Бесплатная техническая библиотека

За кормой, в пенной струе. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Юркий гоночный скутер и полукилометровой длины танкер, атомная подводная лодка и речной буксир - эти непохожие друг на друга суда и еще десятки других движутся в воде и под водой с помощью гребного винта. Девять современных самоходных судов из десяти - винтовые.

Гидробиологи изучили сотни обитателей рек, озер и океанов - от креветки до кальмара, от тюльки до кита, тщательно исследовали способы их передвижения в воде. Ни одного из них природа не наделила чем-либо напоминающим гребной винт. Как и колесо, главный движитель современного флота не имеет аналогов в природе. Корабельный винт -потомок созданного гениальным Архимедом винта для подъема воды. Если вспомнить еще и закон Архимеда, окажется, что судоходство сегодня дважды обязано великому сиракузцу...

В 1793 году французский математик Понтон предложил использовать для движения судов гребной винт. Спустя три десятилетия чешский изобретатель И. Рессель создал первую конструкцию винта - шнек. А в 1836 году случайная авария привела к тому, что шнек уступил место винту сегодняшней формы - лопастному. Во время испытаний длинный, как у мясорубки, шнек обломился, и судно пошло быстрее.

В 1849 году преимущества гребного винта были доказаны в честной борьбе. Английские пароходы - винтовой "Нигер" и колесный "Базилиск", оба с машинами по 400 л.с., связанные тросами, направились в противоположные стороны. Это было нечто вроде состязания по перетягиванию каната. Больше часа винтовой корабль тянул своего соперника со скоростью 1,5 узла.

Правда, после этого состязания колесные пароходы строили еще не одно десятилетие. Но скорее всего, по инерции...

Лидер мирового танкерного флота "Глобтик Токио" имеет на борту двигатели общей мощностью 45 000 л. с., мощность двигателей ледокола "Ермак" - 42 0 л. с., пассажирского лайнера "Куин Элиэабет-2" - 11 000 л. с. Но получить энергию-это еще не все: ее надо использовать.

Судно движется, отбрасывая потоки воды, иными словами, все самоходные суда - гидрометы. Колеса отбрасывают воду, нажимая на нее лопастью - плицей. У винта этот процесс сложнее. Каждая его лопасть служит своеобразным крылом. При вращении лопасти в толще воды на одной поверхности крыла образуется зона разрежения, а на другой - сжатия. Перепад давлений и создает подъемную сипу попасти, а сумма подъемных сил лопастей - упор винта. В отличие от обыкновенного шурупа, головка которого перемещается при каждом обороте на шаг винтовой пинии, гребной винт как бы снимает нарезку, отбрасывая назад массу воды. Чем больше эта масса, тем сильнее упор и тем лучше винт.

Казалось бы, для увеличения упора достаточно увеличить обороты. Но при этом происходит уже не смятие, а разрыв невидимой водяной нарезки. Давление на передней кромке лопасти падает еще больше, и вода вскипает, образуя многочисленные пузырьки. Как только пузырек вылетает из зоны пониженного давления, он схлопывается: его сжимает толща воды. Гибель каждого пузырька сопровождается микровзрывом.

Взрывные удары пузырьков о лопасть винта вызывают не только шум и вибрацию. С металла срывается защитная окисная пленка, начинается кавитационная эрозия. Лопасть винта, подверженного кавитации, напоминает изрешеченную пулями мишень.

Кавитация возникает при определенных оборотах винта. Чтобы избавиться от этого крайне неприятного явления, нужно обороты уменьшить. Но тогда упадет упор винта, его тяга.

Борьба с навигационной эрозией металла привела к парадоксальному техническому решению: кавитацию решили усилить. Были созданы винты с лопастями специального профиля. При сверхвысоких оборотах навигационные пузырьки стали покрывать всю рабочую поверхность лопасти, образуя огромный паровой пузырь. Повышение оборотов такого винта почти не изменяет давления в паровом пузыре, а давление сзади лопасти и общий упор возрастают. Такие винты получили название суперкавитирующих. Для обычных судов они малоэффективны, ко незаменимы, когда нужно достичь скоростей, превышающих 40 узлов. Например, советский газотурбоход на подводных крыльях "Тайфун" снабжен суперкавитирующим винтом.

Лопасти кружатся в непрерывном хороводе. Достаточно одной из них "сбиться с такта", чтобы начал вибрировать весь винт, а за ним и вся корма. Случалось, что из-за вибрации винта приходилось перестраивать судно. Вот почему винты с особой тщательностью балансируют, форму лопастей и их наклон выверяют специальными шаблонами, поверхность шлифуют до зеркального блеска не реже одного раза в год. Если при осмотре проработавшего какое-то время винта на его поверхности обнаруживают выбоины глубже одного миллиметра, их зашпаклевывают эпоксидными компаундами и вновь шлифуют до зеркального блеска.

