中国军舰螺旋桨是用什么做的?不是钢铁,也不是钛合金

2019-06-06 00:00 来源:未知 编辑:admin

原标题:中国军舰螺旋桨是用什么做的?不是钢铁,也不是钛合金

中国舰艇“下饺子”的速度有目共睹,每当有新的军舰下水,总会引起军迷们的讨论和关注。很多人对于军舰的外型、排水量、航速、舰载武器等看得见的地方津津乐道,但却忽视了泡在水下的一个重要部件——螺旋桨。

很多人认为螺旋桨没有什么科技含量,和家里用的电风扇原理相同,其实不然。看似简单的螺旋桨,实际上从设计到生产制造,涵盖了流体力学、材料学、工程学等诸多学科,在设计过程中要考虑的因素非常多。既然螺旋桨是一直泡在海水里重要部件,那么它一般都是用什么材质做成的呢?

在上世纪七十年代以前,我国军舰螺旋桨多采用黄铜锌锡合金制造。这种合金强度适中,并且易于切割,非常适合用于多叶曲面的螺旋桨。后来,随着我国的军舰吨位越来越大,并且航速也不断提高,用黄铜锌锡合金制造的螺旋桨存在两个弊端:一方面,在螺旋桨叶片尺寸的大幅增加下,对强度有了更高的要求,因此不得不提升黄铜螺旋桨的厚度,如此一来,又增加了螺旋桨的重量,反而降低了军舰的整体性能。另一方面,军舰航速的提升意味着螺旋桨转速要远高于以前,这就出现了一个棘手的难题——空泡效应。

根据流体力学中的定律,螺旋桨周围水的流速非常高,以至于其静压强低于海水的汽化压强,这时候就会在液体中产生无数小空泡。空泡在破灭的同时,会对螺旋桨产生很大的冲击压强,腐蚀螺旋桨表面,长期以往轻则坑坑洼洼,重则直接断裂。在空泡效应的腐蚀下,黄铜锌锡合金性能大打折扣,已经不再适用于现在化军舰的使用了。

那么有军迷就要问,为什么不用强度高、耐腐蚀的不锈钢或者钛合金作为螺旋桨材料呢?的确,不锈钢强度高,但是硬度也高(硬度和强度是两个完全不同的力学特征)。螺旋桨允许一定程度的形变,但是不允许断裂,因此不需要硬度,而更需要韧性。螺旋桨的受力变化非常复杂,使用不锈钢等刚性过高的材料,容易应力集中而导致断裂。并且,不锈钢在常温下不容易切割成型,所以并非制造螺旋桨的首选材料。钛合金看上去高大上,但实际上焊接工艺并不成熟,加工成本过高,用来制造螺旋桨并不现实。

因此,我国的军舰在上世纪七十年代以后,普遍使用镍铝青铜合金制造螺旋桨。镍铝青铜合金的重量,只有同等体积黄铜合金的90%,但是耐空泡腐蚀的能力却是黄铜合金的三倍,强度是黄铜合金的两倍,性能十分出众,而且还易于加工,堪称现代大型军舰制造螺旋桨的不二之选。另外,铜对于海洋微生物有灭杀作用,就算长时间泡在海水里,也不容易生长藤壶和硅藻。

除了我国外,镍铝青铜合金也是世界主流的螺旋桨材料。除了材料外,制造大型螺旋桨,加工工艺同样非常重要,对于曲面弧度、表面光洁度等要求非常严苛。以美国尼米兹级核动力航母为例,使用了4个用青铜合金制造的螺旋桨,每个螺旋桨直径达6.4米,重30吨,如果没有成熟的工业基础做铺垫,是难以完成的。因此,世界上有能力制造大型螺旋桨的国家屈指可数。