За кормою, у пінному струмені. Креслення, опис

ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Дитяча наукова лабораторія

За кормою, у пінному струмені. Дитяча наукова лабораторія

Дитяча наукова лабораторія

Юркий гоночний скутер і півкілометрової довжини танкер, атомний підводний човен і річковий буксир – ці несхожі один на одного судна та ще десятки інших рухаються у воді та під водою за допомогою гребного гвинта. Дев'ять сучасних самохідних суден із десяти – гвинтові.

За кормою, у пінному струмені

Гідробіологи вивчили сотні мешканців річок, озер та океанів - від креветки до кальмара, від тюльки до кита, ретельно досліджували способи їхнього пересування у воді. Жодного з них природа не наділила тим, що нагадує гребний гвинт. Як і колесо, головний рушій сучасного флоту не має аналогів у природі. Корабельний гвинт-нащадок створеного геніальним Архімедом гвинта для підйому води. Якщо згадати ще й закон Архімеда, виявиться, що судноплавство сьогодні двічі завдячує великому сиракузцю...

У 1793 році французький математик Понтон запропонував використовувати для руху суден гребний гвинт. Через три десятиліття чеський винахідник І. Рессель створив першу конструкцію гвинта – шнек. А в 1836 році випадкова аварія призвела до того, що шнек поступився місцем гвинту сьогоднішньої форми - лопатевому. Під час випробувань довгий, як у м'ясорубки, шнек обломився, і судно пішло швидше.

В 1849 переваги гребного гвинта були доведені в чесній боротьбі. Англійські пароплави - гвинтовий "Нігер" та колісний "Базилиск", обидва з машинами по 400 к.с., пов'язані тросами, попрямували у протилежні сторони. Це було щось на зразок змагання з перетягування каната. Понад годину гвинтовий корабель тягнув свого суперника зі швидкістю 1,5 вузла.

Щоправда, після цього змагання колісні пароплави будували ще одне десятиліття. Але, швидше за все, за інерцією...

Лідер світового танкерного флоту "Глобтік Токіо" має на борту двигуни загальною потужністю 45 000 л. с., потужність двигунів криголаму "Єрмак" - 42 0 л. с., пасажирського лайнера "Квін Еліеабет-2" - 11 000 л. с. Але отримати енергію це ще не все: її треба використовувати.

Судно рухається, відкидаючи потоки води, інакше кажучи, всі самохідні судна - гідромети. Колеса відкидають воду, натискаючи на неї лопатою – плицею. У гвинта цей процес складніший. Кожна його лопата є своєрідним крилом. При обертанні лопаті в товщі води однією поверхні крила утворюється зона розрідження, але в інший - стискування. Перепад тисків створює підйомну сипу потрапити, а сума підйомних сил лопатей - упор гвинта. На відміну від звичайного шурупа, головка якого переміщується при кожному обороті на крок гвинтової пінії, гребний гвинт ніби знімає нарізку, відкидаючи назад масу води. Чим більша ця маса, тим сильніший наголос і краще гвинт.

Здавалося б, збільшення упору досить збільшити обороти. Але при цьому відбувається вже не зминання, а розрив невидимої водяної нарізки. Тиск на передній кромці лопаті падає ще більше, і вода закипає, утворюючи численні бульбашки. Як тільки бульбашка вилітає із зони зниженого тиску, вона схлопується: його стискає товща води. Загибель кожної бульбашки супроводжується мікровибухом.

Вибухові удари бульбашок об лопату гвинта викликають не лише шум та вібрацію. З металу зривається захисна окисна плівка, починається кавітаційна ерозія. Лопата гвинта, схильного до кавітації, нагадує зрешічену кулями мету.

Кавітація виникає за певних оборотах гвинта. Щоб позбавитися цього вкрай неприємного явища, потрібно зменшити оберти. Але тоді впаде упор гвинта, його потяг.

Боротьба з навігаційною ерозією металу спричинила парадоксальне технічне рішення: кавітацію вирішили посилити. Було створено гвинти з лопатями спеціального профілю. При надвисоких обертах навігаційні бульбашки стали покривати всю робочу поверхню лопаті, утворюючи величезний паровий міхур. Підвищення обертів такого гвинта майже не змінює тиску в паровому міхурі, а тиск ззаду лопаті та загальний наголос зростають. Такі гвинти отримали назву суперкавітуючих. Для традиційних судів вони малоефективні, до незамінні, коли необхідно досягти швидкостей, що перевищують 40 вузлів. Наприклад, радянський газотурбохід на підводних крилах "Тайфун" забезпечений суперкавітуючим гвинтом.

Лопаті кружляють у безперервному хороводі. Достатньо однієї з них "збитися з такту", щоби почав вібрувати весь гвинт, а за ним і вся корма. Траплялося, що через вібрацію гвинта доводилося перебудовувати судно. Ось чому гвинти з особливою ретельністю балансують, форму лопат і їх нахил вивіряють спеціальними шаблонами, поверхню шліфують до дзеркального блиску не рідше одного разу на рік. Якщо при огляді гвинта, що пропрацював якийсь час, на його поверхні виявляють вибоїни глибше одного міліметра, їх зашпаклівують епоксидними компаундами і знову шліфують до дзеркального блиску.

