空泡对船舶螺旋桨的杀伤力你知道吗

空泡对船舶螺旋桨的杀伤力你知道吗

没有多少人会把小小的气泡跟杀伤力联系在一起。 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。

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，咱们就来一起聊一聊。 

空泡的成因

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。 

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。 

那么问题来了，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。 

空泡对螺旋桨的损害

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。

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。 

射流的冲击

爆炸性的冲击波

而且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。 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。 

图片来自GavinFree和DanielGruchy做的实验

　　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。为何？

　　让我们来看看细节。

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。 

空泡对泄洪道的损伤

爆炸性的冲击波

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。 

空泡的用途 

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，向水里面发射即可。 

自然界的空泡

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。 

来源科普中国-科普融合创作与传播