為何先進核潛艇和驅逐艦大多使用泵射推進？
在我們印象中，船無非就是在尾部吊裝一個或幾個螺旋槳以進行推進，如上圖福特號航母這般。
怎麼運作的？
到這裡，有的網友會有疑問，傳統的螺旋槳外露推進，可以方便轉向和倒車。而使用噴水推進的船隻又是如何實現拐彎和倒車的？
而轉向的原理，咱們來看看美國瀕海戰鬥艦獨立號的變種姊妹艦，USS Tulsa (LCS-16) 塔爾薩號。
「泵射推進」與「噴水推進」原理是相似的，只不過，前者用在核潛艇上，後者多用在軍艦和民用船舶上。
一個在水面，一個潛行於水下，我們總不能期望它們的推進裝置長相一樣，稱呼還一樣。
而現代的先進核潛艇是看不到螺旋槳的。
上圖為造價23億美元的美國弗吉尼亞級攻擊型核潛艇，因為核潛艇都是各大國的核心機密，故這艘弗吉尼亞級攻擊型核潛艇上浮時，其泵射裝置是用一塊布遮擋起來的，其內部結構無法知曉。
總之，我們只要知道，泵射推進跟噴水推進有一點是類似的，都是用「管子」將螺旋槳包起來。
有哪些優勢？核潛艇使用泵射推進，核心出發點就是為了靜音。螺旋槳外漏容易產生空泡噪音，這會讓核潛艇難以成為真正意義上的「大洋黑洞」。
美國海軍工程試驗站為了對比泵射推進和普通螺旋槳推進時的噪音。他們上世紀曾經做過對比實驗，結果表明，泵射推進比普通的螺旋槳推進最高可低20分貝左右，差距非常大。
而在艦艇上使用噴水推進，最大的好處是操縱性和倒車性能優越；艦體外的附件少，減少了阻力。
另外，跟外露螺旋槳相比，使用噴水推進的船可在淺水活動，因為只要入水口被淹沒就行。還有就是，因為旋轉部件是包裹起來的，所以裡面的槳葉能得到很好的保護，不會切割外面的礁石和魚兒。
也正因此，一些救生艇也使用噴水推進。原因不難理解，我們得把人完完整整地救上船，而不是弄成幾塊後……
出品：科普中國
製作：寒木釣萌
監製：中國科學院計算機網路信息中心
本文由科普中國融合創作出品。
在核潛艇推進裝置研發上，中國已取得領先美國的技術成果。由中國武漢海軍工程大學馬偉明院士團隊研製的「潛艇用無軸泵噴推進器」，將應用在中國下一代核潛艇上！「無軸泵噴推進器」，是世界各海軍強國競相開發的新型推進裝置，它比「有軸泵噴推進器」要先進一代。目前，英美等國海軍最先進的核潛艇上，配裝的均是「有軸泵噴推進器」。
2017年5月30日，中國中央電視台播發報道，稱中國工程院院士、中國武漢海軍工程大學馬偉明少將所在團隊研製的「潛艇用無軸泵噴推進器」，在技術領先美國十年。中國的下一代核潛艇上，將用上中國自主研發的「無軸泵噴推進器」。
大家知道，潛艇按所用動力裝置來分類，可分為常規動力潛艇與核動力潛艇兩大類。按所用推進裝置來分，可分為螺旋槳推進器潛艇與泵噴推進器潛艇兩大類。
泵噴推進器，是一種比螺旋槳推進器運行雜訊更小、推進效率更高、技術上更先進的推進器。
潛艇用推進螺旋槳在運行時，由於葉片振動及空泡的存在，會產生很大雜訊。這種雜訊輻射到海水中後，容易被敵方反潛聲吶捕捉到。
為降低潛艇推進螺旋槳的運行雜訊，人們想了很多辦法。其中一種辦法就是給潛艇配備七葉大側斜螺旋槳。潛艇是否採用七葉大側斜推進螺旋槳，曾是潛艇是否先進的一個標誌。七葉大側斜螺旋槳，是一種雜訊較低的推進裝置。
