螺旋桨上这些坑竟是这些“泡泡”打出来的！

船舶新闻 · 发表于 2017-12-21 14:48

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没有多少人会把小小的气泡跟杀伤力联系在一起。

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但实际上，那些气泡对于设计不佳的螺旋桨来说是极其致命的。

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图片来自Axda0002

螺旋桨一般是舰船上最最坚硬的部件之一，但它们却常被“气泡”所杀伤。而这里的气泡，其专有名字叫“空泡”。

空泡到底是怎么产生的？毁伤力为何又这般大？今天，咱们来聊一聊。

原理其实很简单

我们知道，水在一个标准大气压下，100摄氏度时沸腾，而沸腾就是水中产生大量气泡的过程。在大约两个标准大气压时，得达到120摄氏度时才会沸腾，这是家庭用高压锅里面的温度。而在珠峰上，由于气压小，水最低可到69摄氏度时才出现沸腾。压强不同，沸点也不同。

反过来说也成立，即不同温度下，水沸腾时的压强是不同的，这个压强就是饱和蒸气压。

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对照上面的表格数据，在20℃的海水里面，如果局部出现低于2338.8pa的低压，那么海水就会沸腾并产生气泡，这就是空泡。

问题来了，为什么在密实的水里面，螺旋桨周围还会产生低压？这不难理解，螺旋桨高速旋转，由于桨叶的高速移动，则桨叶背部的压力必然降低，形成一个吸力面，低压就这么产生了，当压力低于海水的饱和蒸气压时，就会产生大量气泡，就像沸腾一样。

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堵住注射试管的底部，并向上拔活塞时，管内气压降低，并产生气泡。

空泡与沸腾不同的是，烧水出现的沸腾，其内部生成的气泡还会不断长大，因为气泡可以不断从周围获得热量。而空泡的周围，没有热量的输入，只存在周围高压海水的强力挤压，这就是空泡威力很大的成因。

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几百万分之一秒的时间里，螺旋桨产生的空泡呈现爆发式增长，之后，由于周围海水的高压，空泡又被急剧压缩，直至崩溃，而崩溃时，会有爆炸性射流产生，这个射流的时速高达几千公里以上，再坚硬的螺旋桨也经不起其长年累月的冲击。

射流只是其中的一个伤害。空泡破灭时，还会产生爆炸性的冲击波。

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仔细看上面动图，空泡破灭时向四周产生了一个明显可见的冲击波。

所以，射流和冲击波是空泡损伤螺旋桨的根本原因。

我们可以用一个试验来展示一下空泡的威力。

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图片来自GavinFree和DanielGruchy两人做的实验截图

一个装着水的啤酒瓶，用力击打啤酒瓶的瓶口处，此时，啤酒瓶的底部掉了。为什么？

让我们来看看细节。

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上面动图告诉我们，当用力击打啤酒瓶顶部时，啤酒瓶必然会迅速向下移动，但瓶子内部的水跟不上这种瞬间的高速移动，于是空泡就产生了。这就像螺旋桨高速转动时，桨叶背部的水跟不上桨叶的移动一样。

啤酒瓶底部的空泡，其存在时间极短，而当其破灭时会对瓶底产生一个冲击力，于是瓶底就掉了。

空泡的其他危害

大坝的泄洪道、水龙头控制阀、柴油发动机等等，也会产生空泡损伤。

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图为空泡对泄洪道的损伤

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图为空泡对控制阀的损伤

损伤只是一方面，大量空泡破裂时产生的噪音也是常规潜艇和核潜艇所痛恨的，因为这会大大增加潜艇被敌方声呐探测到的机会。所以，越来越多的先进核潜艇不再使用常规的外露螺旋桨推进，而是采用泵射推进。

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空泡的用途

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上图为空泡在物体表面破裂时的模拟，可以看到，空泡破裂时会对物体表面进行来回冲击，利用这种冲击，我们可以高效清洗物件。

问题是，怎样才能方便地在水里面产生大量空泡？不难，向水里面发射超声波即可。

自然界空泡

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长尾鲨，图片来自@CITES

长尾鲨有一根超长的大尾巴，其体长最高可达七米，尾巴是它们的捕食工具。遇到鱼群时，就转过身用尾巴奋力拍打，将鱼击晕从而美餐。

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而长尾鲨甩动大尾巴捕食的时候，极其彪悍，研究人员从它们的尾巴尖上看到了空泡。

出品：科普中国

制作：寒木钓萌

监制：中国科学院计算机网络信息中心

hushunkai886 · 发表于 2017-12-21 16:07

对阁下的敬仰之情犹如滔滔江水，连绵不绝！！！
顶起来！这样的精华帖，天天都要有才叫绝！！

soon · 发表于 2017-12-21 17:56

真是好贴，讲得太清晰了，顶

坚持~~~ · 发表于 2017-12-21 20:46

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骑船上马路 · 发表于 2017-12-22 07:53

又学到不少东西

zhz1728 · 发表于 2017-12-22 08:14

学习了，感谢楼主分享

船舶小伙 · 发表于 2017-12-22 09:40

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zhaojian517 · 发表于 2017-12-22 18:41

学习了，感谢分享

流光溢彩 · 发表于 2017-12-23 16:51

空泡效应的危害还是蛮大的，螺旋桨、阀件、水泵

bjfcmlc · 发表于 2017-12-26 12:44

讲的很透彻啊

胖熊嘟嘟嘟 · 发表于 2017-12-26 14:52

以前上学的时候讲过，空泡对螺旋桨的叶片表面有剥蚀作用

cheyshxrf · 发表于 2017-12-26 20:33

{:4_123:}..........

peak-zhang · 发表于 2017-12-26 22:17

厉害了，我的哥

清船吃饭 · 发表于 2017-12-27 10:22

在设备、管腔内部这就叫气蚀，你看的到叫空泡，；两字--气泡

海风有点咸 · 发表于 2017-12-27 13:16

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奋斗的小鸟二代 · 发表于 2017-12-27 20:35

泡泡虽小，威力很大。不容小觑

aqwe · 发表于 2017-12-27 21:30

泡泡泡，泡啥尼？

ztj1986 · 发表于 2017-12-30 10:14

厉害了，空泡效应

ww6900407 · 发表于 2017-12-30 10:48

泡泡跑，跑啥子类

flaxis · 发表于 2018-2-9 10:06

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[基础知识] 螺旋桨上这些坑竟是这些“泡泡”打出来的！

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