即使是采用第二种形式,无轴泵喷也还存在一些弱点。

1. 尺寸与重量:上面的商业用无轴泵喷看上去相当轻巧,它们的功率也很小,最大不过一千马力。当功率翻几十翻增长到核潜艇所需的数值时,这个环形电机的尺寸和总量也将极度膨胀,导致泵喷整流罩比常规有轴泵喷的大很多,相应的泵喷支撑结构乃至整个艇艉承力结构都得加强,泵喷迎水面积增大,阻力增强。

核潜艇实用化的无轴泵喷什么样没有人看到过,不过可以对比一下当代舰用先进推进电动机的尺寸。
这是2015年12月交付的“伊丽莎白女王”号航母IFEP综合电力推进系统四台先进感应电动机(AIM)中的第一台,功率20兆瓦(26800马力)。从图中工作人员的身高可以看出它的尺寸,长度约3.5米,直径超过3米,重量是110吨!女王级罗罗MT-30燃气轮机的重量也不过120吨。
45型驱逐舰、朱姆沃尔特级驱逐舰采用的也都是这型电动机,不要笑话这两型明星驱逐舰老是趴窝,那是综合电力系统惹的祸,这台电动机本身无疑已经达到了世界最先进的水平。它的生产商家是科孚德机电(Converteam),前身是阿尔斯通(Alstom)机电部,于2011年被通用电气收购整合为电能转换业务部(Power Conversion),西方机电行业巨头的精华技术都浓缩其中。

中国的机电行业如今发展很快,但是能否打破现有的物理限制,“弯道超车”式地造出体积小、重量轻、马力大、可靠性高、造价可承受的无轴泵喷用环形驱动电机,可能没有大家认为的那么乐观。

当然在这里我并不是要去怀疑或者否认马伟明院士这样的中华脊梁对海军发展作出的重要贡献,如果潜用无轴泵喷真的实用化,那一定是采用了超越传统的颠覆性设计。

2. 电磁隐蔽性:无轴泵喷可以大幅度降低潜艇的机械噪声,但不是像很多人想当然的认为就完全消灭机械噪音了,只要有转动部件,有转轴、轴承这些机械结构的刚性连接,就会产生机械噪音。按下葫芦浮起瓢,机械噪声是小了,硕大的高功率环形电机安装在艇体外部的整流罩内,前后开口无屏蔽,将产生很强的电磁信号,造成新的强辐射源。
澳大利亚订购的“短鳍梭鱼”级常规动力潜艇想象图,它的水下排水量高达4500吨,是第一型批量建造的泵喷常规潜艇。

3. 可靠性:有轴泵喷的动力系统是位于艇体内部与海水完全隔离的,方便维修保养;无轴泵喷的整个电磁驱动单元却是被隔绝浸没在舱外水下的,如何保证密封不渗漏、整个航行过程中不发生故障、故障受损后如何抢修都是大难题,需要通过实际运用摸索解决。

4. 推进效率:无轴泵喷的转子和定子之间是非接触的,必须留有一定的缝隙以供转子高速旋转。这条环形缝隙将降低叶轮两侧的压力差,减弱叶轮的做功能力,令无轴泵喷的效率比机械式有轴泵喷低约5%。
同时电机转子是跟随叶片一起转动的,整个旋转部件的摩擦表面积是有轴泵喷叶片的2.2倍,相同转速下将消耗更多功率,对反应堆功率输出提出更高要求。

注:以上关于无轴泵喷的数据及三维示意图来自海军工程大学动力工程学院2015年发表的一篇简短的公开论文《机械式泵喷与IMP推进器的水力性能对比》,2016年发表在哈尔滨工程大学学报上,IMP推进器就指的无轴泵喷。海军工程大学就是马伟明院士的工作单位,哈工大则是中国军工的摇篮。

综上所述,无轴泵喷具有优秀的降噪性能,但是会造成水动力损失。特别是工程上是否能达到攻击型核潜艇潜深数百米、输出功率三、四万马力、航速30节这样严苛的要求,与常规有轴泵喷的综合性能哪个更强,目前还有待观察,我也尚持保留意见。

马院士确实在央视节目中说过潜艇无轴泵喷推进器是下一代核潜艇所用的推进系统,并且“现在已经在应用了”。但是现在在应用的未必就是核潜艇的主推进器,可能只是辅助推进器(有传闻弗吉尼亚级的可收放式辅助推进器就是用的无轴泵喷,但查不到具体资料),也可能像弗吉尼亚级的LSV 2那样一样专门建造一艘缩比模型进行工程应用方面的试验。
为测试验证弗吉尼亚级采用的关键技术而专门制造的LSV 2 “割喉者” - (Cutthroat,当地一种鳟鱼的名字)缩比模型,它是世界上最大的无人潜航器,长33.8米,排水量205吨,为弗吉尼亚级的29.4%,由通用电船和纽波特纽斯联合制造,部署在位于爱达荷州庞德雷湖(Lake Pend Oreille)的美国海军水面作战中心声学研究所。它的前辈LSV 1就是海狼级的缩比模型。LSV 2服役于2001年,弗吉尼亚号则是2004年。