但七葉大側斜螺旋槳並不是一種完美的推進裝置。
科學家與工程師經過反覆試驗發現，如果在螺旋槳外面罩上一個隔音隔振的導流罩，就可進一步降低螺旋槳的運行雜訊。
科學家與工程師繼續研究下去，就弄出了一種比螺旋槳推進器更先進的潛艇用推進裝置——泵噴推進器。與傳統的螺旋槳推進器相比，泵噴推進器在外觀上的最大特點是，它的推進槳葉，被包裹在一個環形導流罩內。
泵噴推進器在大幅提高推進效率的同時，輻射出的雜訊比七葉大側斜螺旋槳還要低很多。
最早在潛艇上使用泵噴推進器的國家，是英國。步英國後塵，美國人也為自己的核潛艇開發了泵噴推進器。目前，英國的「特拉法爾加級」「機敏級」、與美國「海狼級」「弗吉尼亞級」等先進攻擊核潛艇上，都採用了泵噴推進器。美國正在規劃中的下一代戰略導彈核潛艇「哥倫比亞級」，也鐵定要使用泵噴推進器。
因受時代與技術的限制，截至目前，歐美國家所有先進核潛艇使用的「泵噴推進器」，都是「有軸泵噴推進器」。
「有軸泵噴推進器」在結構上，由固定不動的環形導流罩與其內的螺旋槳兩部分組成。螺旋槳的作用是驅動海水從導流罩內部流過，從而產生推力。但它的螺旋槳，仍是由一根來自潛艇耐壓殼內的傳動軸驅動的。這根傳動軸，一頭連著潛艇艇內的蒸汽輪機或電動機，一頭連著螺旋槳的中心軸。
採用「有軸泵噴推進器」的潛艇，仍有貫穿艇體耐壓殼的傳動軸系存在。因而，潛艇在航行時，這個傳動軸系與艇體、傳動軸系與泵噴推進器之間，會相互影響而產生可暴露潛艇行蹤的雜訊。
所有的電動機，都由定子與轉子兩大部分構成；泵噴推進器，也由外部的環形導流罩與罩內的推進槳葉兩部分組成。
在「無軸泵噴推進器」中，電動機的定子被集成在環形導流罩中，與環形導流罩合二為一了；電動機的轉子則與導流罩內的推進槳葉融為一體了。
或者說，在「無軸泵噴推進器」中，其推進槳葉，是直接由安裝在導流罩內的電動機驅動的，而不是由來自艇體內發動機或電動機的驅動軸驅動。
「有軸泵噴推進器」推進槳葉，由中心軸驅動。而「無軸泵噴推進器」的推進槳葉，由導流罩內的電動機從四周驅動，根本就沒有中心軸。潛艇在配置「無軸泵噴推進器」後，其推進器與潛艇耐壓殼內的汽輪機或電動機之間，不再有複雜的機械軸系聯繫。因為在「無軸泵噴推進器」中，驅動泵噴推進器的電機、推進槳葉、環形導流罩已被集成到一起了，或說一體化了。
「無軸泵噴推進器」與艇體耐壓殼內的動力裝置，只存在電纜聯繫。電纜負責將潛艇艇體內的電力與控制信號，傳送到「無軸泵噴推進器」上；「無軸泵噴推進器」上配裝的各種監控感測器收集的數據，也通過電纜回傳到潛艇艇內，供潛艇操作人員決策用。
潛艇採用「無軸泵噴推進器」的好處很多：
第一，因為沒有「有軸泵噴推進器」上那根來自潛艇艇體內的主傳動軸，所以它在運行時，就沒有了主傳動軸系產生的雜訊。
第二，由於「無軸泵噴推進器」是把電機布置在艇體外部的環形導管上，所以還能節省潛艇艇體艙內的寶貴空間；
第三，「無軸泵噴推進器」與艇體內部只存在電纜聯繫，所以它的布置非常靈活。它可以裝在潛艇尾部正中軸線上，也可裝在潛艇尾部兩側，還能設在潛艇的各種舵上。甚至可設置在潛艇艇體內，與潛艇融為一體。在潛艇艇體前後各開一個口子，兩個口子之間的導流管內，就可放置「無軸泵噴推進器」。
