陳虎點兵：永磁電機將為中國潛艇性能帶來哪些提升

    新華社北京11月3日電（陳虎）前幾天中國第一臺完全自主智慧財産權的永磁電機試車成功，引起了很多媒體和軍迷網友的關注，大家都在關心永磁電機技術突破之後，潛艇會有哪些性能上的提升。

    有些軍迷網友和媒體説永磁電機和傳統的勵磁電機相比噪音更小，永磁電機的使用將使中國的潛艇更加安靜。

    安靜性是潛艇最關鍵的指標，如果永磁電機真的使潛艇的噪音大幅度降低，這無疑是一個巨大的進步。可是這真的能實現嗎？這就要從永磁電機本身説起了。

    學過中學物理的人都知道，電機能夠運轉是因為兩個磁場相對的作用，這裏頭就包括了定子和轉子，也就是定子要有一個磁場，轉子上也要有一個和定子相反的磁場，轉子的磁場怎麼産生呢？我們知道電可以生磁，所以説傳統的電機是在轉子上繞上一大堆電線，術語叫做線圈繞組，通過線圈産生磁場，因為這個原理，這種傳統的電機又被叫做勵磁電機。而永磁電機用大型的永磁磁體替代了線圈繞組，轉子的磁場不是通過電機産生的，所以叫永磁電機。

美國“海狼”級潛艇。（資料圖）

    對永磁電機來説，轉子的線圈繞組和電刷都沒了，這意味著結構更加簡單，尺寸上可以有較大幅度的縮小。另外沒有了線圈繞組，運作時電流通過線圈繞組産生的電流嗡嗡聲就會大幅降低，這就是永磁電機降低噪音的原因。

    永磁電機和勵磁電機相比，還有其他的一些重要優勢。它在低輸出的時候，效率會更高，因為它不需要電流勵磁這一部分的消耗，所以它的總體運作效率也會更高一些。

    研發運用永磁電機的難點在什麼地方呢？永磁電機早就有，但是永磁電機尺寸小的好做，尺寸大的不好做，因為需要足夠大和足夠強磁場的永磁體，才能做成輸出功率足夠大的電機。

    另外，永磁體的磁場會隨著時間減弱，特別是在極端的情況下，例如高溫、低溫這樣的情況下，永磁體的磁場會出現永久性的減弱。而潛艇的主電機如果用永磁電機的話，就要有相當的技術水準。

    永磁電機究竟可以給潛艇帶來哪些提升？所謂使潛艇更安靜這種説法，更多的是媒體和網友們的誤解。如果到網上查一查會發現永磁電機噪音低確實是事實，因為電流聲沒有了，但是這種聲音對于潛艇降噪來説，幾乎是可以忽略不計的，對潛艇來説，噪音更主要來自于潛艇內部機械部分的震動。

看起來漂亮的螺旋槳空泡是潛艇噪聲的罪魁禍首之一。

    勵磁電機的噪音水準就好像在潛艇當中大聲説話一樣，聲音是傳不到艇外的，或者説傳到艇外的震動可以忽略不計。所以網傳永磁電機可以大幅降低潛艇噪音是一種誤解。

    對安靜性沒有大的提升，它的好處究竟體現在哪兒呢？首先體現在重量和體積的縮小。以需要跑20節以上的潛艇為例，以往潛艇的主電機可能需要7200-7500馬力，如果用直流電機的話，重量大概要有七八十噸，往小點説也得六七十噸，長度可能會有七八米，形象點説，它的體積大概和一個中巴車差不多大。

資料圖：俄羅斯海軍基洛級潛艇。

    如果説使用永磁電機的話，重量減輕和體積縮小，顯然會給潛艇的設計總布置帶來很多好處。

    永磁電機另一個特別值得關注的優勢，在于它的可靠性大幅度提高，在低輸出時效率的提升也有很大的意義。

    潛艇的電機，有時要跑高速，有時又要跑低速，最佳效率點是設在高速上還是設在低速上，這個很難平衡。過去的潛艇可能會有兩臺電機甚至更多的電機，這個是充分考慮了低速的效能和高速效能以及可靠性的因素。

    像老的俄羅斯基洛級潛艇，它的動力電機有三臺，一個主電機，一個經航電機，還有一個備用電機，要這麼多電機主要為了解決大輸出和小輸出效率的問題，同時還要解決可靠性的問題。對于永磁電機來説，它總體的工作效率提高了，同時低輸出時候的效率有極大的改善，這樣一來經航電機就可以取消了。而且它的可靠性大幅提升，那麼備用電機是不是也就可以取消了呢？這對潛艇的設計顯然有很大幫助。

    德國德意志造船廠碼頭上,一艘挂埃及國旗的新型209級1400M潛艇正在舉行移交儀式。2011年埃及向德國購買了兩艘209型常規潛艇。

    國外的常規潛艇，最高航速可以跑到20節、21節，這些潛艇的主電機，4000多馬力、5000馬力，撐死了6000馬力，怎麼算也算不出來它是如何跑到20節以上的。其實這是國外的設計者搞的小貓膩。這是因為潛艇採用了雙速制，正常航行的時候，跑到15節、16節，這時使用的是主電機的最大功率。想跑到20節，短時間想衝一下，就採用超負荷運作的方式，一個4000、5000馬力的電機，可以超負荷運作60%，甚至80%，這時就可以跑到20節、21節，當然這個超速運作的時間不能太長，因為超負荷運作電機會發熱，長時間的發熱會燒毀線圈繞組和電刷。所以高速度前提就是時間很短。

    早期德國209型潛艇的航速有21節，但在實際使用當中它只能以21節的航速跑十分鐘，就是因為這個原因。永磁電機和勵磁電機相比，它沒有了轉子的線圈繞組和電刷，發熱燒毀的幾率將會大大降低。使用永磁電機，超負荷運作的時間，將會大大的增加。

    從勵磁電機到永磁電機，這是潛艇主動力電機的一個不小的進步。當然了，潛艇總體性能的提升，是由許許多多這些子係統、分係統的技術進步和提升綜合帶來的結果，單純的一個永磁電機不可能把一艘潛艇變成神器，但是許許多多像永磁電機這樣的進步累計起來，就有可能把潛艇打造成一個神器。

    永磁電機這樣的技術進步，顯然是可喜的，同時我們還需要更多這樣的技術進步累加起來，才會使潛艇性能變得更加先進，才能真正把潛艇變成神器。