Особая проблема - выбор металла для винта. Из-за сильной коррозии в морской воде обычные стали практически неприемлемы. Достаточно сказать, что на ледоколе "Мурманск" за два года эксплуатации каждая винтовая лопасть потеряла в весе 200 килограммов. Это - попасти из специальных легированных сталей!

В последние годы все чаще корабельные винты делают из латуни или бронзы. Коррозионная стойкость латуни в сто раз больше, чем у обычной стали. Но в морской воде и латунь подвержена коррозии - из нее вымывается цинк. Участки с пониженным содержанием цинка покрываются трещинами, прочность лопастей падает. Небольшая трещина при каждом повороте винта то открывается, то закрывается, продукты коррозии шлифуют ее края, расширяют ее. И вот наступает момент, когда металл не выдерживает и разламывается...

Латунь - металл не очень прочный. Для высокооборотных винтов чаще используют марганцовистую алюминиевую или никель-алюминиевую бронзу, прочность которой близка к прочности легированных сталей, а стойкость в морской воде в несколько раз выше, чем у латуни. Из таких бронз отливают винты весом больше 50 тонн для современных контейнеровозов и супертанкеров.

Однако такие сплавы не выдерживают столкновения даже с легкими льдами. Поэтому для ледоколов приходится изготовлять винты из легированной нержавеющей стали, в которую входят и медь, и марганец, и никель, и титан и еще ряд добавок.

Рассказ о современных материалах для корабельных винтов будет неполным, если не упомянуть о пластмассах. На судах уже устанавливают литые нейлоновые винты. Но только на судах небольших. Даже окантованные стальными листами нейлоновые лопасти не выдерживают гигантских механических нагрузок, которые несут винты крупных кораблей. Но ведь гребной винт существует полтораста лет, а первые опыты с пластмассовыми лопастями начались всего лишь лет десять назад...

Авторы: М.Короткий, М.Найдинг

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Мускулы из воздуха

▪ Десятитысячные доли градуса из бутылки

▪ Под давлением

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Улучшение перовскитных солнечных панелей 26.11.2020 Перовскитные солнечные панели постепенно становятся все более интересными и необычными для большинства пользователей и организаций, нуждающихся в альтернативных источниках электричества - более того, именно перовскит в качестве основного композитного материала теперь постепенно обходит по популярности и актуальности более традиционные кремниевые солнечные панели и площадки, несмотря на то, что он все еще отличается чуть более высоким уровнем стоимости для своего создания, а также значительно более медленным процессом оформления. Команда специалистов по физическому инжинирингу из Стэнфордского Университета представила результаты своего интересного эксперимента, направленного на увеличение скорости и плотности производства перовскитных солнечных панелей - для этого они воспользовались своим новым методом, заключающийся в применении специального спрея, наносимого на первый слой перовскитной панели, а затем загустителя для спрея, наносимого на второй слой панели. При таком комплексном и многослойном подходе удалось увеличить удельную плотность нового формата перовскитного покрытия на 5%, а также увеличить скорость разработки большего количества панелей при сохранении прежней стоимости. Таким образом, команда специалистов по физическому инжинирингу из Стэнфордского Университета, по сути, предложила концептуально новый способ улучшения и расширения коммерческого и практического подхода использования перовскитных солнечных панелей, при этом не забывая о том, что необходимо также как следует поработать над дополнительным набором свойств и особенностей их. Пока еще сложно говорить о том, насколько финальным и окончательным является представленный вариант солнечной панели, поскольку специалистам необходимо провести дополнительное количество исследований на этот счет - а с учетом того, что разные форматы и варианты перовскитных солнечных панелей применяются для разных задач, становится понятно, что скорее всего специалисты сосредоточат свое внимание исключительно на каком-то одном формате, ведь в противном случае исследование затянется на неопределенное время.

Другие интересные новости:

▪ Уведомление о приближении машины скорой помощи

▪ Электростимуляция мозга позволяет совершать меньше ошибок

▪ Портативный увлажнитель кожи лица Xiaomi Lady Bei

▪ Технология быстрой зарядки мобильника

▪ Социальные сети интегрируются с телевидением

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Молниезащита. Подборка статей

▪ статья Медицинская статистика. Конспект лекций

▪ статья Как жена Людовика XIV каталась летом на санях? Подробный ответ

▪ статья Оказание первой доврачебной помощи при утоплении

▪ статья Типы солнечных коллекторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Модуль радиоканала на TDA8304 в ЗУСЦТ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026