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船尾の後ろ、泡立った流れの中。 子ども科学実験室
機敏なレーシング スクーターや全長 XNUMX キロメートルのタンカー、原子力潜水艦や川のタグボートなど、さまざまな船やその他数十隻が、プロペラの助けを借りて水中や水中を移動します。 現代の自走船 XNUMX 隻のうち XNUMX 隻はプロペラ駆動です。
水生物学者は、エビからイカ、スプラットからクジラに至るまで、川、湖、海の何百もの生き物を研究し、水中での動き方を注意深く研究してきました。 それらのうちのどれも、プロペラに似たものを自然に与えられていません。 車輪と同様に、現代の艦隊の主な推進力には、本質的に類似するものはありません。 船のスクリューは、天才アルキメデスが水を持ち上げるために作成したスクリューの子孫です。 アルキメデスの法則も思い出してみると、今日の出荷は偉大なシラクーサに対して二重の義務があることがわかります... 1793 年、フランスの数学者ポントンは、船を推進するためにプロペラを使用することを提案しました。 1836 年後、チェコの発明家 I. Ressel が最初のスクリューのデザインであるオーガーを作成しました。 そして XNUMX 年、ある事故により、ネジは今日の形状のネジ、つまり刃付きネジに取って代わられることになりました。 テスト中に、肉挽き器のような長いオーガーが壊れ、船はより速く進みました。 1849 年、プロペラの利点は公正な戦いで証明されました。 英国の蒸気船、プロペラ駆動のニジェール号と車輪付きのバジリスク号は、いずれも 400 馬力のエンジンを搭載し、ケーブルで接続され、反対方向に出発しました。 それは綱引きのようなものでした。 スクリュー船は1,5時間以上にわたり、XNUMXノットの速度でライバルを牽引した。 確かに、この競争の後、外輪汽船は XNUMX 年以上にわたって建造されました。 しかし、おそらく惰性で... 世界のタンカー艦隊をリードするグロブティック東京は、総出力 45 馬力のエンジンを搭載しています。 s.、砕氷船「Ermak」のエンジン出力 - 000 42 l。 s.、旅客船「クイーン・エリーベット-0」 - 2リットル。 と。 しかし、エネルギーを得ることがすべてではありません。それは使われなければなりません。 船は水流を投げることで動く、つまり自走船はすべてハイドロメットなのです。 ホイールはブレード、つまりプレートで押すことによって水を排出します。 ネジの場合、このプロセスはさらに複雑になります。 それぞれの刃は一種の翼として機能します。 翼が水柱内で回転すると、翼の一方の表面に希薄化ゾーンが形成され、もう一方の表面には圧縮ゾーンが形成されます。 圧力差が打撃による揚力を生み出し、ブレードの揚力の合計がプロペラストップとなります。 回転するたびにネジのラインが XNUMX ステップずつ移動する通常のネジとは異なり、プロペラはいわばネジ山を外し、大量の水を吐き戻します。 この質量が大きいほど強調が強くなり、ネジの品質が向上します。 強調を高めるには、速度を上げるだけで十分だと思われます。 しかし同時に、それはもはや粉砕ではなく、目に見えない水の糸の断裂です。 ブレードの先端の圧力はさらに低下し、水が沸騰して無数の泡が発生します。 気泡が低圧ゾーンから飛び出すとすぐに、水柱によって圧縮されて崩壊します。 各バブルの消滅には微小爆発が伴います。 プロペラブレード上の気泡の爆発は、騒音や振動の原因となるだけではありません。 保護酸化膜が金属を破壊し、キャビテーション浸食が始まります。 キャビテーションの影響を受けるプロペラのブレードは、弾丸だらけの標的に似ています。 キャビテーションは、特定のプロペラ回転数で発生します。 この非常に不快な現象を取り除くには、速度を下げる必要があります。 でも、そうするとネジの推力が落ちますよ、推力。 航行用金属の侵食との戦いは、逆説的な技術的解決策につながりました。つまり、キャビテーションを増加させることを決定しました。 特殊な形状のブレードを備えたプロペラが作成されました。 超高速では、ナビゲーション泡がブレードの作業面全体を覆い始め、巨大な蒸気泡が形成されました。 このようなスクリューの速度を上げても、蒸気泡内の圧力はほとんど変化せず、ブレードの後ろの圧力と全体的なストップが増加します。 このようなネジはスーパーキャビテーションと呼ばれます。 通常の船舶では効果がありませんが、40 ノットを超える速度に達する必要がある場合には不可欠です。 たとえば、ソ連のガスタービン水中翼船「タイフーン」にはスーパーキャビテーションプロペラが装備されています。 刃は連続的に円舞をしながら回転します。 プロペラ全体が振動し、その後ろでフィード全体が振動するために、そのうちのXNUMX人が「時間を失う」だけで十分です。 たまたま、プロペラの振動のため、船を再建する必要がありました。 そのため、ネジのバランスには細心の注意を払い、専用の型板で刃の形状や傾きを確認し、少なくとも年に一度は表面を鏡面に磨き上げます。 しばらく使い込んだネジを検査し、表面にXNUMXミリ以上の深い穴が見つかった場合は、エポキシコンパウンドでパテを入れ、再度研磨して鏡面仕上げします。 特に問題となるのは、プロペラの金属の選択です。 海水中での腐食が激しいため、従来の鋼は事実上受け入れられません。 砕氷船「ムルマンスク」では、200年間の運航で、各螺旋ブレードの重量がXNUMXキログラム減少したと言えば十分でしょう。 特殊合金鋼製です！ 近年、船舶のプロペラには真鍮や青銅製のものが増えています。 真鍮の耐食性は普通鋼のXNUMX倍です。 しかし、海水では真鍮も腐食しやすく、亜鉛が洗い流されてしまいます。 亜鉛の含有量が少ない部分は亀裂で覆われ、刃の強度が低下します。 ネジを回すたびに小さな亀裂が開いたり閉じたりし、腐食生成物がその端を削り、拡大します。 そして、金属が耐えられずに壊れる瞬間が来ます... 真鍮はあまり耐久性のある金属ではありません。 高速プロペラにはマンガンアルミニウムやニッケルアルミニウム青銅がよく使われ、その強度は合金鋼に近く、海水中での耐久性は真鍮の数倍です。 現代のコンテナ船や超大型タンカーでは、このような青銅から重量 50 トンを超えるネジが鋳造されています。 しかし、そのような合金は軽い氷との衝突にも耐えられません。 したがって、砕氷船では、銅、マンガン、ニッケル、チタン、その他多くの添加物を含む合金ステンレス鋼からプロペラを製造する必要があります。 船舶のプロペラの最新の素材についての話は、プラスチックについて触れずには語れません。 船にはすでに鋳造ナイロン製プロペラが搭載されています。 ただし小型船に限ります。 鋼板で縁取られたナイロンブレードでさえ、大型船のプロペラによって運ばれる巨大な機械的負荷に耐えることはできません。 しかし、プロペラはXNUMX年前から存在しており、プラスチックブレードを使った最初の実験が始まったのはわずかXNUMX年ほど前です... 著者: M.Korotkiy、M.Nayding
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