和建造工藝的制約

取消常規(guī)軸系后，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：主機可以不受軸系斜度的制約，靈活地布置在機艙內，提高機艙利用率，改善主機的工作環(huán)境；機械傳動部件大幅度減少，而且便于對主機采用減振措施，因而機艙的機械振動和噪聲水平降低；合理地布置主機的操作和維修空間；容易與上層建筑布置協(xié)調安排進排氣通道，有利于艦總體布置的優(yōu)化。

常規(guī)軸系設計是一項很復雜的工作，需要反復的協(xié)調，詳細的計算，和精心的設計。采用吊艙以后，原來占船長大約35%的軸系簡化為一根約2 m長的傳動軸。它的布置只涉及到吊艙，與主船體結構沒有直接的聯(lián)系，不受船體變形的影響。所以節(jié)省了大量的設計協(xié)調工作和復雜的設計、計算工作。

取消常規(guī)軸系也可以使船廠省去大量的機械加工和裝配工作，不必趕在船下水之前安裝軸系和螺旋槳。因此可以進一步縮短在船廠的船臺的工作周期，甚至造船周期。吊艙上的軸孔加工和槳、軸及液壓馬達的安裝都可以放在傾斜試驗以前在船塢內進行。甚至可將吊艙、螺旋槳、液壓馬達由專業(yè)設備制造廠制成模塊，再運到船廠與吊艙臂對接。既能節(jié)省工時，又能提高質量。

4.4 減少船體水下附體，艉部流場更均勻

由于取消常規(guī)軸系和相關附體，既降低了附體阻力，又使艉部流場更均勻順暢。既有利于提高螺旋槳空泡起始航速和推進效率，也有利于降低水動力噪聲和螺旋槳誘導的激振力。

吊艙和吊艙臂也會對螺旋槳前或后的流場的均勻性產(chǎn)生影響。通常，吊艙體積Vpd越小，長寬比Lpd／Dpd越大，吊艙直徑與螺旋槳直徑之比Dpd／Dpp越小，影響就越小。由于液壓馬達的吊艙尺度明顯小于電動機吊艙，其對螺旋槳前或后的流場的影響也明顯減小。

4.5 系統(tǒng)控制響應快，艦艇機動性好

當艦艇機動航行、緊急規(guī)避以及主機各種變工況運行時，由于常規(guī)軸系推進系統(tǒng)（包括主機曲軸、齒輪箱、軸系、螺旋槳）的旋轉慣性大，對控制的響應有很大的滯后，過渡過程時間長。

采用液壓推進系統(tǒng)，在艦艇機動時，主機轉速和轉向不變，只需控制變量泵的變量機構，容易實現(xiàn)對螺旋槳轉向和轉速的控制。對控制的響應速度僅與螺旋槳、傳動軸和液壓馬達的旋轉慣性有關。由于推進電機的轉子直徑比液壓馬達的軸直徑大得多，所以旋轉慣性也大。因此，液壓馬達比電動機更容易實現(xiàn)各種變工況運行。

液壓系統(tǒng)也比電力系統(tǒng)更容易做成槳、舵合一的形式，實現(xiàn)矢量推進，提高艦艇對航向控制的響應速度，提高艦艇的機動性。

4.6 系統(tǒng)可靠性高，維修工作量小

常規(guī)軸系推進系統(tǒng)包括齒輪箱及其潤滑系統(tǒng)、軸系及螺旋槳螺距控制系統(tǒng)，因此系統(tǒng)復雜，可靠性低，維修工作量大。吊艙式液壓推進系統(tǒng)由于主機不需調速，所以結構相對簡單，可靠性高，維修工作量也會相應減小。

螺旋槳軸與吊艙出口處的軸承之間雖然采用密封裝置，但吊艙內仍然很潮濕，甚至有積水。液壓馬達可以適應這樣的環(huán)境，甚至可以在浸水狀態(tài)下正常工作，不存在冷卻散熱的問題。

液壓馬達沒有外露的活動的機械零件需要進行日常維護。在碼頭可以進行液壓油的凈化、更新以及某些零部件的維修或更換。任何液壓系統(tǒng)的馬達故障，都不能在任務過程中維修。液壓馬達的計劃維修、事后維修或更新?lián)Q代只能在船塢內進行。螺旋槳螺距液壓控制系統(tǒng)在國內水面艦艇上已成功應用20多年，為吊艙式液壓推進系統(tǒng)的可靠性和維修性提供了佐證和參考［9］。

對于電動機吊艙而言，由于密封存在問題，吊艙內的環(huán)境不能保證電動機的電絕緣要求，冷卻散熱問題也不易解決。事故多由于電動機散熱不充分和推力軸承損壞引起。而電動機本身的可靠性還存在問題，如永磁電動機的失磁現(xiàn)象［10］等。

4.7 系統(tǒng)的隱蔽性好

由于液壓馬達內的所有運動副都良好潤滑，而且零件的尺寸和形狀經(jīng)過精密的加工，所以運行平穩(wěn)，振動小、噪聲低。由于液壓馬達的質量僅為電動機的15%，對艦艇磁場的影響也比電動機小。

