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:

▪ Как услышать Солнце

▪ Простейший барометр

▪ Весы на архимедовой спирали

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Компактный цифровой телескоп Dwarf 3 07.07.2024 Разработанная компанией DwarfLab модель умного телескопа Dwarf 3 открывает новые горизонты для астрофотографии среди любителей космоса. Это компактное устройство стало доступным благодаря интеграции с мощностью современных смартфонов. Dwarf 3 обладает весом всего 1,35 килограмма и размерами 222 х 142 х 65 миллиметров, что делает его удобным для переноски в поездках. Устройство поставляется с специальной сумкой для удобного хранения и транспортировки. Основой телескопа является датчик Sony IMX678 (STARVIS 2) с тремя встроенными фильтрами (VIS, Astro и Dual-Band), обеспечивающими четкость изображения в различных условиях освещения. 35-миллиметровый перископический объектив и 3,4-миллиметровый широкоугольный объектив позволяют пользователю получать разнообразные виды фотографий. Особенностью Dwarf 3 является встроенная система подавления шумов, обеспечивающая высокое качество изображений даже при сложных условиях наблюдения. Управление телескопом осуществляется через специализированное приложение на смартфоне, которое включает в себя карту звездного неба для точного нахождения интересующих объектов. Dwarf 3 поддерживает различные режимы съемки, включая длинную выдержку и возможность создания мозаик изображений. Устройство защищено по стандарту IP54 от пыли и влаги, что делает его идеальным для использования на природе. Встроенный аккумулятор на 10 000 мАч и 128 ГБ твердотельный накопитель обеспечивают достаточно времени работы и места для хранения фото- и видеоматериалов. Цифровой телескоп Dwarf 3 доступен для заказа в США по цене 479 долларов, предлагая широкие возможности как для астрономии, так и для дневных съемок животных на расстоянии. Эта новинка от DwarfLab станет отличным выбором для тех, кто ценит компактность, качество изображения и простоту управления в одном устройстве.

Другие интересные новости:

▪ Тестостерон мешает мужчинам думать

▪ Найдена причина кислотных дождей

▪ Золотой водоблоок

▪ NCP694 - 1 амперный LDO-регулятор от ONSemi

▪ Оконное здание со встроенной антенной мобильной связи

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Нерв всякого дела. Крылатое выражение

▪ статья Почему вода в океане соленая? Подробный ответ

▪ статья Гребенщик. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Пробник электроцепей с применением компьютерного LPT-порта. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Учет электроэнергии. Технический учет. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026