有人覺得「無軸泵噴推進器」技術很神秘，這是一種誤解。實際上，艦船用「無軸泵噴推進技術」，與民用電動汽車及電瓶車上使用的「無軸驅動技術」有很深淵源。
我們常見的電瓶車及某些電動轎車中，就使用了「電動機直接驅動車輪技術」。「電動機直接驅動車輪技術」，就是一種「無軸驅動技術」。因為使用這種驅動技術的電動轎車與電瓶車，驅動車輪前進的動力，是由安裝在車輪上與車輪已合為一體的電動機驅動的。裝在車輪上的電動機，與發動機之間，只有電纜聯繫。而在普通汽車上，其發動機艙內發動機產生的動力，需要通過變速箱與複雜的軸系作中介，才能傳遞到車輪上，以驅動車輪轉動。
在「無軸泵噴推進器」的研製方面，中國起步稍晚於美國，但進步神速。從目前的研究情況來看，在該項技術的研發上，中國已超越美國而處於全球領跑者地位。
但「無軸泵噴推進技術」要實現工程化應用，要成功應用到潛艇上去，還需要解決一系列技術難題。
首先，需要解決艦船舶綜合電力技術實用化難題。因為無軸泵噴推進器的轉子葉輪是使用大功率電動機驅動的。這些電動機一方面是耗電大戶；另一方面因潛艇的航速變化範圍大，所以這些電動機工作時對電力的需求，也是在隨時變化的。潛艇需採用綜合電力系統，才能對發動機提供的電力實施精確化調度，從而使「無軸泵噴推進器」在得到足夠與持續的電力供應時，潛艇上其它設備與武器裝備的用電，也可得到滿足。
這一個難題，對中國來說，已不是難題。因為中國工程院院士、中國武漢海軍工程大學馬偉明少將領導的科研團隊，已完成第二代船舶綜合電力系統——中壓直流船舶綜合電力系統的研發工作，這是一種領先歐美一代的先進技術。
英國45型驅逐艦、美國「福特級」航母上使用的是第一代船舶綜合電力系統技術，即中壓交流船舶綜合其次，需研製出功率大、體積小、重量輕的驅動電機。排水量幾千甚至上萬噸的核潛艇，如果僅配裝一台「無軸泵噴推進器」的話，這台推進器的可用功率，就得達到幾萬馬力。這台推進器所用的電動機，在功率足夠大的同時，還必須具備體積小、重量輕特點。否則，它根本裝不進「無軸泵噴推進器」的環形導流管內。
三是「無軸泵噴推進器」所用電動機，要能在高鹽高腐蝕性的環境中長期工作。「無軸泵噴推進器」的內置電機，必須暴露在惡劣的水環境中，以讓海水流過電動機定子和轉子之間的間隙，帶走電動機產生的熱量，從而完成對電動機的冷卻任務。所以，電動機定子和轉子的外壁，都需要採用特殊的防護設計。「無軸泵噴推進器」的導流罩對電動機起到機械防護作用，也需要專門設計。據說中國武漢理工大學的科學家，已初步解決了「無軸泵噴推進器」電動機防護設計難題。電力系統技術。
螺旋槳在船舶上的應用，到現在已經有超過兩百年的歷史了。最早提出螺旋槳用於船舶具有更好的優越性，是在1752年～瑞士物理學家伯努利第一次提出了螺旋槳比在它以前存在的各種推進器優越的報告，他設計了具有雙導程螺旋的推進器，安裝在船尾舵的前方。而第一個實驗動力驅動螺旋槳的則是美國人斯蒂芬，他在1804年建造了一艘7.6米長的小船，用蒸汽機直接驅動，在哈得遜河上做第一次實驗航行，當時最高航速達到了14.8公里/小時。到如今螺旋槳已經成為各類船舶的絕對主力，主要優點有技術成熟度高，傳動效率較高，維護簡便，生產成本較低，使用壽命長等諸多優點。螺旋槳發展到現代，軍艦和潛艇一般都使用大傾斜螺旋槳，水面艦艇一般用五葉的多，而潛艇一般用七葉的多。
