“因此在設計船只的時候,空泡效應就是不得不考慮的問題了,你們覺得,空泡最容易產生在哪里?”
“產生在船側,水平面與船接觸的地方。”周至說道。
“不對,應該是產生在螺旋槳那里。”麥小苗想了一下:“螺旋槳的速度是整個傳遞最高的地方,而且螺旋槳的外緣和軸柄角速度相同,因此越是遠離圓心的部分,速度就越高,攪動的水流會在螺旋槳各處發生劇烈的速度變化,這種變化又會導致局部壓強的劇烈變化,容易形成產生空泡的條件。”
“嗯,還是小苗聰明一些。”秦海峰稱贊道。
周至就在心里默默地念叨著,那是因為你們都是學理科的,這么比太不公平了。有本事兒大家來對“煙鎖池塘柳”,看看誰聰明!
秦海峰沒管周至心里在想什么,繼續解釋道:“氣化,其實就是水沸騰產生的,我們知道,水在一個標準大氣壓下,沸點是100攝氏度,而在珠峰上,由于氣壓小,水最低可到69攝氏度時出現沸騰。”
“如果在20c的海水里面,如果局部出現低于2338.8pa的低壓,那么海水依然會沸騰并產生氣泡,這就是空泡的產生原理。”
“而整個船體或者潛水器上,最容易產生低壓的地方,自然是螺旋槳周圍。”
“這其實也不難理解,由于槳葉的高速移動,類似機翼的原理,槳葉背部的壓力必然降低,進而形成一個吸力面,低壓自然就這么產生了,當壓力低于海水的飽和蒸氣壓時,就會出現低溫沸騰現象,大量的氣泡便產生了。”
“對于船只來說,這類氣泡的危害性是非常大的,空泡與高溫沸騰的區別在于,燒水出現的沸騰,其內部生成的氣泡還會不斷長大,因為氣泡可以不斷從周圍獲得熱量。”
“而空泡的周圍,沒有熱量的輸入,只存在周圍高壓海水的強力擠壓,幾百萬分之一秒的時間里,螺旋槳產生的空泡呈現爆發式增長,之后,由于周圍海水的高壓,空泡又被急劇壓縮,直至崩潰,在崩潰時它們會形成爆炸性射流,這個射流的時速,往往高達幾千公里以上,即便是高強度的合金鋼制作而成的螺旋槳,也經不起其長年累月的沖擊。”
“除了射流,空泡破滅時,還會產生爆炸性的沖擊波。這就像螺旋槳高速轉動時,槳葉背部的水跟不上槳葉的移動一樣。這樣的沖擊波往往會造成螺旋槳的變形,斷裂。”
“第三個方面,就是大量空泡破裂時產生的極大的噪音,對于軍隊來說,這樣的噪音往往是識別對方艦船類型,甚至是某一艘艦船的聲吶標志。比如紅寶石設計局設計的臺風核潛艇,其噪聲能夠高達115分貝,傳說中的臺風在海參崴出港,整個北太平洋都聽得見,說的便是噪音的玩笑話,我們海軍,當然希望這樣的聲音越小越好,最好就是壓根沒有。”
“不過就如小苗說的那樣,只要是采用的螺旋槳推進原理,就必然會造成這樣的壓力差的劇烈變化,也就不可能避免空泡的產生。”秦海峰將帽子再次取下來,指著自己的一頭白發:“你海軍叔叔這一腦袋的白頭發啊,就是跟這些氣泡作斗爭的產物了。”
周至隱約知道秦海峰大學畢業后進了海軍某科研單位,現在看來,多半就是研究艦船推進系統的研究所了。
“所以叔叔是有什么項目需要我們幫助嗎?”麥小苗問道:“用小智的算力?”
“差不多。”秦海峰笑道:“現在各個軍事單位日子都不好過,各地都在搞軍轉民,搞三產,我們也承接了一艘郵輪動力系統的設計任務,設計了幾個螺旋槳的方案,想要驗證一下哪一個對于克服空泡效應,延長螺旋槳生命更加有效。”