Техника - молодёжи 1965-08, страница 11

г

РАЗЯЩАЯ ПУСТОТА

Кавитацию нередко отождествляют с производимыми ею разрушениями. В действительности эрозия обязана своим появлением не образованию каверн, а их захлопыванию. Оказывается, скорости встречи стенок смыкающегося пузырька при умеренных скоростях потока могут достигать десятков и сотен м/сек, а давления, возникающие при этом, измеряются сотнями и тысячами атмосфер! Тысячи ударов в зоне, где замыкаются каверны, подобно действию множества маленьких зубил, выбивают материал из стенки. Установлено, что даже там, где химическая коррозия невозможна, кавитация все равно разрушает материалы. Стекло, кварц, нержавеющая сталь, стеллит, золото — ничто не может противостоять ей. Любопытно, что в некоторых случаях вулканизированная резина не имела никаких следов разрушения там, где не выдерживала даже сталь. Однако если интенсивность кавитации превышала некоторую критическую величину, резина отслаивалась и отваливалась крупными кусками. Исследование этих кусков показало, что разрушение произошло от... перегрева. Оказывается, кинетическая энергия захлопывающихся пузырьков в толще резинового слоя превращается в тепло, а так как резина плохо проводит тепло, температура внутри покрытия повышается сверх допустимой.

В общем случае процесс кавитацион-ных разрушений очень сложен. Механически е воздействия переплетаются с химическими и электрохимическими эффектами. Растворенный в воде воздух содержит в полтора раза больше кислорода, чем атмосферный. Этот растворенный воздух выделяется в области пониженных давлений. Обусловленные высоким содержанием кислорода окислительные процессы усугубляются тем, что механические удары непрерывно разрушают пленку окисла, которая в обычных условиях защищает материал и замедляет окисление. Такая пленка обладает пониженными механическими свойствами, легко дробится и уносится потоком. Немалую роль в усилении разрушений играет и то,

Суперкавитация на стержне и на подводной будущего.

Опыт Парсонса.

что площадь образующейся шероховатой поверхности во много раз больше площади такой же гладкой поверхности.

„ВРАГИ" КАВИТАЦИИ

Один из злейших врагов кавитации — чистота жидкости. Опыты, проведенные в 1946 году, показали, что в одном кубическом сантиметре воды московского водопровода содержится около полумиллиона частиц примеси размером от 1 до 20 микрон. На поверхности частичек может быть адсорбирован тонкий слой нерастворенного воздуха. Попав в зону пониженных давлений, такие частицы легко становятся зародышевыми пузырьками, стимулирующими кавитацию. Вот почему вода, подвергнутая очистке в фарфоровых фильтрах или очень большому давлению, при котором все газы перейдут в раствор, не кипит при атмосферном давлении даже при 200° С. В такой воде кавитация начинается не так легко, как в неочищенной.

Если бы реки, моря и океаны можно было профильтровать, а поверхности движущихся тел сделать смачиваемыми, возникновение кавитации можно было бы существенно ртдалить.

Однако надо подумать и о реальных средствах.

Прежде всего нужно уменьшать разрежение. Для этого подъемную силу крыла, винта и т. д. надо распределить на большую площадь и применить тонкие слабо искривленные профили с малыми углами атаки. Иногда кавитация устраняется автоматически. Большое окружающее давление препятствует ее образованию, поэтому для подводных лодок, движущихся на значительных глубинах, эта проблема практически не возникает.

Лодки увеличивают глубину погружения не для борьбы с кавитацией, но в некоторых случаях можно и нужно повысить давление специально для этой цели. Так, увеличивая давление в топливном баке ракеты, можно устранить кавитацию насосов.

лодке

Но какие бы меры ни принимались для того, чтобы избежать кавитации, при больших скоростях избавиться от нее не удается. С увеличением скорости белая туманная область на движущемся теле делается все больше и больше. Потом отдельные пузырьки сливаются, и за телом образуется каверна — единая полость, наполненная парами жидкости и поэтому совершенно прозрачная. Наступает суперкавитация — течение, при котором с краев тела сходят свободные струи. При суперкавитации исчезают шумы и вибрации, только сопротивление и подъемная сила гораздо меньше, чем те, что были при отсутствии кавитации. Исчезает и разрушение материала: замыкание каверны происходит в потоке.

Эта благоприятная перемена натолкнула советского ученого В. Л. Поздю-нина на мысль о суперкавитирующих винтах. Их лопастям придается такой профиль, чтобы как можно быстрее получить каверну, захлопывающуюся за винтом. А одновременное снижение сопротивления и подъемной силы позволяет получить достаточно высокий коэффициент полезного действия.

Режимы суперкавитации возникают при скоростях движения в десятки и сотни метров в секунду. Но и на меньших скоростях можно устранить шумы, вибрации и разрушения, если подавать в зону разрежения воздух или другой газ. Вообще говоря, подача воздуха в область кавитации полезна и в начальной стадии, поскольку упругость его смягчает интенсивность ударов при захлопывании пузырьков, ftj еприятности, причиняемые кавитаци-■■ ей, в течение десятков лет заставляли гидродинамиков искать методы ее •подавления или устранения разрушительного действия. За это время кавитация и приобрела репутацию вредного явления, хотя любому физическому процессу, какие бы неприятности он ни причинял инженеру, можно найти полезные применения. И кавитация не исключение из этого правила.

Л. ЭПШТЕЙН, доктор технических наук

ПОЛЬЗА КАВИТАЦИИ

При движении некоторых тел в режиме развитой кавитации оии испытывают меньшее сопротивление, чем go появления каверны. Это очень важно для сверхскоростных подводных лодок будущего. Даже такое отрицательное действие кавитации, как разрушение материалов, можно использовать для дробления твердых пород, для создания буровых машин, для обработки металлов.

Любопытно, что впервые обработка металлов кавитацией была произведена в 1915 году англичанином Парсонсом, который хотел продемонстрировать ее разрушительное действие на гребные винты* Для этого он изготовил массивную трубу с латунной заглушкой на одном, более узком конце. Ее погружали в бассейн с водой и ударяли о фундамент с резиновой прокладкой. При такой резкой остановке столб воды отрывался от заглушённого конца, и здесь мгновенно образовывалась пустота. В следующий момент вода устремлялась обратно» и ее мощный удар насквозь пронизывал латунные пластинки толщиной до 1 мм. Быть может, этот эксперимент натолкнет изобретателей на новые идеи. И тогда не исключено появление не знакомых современной технике «кавитационных» станков, на которых будут обрабатываться детали из любых материалов — металлов, пластмасс, стекла...

Г. КОТЛОВ, инженер

6