从科研机构开发出创新理论和技术,造出原型验证设备,到通过国家鉴定实际装艇进行工程应用,这其中还有很大一段距离要走,不知道我们现在走到了哪一步。

我们是以暂时领先一代的综合电力系统去和人家常规机械传动系统在比。换句话说,如果几年后欧美也解决了综合电力系统可靠性的问题,将永磁电机布置在艇艉,带动一根很短的主轴直接驱动现有形式的机械泵喷,常规汽轮机+减速齿轮箱+长轴系造成的机械振动和噪声也会被降到一个非常低的水平。而上述无轴泵喷的4个缺点都可以避免,孰优孰劣还未可知。

还是打上面鞋子的比方,现在你有一双更加神奇的鞋,脚都不用着地就能让你悄无声息地飞跑,但是这双鞋的尺寸重量大得有点吓人,跑起来更费力气,没有声音但是会带起灰尘,而且万一跑的过程中鞋带散了还没法系。你会选哪双鞋呢,大概只有都试穿一下才知道。

除了动力输出形式,影响推进效率的因素还有很多,比如叶片形状的选择、特种铜合金的冶炼、加工的精度、环形电机的密封与润滑、安装精度等等都很重要,这些都不是研究电气工程的马伟明院士可以控制的。过分夸大马伟明院士的作用,认为只要有综合电力系统加无轴泵喷就可以让095打遍天下,这并不是一种科学的态度。
095,会用上泵喷,但形式和效能还有待观察。

膝关节的自我检测
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在没有任何负重,也不借助外力的情况下,单腿站立,膝盖稍微弯曲。另一条腿弯曲,脚尖略高于地面。保持这一体势后整个身体尽量下蹲。下蹲动作一定要缓慢进行,尽可能保持身体平衡。几秒钟后站立,回到初始姿势。

动作要领:1.两脚与臀同宽,脚尖向前。2. 慢慢你的体重转移到右脚,直到你的左脚完全离开地面。3. 要确保每条腿做相同的数量。

该过程中,可能部分因身体平衡力不佳的人,会出现整个动作无法连贯完成,或下蹲中加压过度,短时不耐受,出现酸胀现象,这都属于正常情况。关键是注意下蹲过程中,膝关节有无痛感,如果感觉到膝盖疼痛就意味着不正常,需引起注意了。