驅逐艦的五葉大傾斜螺旋槳
潛艇的七葉大傾斜螺旋槳
大傾斜螺旋槳應用于軍艦和潛艇後，傳動效率和靜音效果都走了明顯的提高，但是與此同時聲納的進步也從未停歇。現代可變深式拖拽線列陣聲納的出現，使潛艇的螺旋槳發出的雜訊變得易於探測，不僅探測距離越來越遠，而且探測精度也越來越高，而且如同雷達一樣，還具備了多目標探測的能力。這就對傳統螺旋槳潛艇提出了不小的挑戰，直接關係到了潛艇的水下生存率。而更安靜和更快的潛艇才能有更多機會得以存活～於是潛艇只有想辦法尋求新的途徑來降低雜訊和推進效率，在這種情況下，泵推進技術，就應運而生。時間追溯到上世紀80年代，一向喜歡研究新型海軍裝備的英國在「特拉法爾加」(Trafalgar)級攻擊型核潛艇上率先裝備了一種新型的泵噴推進器，這種推進方式可以有效降低潛艇的輻射雜訊，因而倍受世界各海軍強國的關注，於是乎都跟著上了泵推進技術的研究和應用。
英國海軍特拉法爾加級潛艇
新型泵推進加消聲瓦的使用，不僅使潛艇的雜訊得以有效降低，讓聲納探測變得困難，而且使水下排水量達5298噸的特拉法爾加級潛艇使用25000馬力的功率，達到了驚人的32節最高航速，相當於這個大傢伙在水下以接近60公里/小時的速度在飛奔！由於泵推進技術對於潛艇來說有如此巨大的優越性，於是乎各海軍強國爭先恐後地抓緊時間研發，緊隨其後的就是美國和俄羅斯。
潛艇泵推進技術外形圖
潛艇泵推進技術三點陣圖
潛艇泵推進結構圖
為什麼泵推進技術一問世就受到海軍強國的青睞和跟進呢？這是其技術的先進性決定的。泵推進技術的特點歸納起來有幾點(一)、雜訊低。泵噴推進器的轉子在導管內部，導管可起到屏蔽和吸聲的作用，另外，位於前方的定子可以使轉子進流場更均勻，從而減少轉子的脈動力，降低推進器的線譜輻射雜訊。另外，泵噴推進器旋轉葉輪(轉子)的直徑一般小於螺旋槳，在相同轉速下，泵噴推進器槳葉的旋轉線速度較低，可以降低推進器的旋轉雜訊。國內外研究和應用的結果表明：低航速下，泵噴推進器的低頻線譜雜訊比七葉大側斜螺旋槳小15分貝以上，寬頻譜聲級總雜訊下降10分貝以上：高航速下，泵噴推進器的降噪效果更為明顯。（二）、推進效率高。泵噴推進器的定子(無論前置或後置)可以減少推進器尾流中的旋轉能量損失，增加有效的推進能量：泵噴推進器的導管(無論是減速導管還是加速導管)可以減少轉子葉稍滑流損失、增加有效推力，從而提高泵噴推進潛艇的推進效率。泵噴推進器與艇體匹配良好的泵噴推進潛艇，其推進效率可達到0．8～0．85。
因為泵推進技術的優點明顯，所以各海軍強國用作潛艇動力系統後，逐步向水面艦艇延伸，尤其是擔有反潛任務的驅逐艦。因為潛艇跑得快了，水面艦艇的航速也要跟的上，不然一轉眼找不到了還反什麼潛？另外，面對安靜到接近海洋背景聲音的新型泵推潛艇，驅逐艦本身安裝的傳統螺旋槳雜訊太大，不利於隨艦裝備的先進聲納發揮其性能。於是乎，不差錢又有技術的各新老牌海軍強國的水面艦艇，尤其是驅逐艦，推進系統自然就跟進使用泵推進技術了。
朱姆沃爾特的AWJ-21水噴射推進系統
