Со стороны кажется, что винт корабля крутится себе в воде, толкает судно и почти не изнашивается. Но у моряков и механиков есть другой опыт: иногда винт начинает шуметь, вибрировать, терять тягу, а после докования на лопастях находят «побитую» поверхность, будто её обстреляли дробью. Это не ржавчина и не песок. Это кавитация — эффект, когда вода рядом с винтом на доли секунды превращается в пар, а потом схлопывается обратно с ударом.
Что именно происходит в воде, когда винт разгоняет поток
У лопасти винта есть две стороны. С одной стороны давление выше, с другой — ниже. Когда винт вращается быстро или работает в тяжёлом режиме, давление на «всасывающей» стороне может упасть настолько, что вода буквально закипает. Важный момент: вода кипит не только от температуры. Она кипит, когда давление становится ниже давления насыщенного пара. Поэтому кавитация возможна и в холодной воде. В местах низкого давления появляются микрополости — пузырьки пара. Они живут очень недолго: поток уносит их в зону более высокого давления, и пузырьки схлопываются.
Почему схлопывание пузырьков превращается в разрушение металла
Схлопывание — это мини-взрыв наоборот. Вода почти не сжимается, поэтому когда пузырёк исчезает, окружающая жидкость бьёт в точку с огромной силой. Если пузырьки схлопываются рядом с поверхностью металла, удар приходится по лопасти. На уровне микромира это похоже на серию тысяч крошечных молоточков.
Сначала появляются отдельные точки повреждений. Потом поверхность становится шероховатой, и это ухудшает обтекание. А дальше начинается ускорение процесса: шероховатость создаёт новые места, где кавитации проще возникнуть. Получается эффект самоподдерживания: винт портится — и из-за этого портится ещё быстрее.
Как понять, что у винта кавитация, ещё до дока
Кавитация редко проходит незаметно. Обычно появляются признаки, которые чувствует экипаж.
- Шум. Часто его описывают как «шипение» или «гравий в воде».
- Вибрации на определённых оборотах. Иногда корабль будто попадает в неприятный резонанс.
- Потеря эффективности: обороты есть, а тяга хуже; растёт расход топлива.
- Износ узлов: повышенная вибрация бьёт по подшипникам, валу, уплотнениям.
Главная ловушка в том, что кавитация может быть режимной: проявляться не всегда, а только на определённых скоростях, при перегрузе, в волнении или на мелководье.
Почему винт начинает кавитировать: причины, которые встречаются чаще всего
Кавитация — это всегда сочетание режима и условий.
Плохой приток воды к винту
На реальных судах поток к винту приходит не идеально ровным. Корпус, киль, рули, выступы создают неравномерности. Если на винт попадает «рваный» поток, часть лопасти работает на более тяжёлом режиме, и там кавитация возникает первой.
Неподходящий шаг, диаметр или форма лопастей
Если параметры винта не совпадают с задачей судна. В одном режиме он будет экономичным, в другом — начнёт кавитировать.
Повреждения и шероховатость
Вмятины, зазубрины и неровности нарушают обтекание и создают локальные зоны низкого давления. Это облегчает зарождение кавитации.
Что кавитация делает с кораблём кроме ямок на металле
Самое очевидное — разрушение лопастей. Но последствия шире.
- Падает скорость и растёт расход топлива.
- Повышаются шумность и вибрации, что ухудшает комфорт и износ механизмов.
- На военных и исследовательских судах кавитация ещё и демаскирует: шум винта становится заметным.