六大伤膝行为

行为一:久蹲

有研究显示,做蹲、跪这两个动作时,膝盖的负重是体重的8倍。

建议:蹲的时间不要超过10分钟,起身的时候不能太快,尽可能先让脊椎保持垂直状态,然后用腿部肌肉支撑身体,再慢慢起来。

行为二:久坐

美国《骨科与运动物理治疗杂志》有研究称,久坐人群的关节炎发生率为10.2%,高于健身跑人群的3.5%。

建议:每隔30分钟,可以适当起来活动一下,有效促进下肢的血液循环。

行为三:过量运动

跑步时膝盖承受的力非常大,甚至会产生 7 倍于平时走路的压力,尤其是长时间不运动的人,突然进行过量的剧烈运动,更易让膝盖受伤。

建议:新手日训练时间控制在20分钟左右,普通人群建议跑步总里程控制在65公里/周,每周日数不超过4天,尽可能循序渐进地做适量的运动。

行为四:穿高跟鞋

穿着高跟鞋站立、走动时,因受力不均极易扭伤,相关研究显示:穿高跟鞋下楼梯,承压是体重的7倍~9倍,且易患上骨关节炎。

建议:高跟鞋防水台最好不要超过3cm,平时可以和平底鞋适当换着穿,尽量让膝盖歇一会。

行为五:爬山、爬楼

在上下楼梯、上下坡的时候,膝关节负重是身体的3~4倍,对膝关节的磨损非常严重。

建议:走楼梯或爬山时,一定要注意要扶着栏杆、墙或其他支撑物,尽可能不要跨步上楼梯,尤其是50岁以上人群,爬山、爬楼更应谨慎。

行为六:体重超重

体重越重的人,膝盖需要承受的重量更多,软骨在摩擦、修复、生产中易出现退行性病变、损伤。

建议:用体重公斤数除以身高米数的平方得出的BMI数值,低于18.5说明过轻,高于24属于过重,应该尽快减肥,减轻膝关节的负重。

2006年7月21日,加拿大多伦多一处高速公路的立交桥上,44岁的华裔中年男子蒋国兵毫不犹豫地纵身一跃,结束了自己的生命。他的死在当地没有引起任何波澜,却在华人圈和国内引起轩然大波,只因他的身份非常特殊。
蒋国兵1979年参加高考,17岁的他(1962年出生)一举夺得湖北省理科状元,被清华大学物理系录取,4年后他从全班35名同学中脱颖而出,被报送至本院系本专业攻读硕士学位。毕业后,由于科研成果突出被留校任教,31岁时成为清华大学物理系的一名副教授。
这样的人生,大家怎么也不会与“中年危机”、“再就业难”、“油漆工”、“付不起房租”等词汇联系在一起,但是这些“标签”最终统统贴在了蒋国兵的身上,到底发生了什么呢?并不是蒋国兵“堕落了”,而是得了大家都有的一种“心理病”,心理学上叫期望定律。
期望定律告诉我们:当我们怀着对某件事情非常强烈的期望的时候,我们所期望的事物就会出现。 如果一个人有自信心,对自己怀着期望,他就会朝着自己期望的方向发展。
蒋国兵是一个上进心非常强的人,他并不满足眼前的一切,强烈期望在学术上取得更大的成就,经过努力,他所期望的事情也实现了,在学校的资助下,蒋国兵以公费生的身份进入美国普渡大学攻读核物理学博士学位。
美国留学期间,蒋国兵的“期望”发生了变化,他更加强烈“期望”得到国外所谓的“优质生活”——名车、洋房、上等人的生活,并且他非常自信,凭借自身的“条件”和“能力”,他完全有资格拥有“更优质的生活”。
2000年,蒋国兵博士毕业后回到国内,学校给予他更好的科研条件和待遇,但是他的“心”一直停留在大洋彼岸。凭借着他的名校光环,加拿大政府很快批准他和妻子的移民申请。出发前,他也曾犹豫过,撕毁了“移民证”,但很快又申请补办了一张。
2001年4月,蒋国兵夫妇来到了“梦寐以求”的“天堂”——加拿大。但是,蒋国兵所期望的“优质生活”并没有出现,而是一连串的现实打击。他在国内有令人艳羡的工作和地位,到了加拿大,却发现自己连一份工作都找不到。
名校博士的头衔也不好使,蒋国兵投出去的简历全部石沉大海。没有收入,他们夫妇却也支付高昂的房租,蒋国兵分析之后,认为是自己的“物理专业”在加拿大没有用武之地,他决定再修一门加拿大的“热门专业”。
说干就干,蒋国兵不愧是“学霸”,他于2002年考取多伦多大学(世界排名前20的名校)化学系博士。但是读书的费用需要自理,蒋国兵为了养家糊口,无奈只能边读书边打工。好些的工作找不到,他只能找一份白人都不愿意干的工作——油漆工。
“马太效应”在蒋国兵身上发生了,不过不是“强者恒强”,而是“弱者恒弱”。蒋国兵做了大半年的油漆工,工资只有3000元,难以养家糊口。他只好身兼数职,都是白人们不愿意干的工作,只有少数族裔底层人才愿意做的活。
蒋国兵的妻子以前在国内是“全职太太”,无奈之下也只能出外找工作,在一家小微企业干着一份朝不保夕的会计工作,贴补家用。蒋国兵看到留在国内的同学们过得都比他好,他曾经后悔过,也想回国,但是他已经放弃国籍,辜负了学校对他的公费培养,实在没脸回去,最终决定硬撑下去。
2006年,蒋国兵取得化学专业博士学位,却依然找不到一份像样的工作,只在怀雅逊大学的一个研究项目中找到了一份临时工的工作,合同期连1年都不到。2006年4月,他们夫妇靠打工赚的钱凑齐首付购置了一套面积不大的“镇屋”(相当于中国的小产权房),每月还有支付高昂的月供。
后来,女儿出生,开销更大了。但是蒋国兵虽然拥有名校物理和化学的“双博士学位” ,但是在加拿大依然“一职难求”昔日,那些远不如自己的同学们早已成为专家教授和政府官员,而他却沦为了“白人国度”的底层。
终于,蒋国兵扛不住了。2006年7月21日,他以死寻求解脱。他的死在北美没有社会关注,却在北美的华人圈引起轰动,他们没想到蒋国兵竟然穷到连“丧葬费”都没有的地步。清华校友们发起“蒋国兵家庭援助协调组”,合计为他捐助了 16500元,蒋国兵才得以“草草”安葬。
中国有句古话:“位卑未敢忘忧国!” 可是总有一些人觉得“国外的月亮比中国圆!”其实,我们看到的很多“美国美好”只不过是他们精心营造的“假象”罢了,偏偏有些人却深信不疑,结果“被卖了还帮着别人数钱”,真是“哀其不幸,怒其不争”。
民间有句俗语叫:“儿不嫌母丑,狗不嫌家贫。”中国人素来对那些“忘恩负义之辈”都是深恶痛绝,历史也证明,这类人大多没有好的结局。蒋国兵的“悲剧”并不是个例,其中的深层次原因值得我们深思。
最后,想补充一点,只有国家真正富强了,个人才能活得有尊严!否则,走到哪里,都会被人歧视!这个道理,美国人从1882年制定《排华法案》开始,就早已告诉了我们,但总有人选择性地忘记历史,不断上演“悲剧” !


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