Летящие над волной

Опубликовано: 27 июня 2010
Просмотров: 132295

 

После фиаско с водометной миноноской неудачи продолжали преследовать Торникрофта. Его первый истребитель "Daring"(«Дэринг») не показал контрактных 27 уз. Даже при форсировании мощности машин сверх проекта "Daring" не смог развить более 24 уз.

HMS "Daring" 1893г.

Кораблестроители впервые столкнулись с явлением, получившим название «проскальзывание винтов», а позднее «кавитация» (от лат. саvitu — пустота). До сих пор это явление до конца не изучено, что объясняется сложностью других связанных с ним явлений.

В сегодняшнем представлении механизм кавитации гребного винта выглядит следующим образом. Винт начинает кавитировать, когда по мере увеличения частоты его вращения скорость воды на засасывающей стороне лопасти (обращенной к носу корабля) настолько возрастает, что давление снижается до значения, при котором вода даже при обычной температуре вскипает и превращается в пар.

Пар, занимая определенный объем, вытесняет воду, и в ней образуются пузырьки, наполненные кроме паров воды воздухом и газами, выделившимися из воды. Каждый пузырек переносится потоком от места своего образования в область с меньшим разрежением. При этом пар в пузырьке мгновенно конденсируется, превращаясь в воду. Вода, как известно, занимает намного меньший объем, чем пар, а потому в пустоту, образующуюся в месте превращения пара в воду, со всех сторон устремляются окружающие пузырек частицы воды. Скорость частиц велика, так как конденсация пара происходит примерно за 1/500—1/1000 долю секунды, и они с огромной силой ударяют о поверхность лопасти.

Схема кавитирующей лопасти гребного винта.

1 - кавитационная полость на I стадии кавитации. 2 - кавитационная полость на II стадии кавитации

Установлено, что при ударе жидкости о твердое тело ее частицы на миллионные доли секунды приобретают определенную структуру, как бы отвердевая. Местные давления «отвердевшей» жидкости достигают тысяч атмосфер. Повышение давления очень кратковременно, но в условиях кавитации бомбардировка частицами воды происходит непрерывно, и лопасть постепенно разрушается. Вначале появляются мелкие «оспинки», которые затем сливаются в язвы, и за определенное время работы, измеряемое иногда часами, винт приходит в негодность. Это первая стадия кавитации, в результате которой разрушается металл винта.

По мере дальнейшего увеличения частоты вращения винта площадь засасывающей стороны лопасти, охваченная кавитацией, расширяется, зона разрежения увеличивается, давление в ней падает, конденсация пара происходит за пределами лопасти. При этом кавитационная эрозия металла винта прекращается, но винт как бы теряет упор и проскальзывает в «воздушном мешке». Наступает вторая стадия кавитации, которая не разрушает винт, но резко снижает его КПД.

Кавитационные повреждения гребного винта

Вернемся однако к "Daring"(«Дэрингу»), который безуспешно форсировал машины на мерной линии, пытаясь натянуть конкретную скорость. В конце концов испытания были прекращены. После бурных дебатов приемная комиссия приняла решение заменить гребные винты истребителя. Но на какие? Замену производили «на ощупь». Ведь теория кавитации в то время отсутствовала, а значит, отсутствовали и научно обоснованные рекомендации по устранению этого вредного явления. Корабль только успевали ставить в док и, заменив очередные винты, выводить на испытания. Пришлось сменить шесть пар винтов, прежде чем были получены оговоренные контрактом 27 уз. Площадь лопастей винтов, с которыми истребитель достиг контрактной скорости, была на 45 % больше, чем у винтов, с которыми он вышел на первые испытания.