【科普】空泡对船舶螺旋桨的杀伤力你知道吗

我们知道，水在一个标准大气压下，100摄氏度时沸腾，而沸腾就是水中产生大量气泡的过程。在大约两个标准大气压时，得达到120摄氏度时才会沸腾，这是家庭用高压锅里面的温度。而在珠峰上，由于气压小，水最低可到69摄氏度时才出现沸腾。压强不同，沸点也不同。 

反过来说也成立，即不同温度下，水沸腾时的压强是不同的，这个压强就是饱和蒸气压。 

对照上面的表格数据，在20℃的海水里面，如果局部出现低于2338.8pa的低压，那么海水就会沸腾并产生气泡，这就是空泡。 

这不难理解，螺旋桨高速旋转，由于桨叶的高速移动，则桨叶背部的压力必然降低，形成一个吸力面，低压就这么产生了，当压力低于海水的饱和蒸气压时，就会产生大量气泡，就像沸腾一样。 

空泡与沸腾不同的是，烧水出现的沸腾，其内部生成的气泡还会不断长大，因为气泡可以不断从周围获得热量。而空泡的周围，没有热量的输入，只存在周围高压海水的强力挤压，这就是空泡威力很大的成因。

几百万分之一秒的时间里，螺旋桨产生的空泡呈现爆发式增长，之后，由于周围海水的高压，空泡又被急剧压缩，直至崩溃，而崩溃时，会有爆炸性射流产生，这个射流的时速高达几千公里以上，再坚硬的螺旋桨也经不起其长年累月的冲击。 

而且射流只是其中的一个伤害。空泡破灭时，还会产生爆炸性的冲击波。 仔细看上面动图，空泡破灭时向四周产生了一个明显可见的冲击波。 

所以，射流和冲击波是空泡损伤螺旋桨的根本原因。 

大坝的泄洪道、水龙头控制阀、柴油发动机等等，也会产生空泡损伤。 

损伤只是一方面，大量空泡破裂时产生的噪音也是常规潜艇和核潜艇所痛恨的，因为这会大大增加潜艇被敌方声呐探测到的机会。所以，越来越多的先进核潜艇不再使用常规的外露螺旋桨推进，而是采用泵射推进。 

上图为空泡在物体表面破裂时的模拟，可以看到，空泡破裂时会对物体表面进行来回冲击，利用这种冲击，我们可以高效清洗物件。 

　　问题是，怎样才能方便地在水里面产生大量空泡？不难，向水里面发射超声波即可。 

长尾鲨，图片来自@CITES

长尾鲨有一根超长的大尾巴，其体长最高可达七米，尾巴是它们的捕食工具。遇到鱼群时，就转过身用尾巴奋力拍打，将鱼击晕从而美餐。 

来源：科普中国-科普融合创作与传播