第一代是螺旋槳用水推水，第二代泵式用水噴水，下一代應該是高壓發動機渦輪增壓混合高效燃油噴射用氣噴水，再下一代就應該是電磁分離水分子用離子體噴水，最後一代應該是曲率推動了，上天入水。
我臆想的下一代燃氣噴射式的構想是這樣：試想一下，用一個幾個航空/航天發動機按在船頭。進氣口放船頭上吸氣，吸氣時順便把風阻先破掉，出氣口放船頭水下，用能讓客機或者太空梭級別的燃氣噴射的燃氣推力作用到水裡，不是推空氣而是推水（水比空氣重，反作用力應該更大），然後燃氣在水裡的氣泡又成為超空泡效應，托起船底又減小了船體水的阻力。最後理想的速度應該想像為把無人機航母在水裡開得像導彈或者飛機一樣快（或者你想像把太空梭的機尾摁在水裡把飛機當船開），這樣無人機航母可以24小時打擊全球。
下一代船的設計思路肯定不是現在開放式的，一定是上下外殼全包起來，做得和火箭一樣通體光滑，而且滿足船體超高速行駛要麼是無人船，要麼是直接飛行員座艙，作戰時一崗一位，不可能像現在一樣開船時還可以船員走來走去。
只是這種船作戰時一路開，一路都是烤熟的海鮮
主要是因為泵射退進的雜訊比傳統螺旋槳的雜訊更小，使船艦更不容易被潛艇被動式聲納或裝載了被動式聲納的自導魚雷發現，提高了戰場生存力。同時泵射式推進器能提供更大的推力；再有，螺旋槳運轉時，槳葉背面會產生大量水泡，這些水泡不僅會因破裂而產生大量雜訊，同時也會磨損螺旋槳，造成傳動效率下降等問題。總的來說，泵射推進除價格與技術難度外，更適合用于軍用艦船。
潛艇由原來傳統的螺旋槳推進器，改為採用泵噴推進器，有點類似於航空發動機由原來的螺旋槳，改為渦輪噴氣發動機，都是劃時代的革新！
潛艇採用泵噴推進器的最大好處就是，與傳統的螺旋槳推進器相比，大大降低了噪音。潛艇的主要噪音源就是推進器！另外也大大提高了推進的效率。
目前的泵噴推進器還處在起點階段，製造工藝及其複雜，對材料和設計的要求都很高，目前只有英國、美國和俄羅斯等少數海軍強國才能製造。
潛艇最理想的推進器，就是完全取消螺旋槳，象烏賊那樣的靠純向後噴水來實現，就象電影《獵殺紅十月》里的颱風級潛艇（當然是假象出來的），使得潛艇既高速又無聲地在水下航行。
目前的所謂泵噴推進器其實還是要靠內置的螺旋槳來實現吸水和向後噴射水流，而真正的泵噴必須要完全取消螺旋槳，直接利用某種電磁原理，使得海水從前面的開口進入管道後，直接形成高速旋轉水流，向後猛噴出來，這種技術還得需要很多年才能實現。
不邀自答，手機作答，沒有圖片，見諒。
螺旋槳和泵噴推進器各有優缺點
螺旋槳結構簡單，沒有額外的附加重量，空泡數不高的情況下效率還是可以保證的，缺點是抗空化性能差，高速後效率下降，雜訊嚴重。當然也有專門針對空化設計的螺旋槳——表面槳，可以保證高速效率，但是低速效率較差，而且雜訊較大。另外，螺旋槳還容易纏漁網或打傷水下生物，一般救生艇都不用螺旋槳。而且單個螺旋槳扭矩是不平衡的，一般需要調整舵角平衡或成對使用或對轉螺旋槳。
泵噴推進器，有前置定子、後置定子之分，前置定子推進效率好些，後置定子雜訊性能好些。泵噴推進器較螺旋槳，抗空化性能好，雜訊低，所以對於雜訊要求苛刻的潛艇採用泵噴推進器，水下探測主要靠聲納，雜訊高了就暴露自己了，同時會增加魚雷聲自導的作用距離，提高被魚雷命中的幾率。另外，泵噴推進器由於有定子的存在，扭矩是自平衡的，且安全係數高。缺點主要是太重了，尤其是導管，佔用排水量較多。