Особлива проблема – вибір металу для гвинта. Через сильну корозію в морській воді звичайні стали практично неприйнятними. Досить сказати, що на криголамні "Мурманськ" за два роки експлуатації кожна гвинтова лопата втратила у вазі 200 кілограмів. Це – потрапити зі спеціальних легованих сталей!

В останні роки все частіше корабельні гвинти роблять із латуні або бронзи. Корозійна стійкість латуні в сто разів більша, ніж у звичайної сталі. Але в морській воді і латунь схильна до корозії - з неї вимивається цинк. Ділянки зі зниженим вмістом цинку покриваються тріщинами, міцність лопат падає. Невелика тріщина при кожному повороті гвинта відкривається, то закривається, продукти корозії шліфують її краї, розширюють її. І ось настає момент, коли метал не витримує та розламується.

Латунь – метал не дуже міцний. Для високооборотних гвинтів частіше використовують марганцеву алюмінієву або нікель-алюмінієву бронзу, міцність якої близька до міцності легованих сталей, а стійкість у морській воді в кілька разів вища, ніж у латуні. З таких бронз відливають гвинти вагою понад 50 тонн для сучасних контейнеровозів та супертанкерів.

Однак такі сплави не витримують зіткнення навіть із легкими льодами. Тому для криголамів доводиться виготовляти гвинти з легованої нержавіючої сталі, в яку входять і мідь, і марганець, і нікель, і титан, і ще ряд добавок.

Розповідь про сучасні матеріали для корабельних гвинтів буде неповною, якщо не згадати про пластмаси. На суднах уже встановлюють литі нейлонові гвинти. Але лише на судах невеликих. Навіть окантовані сталевими листами нейлонові лопаті не витримують гігантських механічних навантажень, які мають гвинти великих кораблів. Але ж гребний гвинт існує півтораста років, а перші досліди з пластмасовими лопатями почалися лише років десять тому...

Автори: М.Короткий, М.Найдінг

Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Чарівна лампа

▪ На порозі далеких світів

▪ З яких газів складається повітря

Дивіться інші статті розділу Дитяча наукова лабораторія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Основний фактор ризику ігроманії 07.05.2024

Комп'ютерні ігри стають все більш популярним видом розваг серед підлітків, але супутній ризик ігрової залежності залишається значною проблемою. Американські вчені провели дослідження, щоб визначити основні фактори, що сприяють виникненню цієї залежності, та запропонувати рекомендації щодо її запобігання. Протягом шести років 385 підлітків були піддані спостереженню, щоб з'ясувати, які фактори можуть привертати до ігрової залежності. Результати показали, що 90% учасників дослідження не схильні до ризику залежності, у той час як 10% стали ігроманами. Виявилося, що ключовим фактором у появі ігрової залежності є низький рівень соціальної поведінки. Підлітки з низьким рівнем просоціальної поведінки не виявляють інтересу до допомоги та підтримки оточуючих, що може призвести до втрати контакту з реальним світом та поглиблення залежності від віртуальної реальності, запропонованої комп'ютерними іграми. На основі цих результатів вчені ...>>

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Випадкова новина з Архіву

Бездротові навушники Honor Earbuds 3i 26.11.2022

Компанія Honor представила нові бездротові навушники Honor Earbuds 3i.

Honor Earbuds 3i оснащуються 10 мм драйверами, підключаються до пристроїв за допомогою Bluetooth 5.2, підтримують системи шумоподавлення ENC та ANC, що забезпечують зниження звуку до 32 дБ.

У кожен навушник вбудований акумулятор ємністю 55 мАг, що забезпечує до 10 годин автономної, а з увімкненим ANC - до 7.5 години. У кейсі встановлено батарею ємністю 410 мАг. Загальний час автономної роботи складає 32 години, а з включеним ANC – 24 години.

Навушники підтримують сенсорне керування та низьку затримку під час гри. Один навушник важить 5,5г.

Honor Earbuds 3i оцінено в $63. Випускається пристрій у кольорі Icelandic White. Замовлення відкрите, а продажі розпочнуться 2 грудня.

Інші цікаві новини:

▪ Роботи доять корів

▪ Гаджет продовження життя звичайної батареї

▪ Thubber: наделастична гума з властивостями металу

▪ Монітор ViewSonic VG2401mh

▪ Sony припиняє випуск MiniDisc

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Радіоаматор-конструктор. Добірка статей

▪ стаття Сонячний гідронасос. Поради моделісту

▪ стаття Чому птахи мають пір'я? Детальна відповідь

▪ стаття Кизильник звичайний. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Широкосмугова активна рамкова антена. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Чому не шумить радіостанція Урал-Р. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт