自十九世紀中期以來,螺旋槳憑著優(you) 秀的成本效率優(you) 勢,一直作為(wei) 船舶最普遍使用的推進裝置。螺旋槳的理論研究,在船舶技術發展過程中,它比任何一個(ge) 專(zhuan) 業(ye) 領域都做得多,從(cong) 經驗方法過渡到數字化設計,再進而應用計算機技術進行螺旋槳最佳化的設計。
到了現代社會(hui) ,人類的生活和工作節奏越來越快,對船舶的速度要求也變的越來越高,螺旋槳作為(wei) 船舶的推進裝置最為(wei) 致命的缺陷就出現了,那就是螺旋槳的空泡效應。
空泡效應:根據伯努利定律,螺旋槳高速旋轉,由於(yu) 槳葉的高速移動,則槳葉背部的壓力必然降低,形成一個(ge) 吸力麵,低壓就這麽(me) 產(chan) 生了,當壓力低於(yu) 水的飽和蒸氣壓時,液體(ti) 中的液態分子就轉化為(wei) 氣態分子,最終會(hui) 突然產(chan) 生大量的氣泡,被稱為(wei) “空泡效應”。常規的螺旋槳最佳轉速隻有300-600轉,大型貨輪的最佳轉速甚至不到100轉。一旦超過這個(ge) 轉速,空泡就開始出現,轉速越高空泡就越嚴(yan) 重。
這是一種典型的空蝕現象 (I段解釋這種現象產(chan) 生的原因;II段說明這種現象的危害)
I:在流動的液體(ti) 中,當局部區域的壓力因某種原因而突然下降至與(yu) 該區域液體(ti) 溫度相應的汽化壓力以下時,部分液體(ti) 汽化,溶於(yu) 液體(ti) 中的氣體(ti) 逸出,形成液流中的氣泡(或稱空泡),這一過程稱為(wei) 空化。空泡隨液流進入壓力較高的區域時,失去存在的條件而突然潰滅,原空泡周圍的液體(ti) 運動使局部區域的壓力驟增。
II:如果液流中不斷形成、長大的空泡在固體(ti) 壁麵附近頻頻潰滅,壁麵就會(hui) 遭受巨大壓力的反複衝(chong) 擊,從(cong) 而引起材料的疲勞破損甚至表麵剝蝕,這就叫空化剝蝕,簡稱空蝕,又稱氣蝕。
上圖的螺旋槳在飛速旋轉的同時就在葉片處邊緣產(chan) 生了無數微小的氣泡,他們(men) 在撞擊葉片的邊緣,話說一般受空飾撞擊比較嚴(yan) 重的地方還有葉輪中心處
空泡的危害:
1, 汽蝕:幾百萬(wan) 分之一秒的時間裏,螺旋槳產(chan) 生的空泡呈現爆發式增長,之後,由於(yu) 周圍水的高壓,空泡又被急劇壓縮,直至崩潰,而崩潰時,會(hui) 有爆炸性射流產(chan) 生,這個(ge) 射流的時速高達幾千公裏以上,再堅硬的螺旋槳也經不起其長年累月的衝(chong) 擊。射流隻是其中的一個(ge) 傷(shang) 害。空泡破滅時,還會(hui) 產(chan) 生爆炸性的衝(chong) 擊波。射流和衝(chong) 擊波是空泡損傷(shang) 螺旋槳的根本原因。
2, 效率下降: 發生空泡之後,產(chan) 生的大量氣泡使螺旋槳的阻力加大、推力下降,從(cong) 而大大降低螺旋槳的推進效率。
3, 噪音和振動:大量空泡破裂時產(chan) 生的噪音也是潛艇最主要的噪音來源,因為(wei) 這會(hui) 大大增加潛艇被敵方聲呐探測到的機會(hui) 。所以,越來越多的先進核潛艇不再使用常規的外露螺旋槳推進,而是采用噴水推進。