無軸泵推作為新世紀以來各國都在極力攻克和完善的一項推進技術，先進性自然不必說，相比較傳統的螺旋槳推進，無軸泵推的優勢太多了。一是釋放大量潛艇空間。潛艇空間極其寶貴，而傳動軸佔去大量空間，且維護複雜，降低了潛艇續航能力。實現無軸泵推後，不但節約空間，且同等條件下，減輕了潛艇重量。二是極大降低潛艇噪音。傳動軸旋轉產生的機械噪音和機械振動很難通過技術手段徹底消除，尤其在密閉空間更加明顯。無軸泵推大大增強了潛艇的隱身生存能力。三是可多點布置推進器，利於潛艇機動。例如在船身多出安裝這種泵推器，就能很快實現軍艦的轉向和操控，而不必再做出各種大機動來實現轉向和調整方位。當然這樣還有一個好處就是更利於艦艇做出規避動作，比如水中的魚雷以及高速飛來的反艦導彈，通過快速機動都有利於逃避掉敵方的攻擊。因此，無軸泵推技術毫無疑問將會在不遠的將來全面取代螺旋槳推進。
螺旋槳不管是用在船上還是潛艇上當它運轉的時候在水下的噪音是非常大的，潛艇如果用螺旋槳的話在水下的噪音可以達到60-70分貝，在水面的噪音也能達到65分貝以上，所以，為了降噪，就把潛艇的推進系統做成了磅射系統！這套系統最大的優點在於安靜，在水下的噪音能達到40-50分貝！在水面的噪音可以達到55分貝，相對來說還是很安靜的！美國的海狼級核潛艇的這套推進系統是最先進的，在水下的噪音可以達到45分貝，再加上殼體用了隔音材料，可以把噪音降低到30分貝以下！到目前為止中國的晉級核潛艇還有俄羅斯的核潛艇都在逐漸使用這套系統！這套系統還有一個優點就是相對於傳統螺旋槳它的功率更大，結構更緊湊，製造成本更低廉，維修保養更方便等特點！現在一般驅逐艦也採用這套系統！因為驅逐艦需要更好的機動性和更快的速度！再就是現在好多聲吶系統都很先進，在很遠的地方就能探測到物體！一但被發現就意味著將會面臨滅頂之災！所以還是以隱身為主！
潛艇採用「無軸泵噴推進器」的好處很多：
第一，因為沒有「有軸泵噴推進器」上那根來自潛艇艇體內的主傳動軸，所以它在運行時，就沒有了主傳動軸系產生的雜訊。
第二，由於「無軸泵噴推進器」是把電機布置在艇體外部的環形導管上，所以還能節省潛艇艇體艙內的寶貴空間；
第三，「無軸泵噴推進器」與艇體內部只存在電纜聯繫，所以它的布置非常靈活。它可以裝在潛艇尾部正中軸線上，也可裝在潛艇尾部兩側，還能設在潛艇的各種舵上。甚至可設置在潛艇艇體內，與潛艇融為一體。在潛艇艇體前後各開一個口子，兩個口子之間的導流管內，就可放置「無軸泵噴推進器」。
美國海軍工程試驗站為了對比泵射推進和普通螺旋槳推進時的噪音。他們上世紀曾經做過對比實驗，結果表明，泵射推進比普通的螺旋槳推進最高可低20分貝左右，差距非常大。
而在艦艇上使用噴水推進，最大的好處是操縱性和倒車性能優越;艦體外的附件少，減少了阻力。
另外，跟外露螺旋槳相比，使用噴水推進的船可在淺水活動，只要入水口被淹沒就行。還有就是，因為旋轉部件是包裹起來的，所以裡面的槳葉能得到很好的保護，不會切割外面的礁石和魚兒。
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