相對而言，置于吊艙內的電動機的噪聲更大，電磁輻射更強，因此可能導致艦艇隱蔽性下降。

4.8 系統(tǒng)的生命力強

液壓推進系統(tǒng)的生命力可以作為艦總體設計的課題開展研究，從艦總體設計和液壓系統(tǒng)兩方面采取措施，可以使它的生命力超過常規(guī)軸系推進系統(tǒng)。譬如，采用左右舷跨接管路，實現(xiàn)液壓泵向液壓馬達交叉供油，以提高部分工況時的生命力；采用電動應急泵為液壓馬達供油，以維持艦艇的最低航行能力等。

5 問題與對策

5.1 液壓泵和液壓馬達的研究和試制

艦艇推進系統(tǒng)所需的大功率液壓泵和液壓馬達必需針對具體的艦艇進行研制，就像常規(guī)傳動的齒輪箱和軸系一樣。液壓泵和液壓馬達的大功率化不存在特殊的新技術。隨著船用大功率液壓設備的開發(fā)應用，積累了豐富的經(jīng)驗。只要把問題提到日程上來，就不難解決。

推進電動機的研制雖然也取得了不小的進步，但要進一步提高電機的性能，還需要解決一系列的關鍵技術問題，如提高功率密度、提高永磁材料的利用率、消除失磁現(xiàn)象、常溫超導技術的使用等。

5.2 液壓推進系統(tǒng)的效率問題

由于液壓傳動存在能量的二次轉換，效率比機械傳動低。目前，液壓馬達的效率可以達到98%，液壓泵可達到95%?，F(xiàn)都以96%計算，其傳動效率可達92%。這個數(shù)據(jù)與電力推進的發(fā)電機和電動機的傳動效率相當。45型驅逐艦的推進電機效率為97%，假設發(fā)電機效率也是97%，再考慮98%的軸系效率，則總效率為92%。對于常規(guī)軸系，如齒輪箱和軸系的效率都取為98%，則傳動效率為96%。

大功率的液壓泵和液壓馬達還有提高效率的余地：采用殼轉式液壓馬達取消吊艙，同時取消常規(guī)舵，實現(xiàn)矢量推進，使附體更小更少，流場更均勻；推力軸承采用靜壓支承方式置于液壓馬達內部，減少軸承的摩擦損失，傳動效率更高；殼轉式液壓馬達還便于采用串列對轉螺旋槳，如果在艦艇上可行，其效率比單槳高得多。這些措施，可能使吊艙式液壓推進的效率達到常規(guī)軸系推進的效率，超過現(xiàn)行的電力推進的效率。

5.3 吊艙臂結構研究與設計

吊艙臂是吊艙式推進的關鍵結構，是新的結構設計項目。它的外形可能類似于常規(guī)軸系傳動的艉軸架，但受力狀態(tài)完全不同。艉軸架只是軸系的一個支點，通常不承受螺旋槳的推力。但吊艙臂不僅要承受螺旋槳、槳軸、液壓馬達和吊艙結構的重量，還要承受螺旋槳的推力，水流的阻力等，并要把這些力傳遞到船舶的主要構件上。因此，要求吊艙臂有良好的流線形，以期減小阻力。綜合這些因素，還需要開展吊艙臂的研究與設計。

5.4 吊艙式液壓推進船型研究

提出適應吊艙式液壓推進的艦艇船型，對船型的阻力、快速性、操縱性、適航性等進行研究。為便于對比，上述研究中可以同時考慮有常規(guī)舵及無常規(guī)舵的方案。具體實施可分成2步：先設計有常規(guī)舵的吊艙式液壓推進艦艇，成功后再取消常規(guī)舵，實現(xiàn)矢量推進。

6 結論

吊艙式液壓推進是全新的艦艇推進概念，由于取消了常規(guī)軸系，將給艦艇設計和建造都帶來效益，也可以改善艦艇的一些運用性能。與吊艙式電力推進相比，吊艙式液壓推進更具優(yōu)勢，具有更誘人的發(fā)展空間和推廣的潛力。吊艙式液壓推進是應該受到關注，并值得深入開展研究的課題，對我國水面艦艇的發(fā)展和提高有非?，F(xiàn)實的意義。

［1］高宜朋，曾凡明，張曉峰.吊艙推進器在艦船推進系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀及關鍵技術分析［J］.中國艦船研究，2011，6（1）：90－96.

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Hydraulic Propulsion System with Podded Propeller：A New Propulsion Concept of Naval Vessels

Cao Guo－rui

China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

This paper presented a new concept and functional block diagram of the hydraulic propulsion system with podded propulsor （HPSPP）， and described how to design the main parts of HPSPP， such as propeller，hydraulic motor，hydraulic pump and so on.Some important problems which would meet in practice were analyzed， and the suggested solutions were also provided.The HPSPP was compared with the electric propulsion system with podded propulsor （EPSPP）.The conclusions are as follows： though the HPSPP and EPSPP have many common advantages， the HPSPP is superior to the EPSPP， and has more attractive potential for further development and application.

hydraulic propulsion； podded propulsor；new naval vessel propulsion

U664.1

A

1673-3185（2012）02-65-07

10.3969/j.issn.1673-3185.2012.02.012

2011-06-03

曹國瑞（1935-），男，研究員。研究方向：艦船研究設計。E-mail：caogr2009＠163.com

曹國瑞。

［責任編輯：喻 菁］