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어린이 과학 실험실
선미 뒤, 거품이 이는 개울에서. 어린이과학실
민첩한 경주용 스쿠터와 XNUMXkm 길이의 유조선, 핵잠수함, 강 예인선 등 서로 다른 선박과 수십 척의 선박이 프로펠러의 도움을 받아 물속과 바다 속으로 이동합니다. 현대식 자체 추진 선박 XNUMX척 중 XNUMX척은 프로펠러 구동 선박입니다.
수생물학자들은 새우부터 오징어, 새끼부터 고래까지 강, 호수, 바다에 사는 수백 명의 주민을 연구하고 물 속에서 움직이는 방법을 주의 깊게 연구했습니다. 자연은 그들 중 누구에게도 프로펠러와 비슷한 것을 부여하지 않았습니다. 바퀴와 마찬가지로 현대 함대의 주 추진 장치는 본질적으로 유사점이 없습니다. 배의 프로펠러는 뛰어난 아르키메데스가 물을 끌어올리기 위해 만든 프로펠러의 후손입니다. 아르키메데스의 법칙도 기억한다면 오늘날의 운송은 위대한 시라쿠사에게 두 배의 빚을 지고 있다는 것이 밝혀집니다. 1793년 프랑스 수학자 퐁통(Ponton)은 프로펠러를 사용하여 선박을 추진할 것을 제안했습니다. 1836년 후, 체코 발명가 I. Ressel은 최초의 나사 디자인인 오거를 만들었습니다. 그리고 XNUMX년에 발생한 우발적인 사고로 인해 오거가 오늘날의 모양인 블레이드 나사로 바뀌게 되었습니다. 테스트 도중 고기 분쇄기 같은 긴 나사가 부러져 배가 더 빨리 움직였습니다. 1849년 프로펠러의 장점은 정정당당하게 입증됐다. 영국 증기선 - 나사 "Niger"와 바퀴 달린 "Basilisk"는 모두 400마력 엔진을 갖추고 케이블로 연결되어 반대 방향으로 향합니다. 줄다리기 대회 같았어요. 한 시간 넘게 프로펠러 선박은 1,5노트의 속도로 상대를 끌어당겼습니다. 사실, 이 대회 이후 외륜선 증기선이 수십 년 동안 제작되었습니다. 그러나 아마도 관성으로 인해 ... 세계 유조선 함대의 리더인 Globtic Tokyo는 총 출력 45마력의 엔진을 탑재하고 있습니다. s., 쇄빙선 "Ermak"의 엔진 출력 - 000 42 l. s., 여객선 "Queen Eliabeth-0" - 2 l. 와 함께. 하지만 에너지를 얻는 것이 전부는 아닙니다. 에너지를 사용해야 합니다. 선박이 움직이며 물줄기를 버립니다. 즉, 자체 추진 선박은 모두 대기수체입니다. 바퀴는 칼날, 즉 접시로 물을 눌러 물을 버립니다. 나사를 사용하면 이 과정이 더 복잡해집니다. 각 블레이드는 일종의 날개 역할을 합니다. 블레이드가 물기둥에서 회전하면 날개의 한쪽 표면에 희박 영역이 형성되고 다른 표면에는 압축 영역이 형성됩니다. 압력 차이가 양력을 생성하고, 블레이드의 양력의 합이 프로펠러의 추력을 생성합니다. 스크류 핀이 회전할 때마다 헤드가 한 단계씩 움직이는 일반 스크류와 달리 프로펠러는 그대로 실을 제거하여 대량의 물을 되돌려 보냅니다. 이 질량이 클수록 스톱이 더 강해지고 나사가 더 좋아집니다. 강조를 높이려면 속도를 높이는 것으로 충분할 것 같습니다. 그러나 이 경우에는 더 이상 으깨는 것이 아니라 보이지 않는 물실이 터지는 것입니다. 칼날 앞쪽 가장자리의 압력이 더욱 떨어지고 물이 끓으면서 수많은 거품이 형성됩니다. 기포가 저압 구역 밖으로 날아가자마자 붕괴됩니다. 즉, 물기둥에 의해 압축됩니다. 각 기포의 소멸에는 미세폭발이 동반됩니다. 프로펠러 블레이드에 기포가 폭발적으로 충격을 가하면 소음과 진동 이상의 원인이 됩니다. 보호 산화막이 금속에서 찢어지고 캐비테이션 침식이 시작됩니다. 캐비테이션이 발생하는 프로펠러 블레이드는 총알이 가득한 표적과 유사합니다. 캐비테이션은 특정 프로펠러 속도에서 발생합니다. 이 극도로 불쾌한 현상을 없애려면 속도를 줄여야 합니다. 그러나 나사 정지와 추력이 떨어지게 됩니다. 금속의 항해 침식에 대한 싸움은 역설적인 기술적 해결책으로 이어졌습니다. 그들은 캐비테이션을 증가시키기로 결정했습니다. 특별한 프로파일 블레이드를 갖춘 프로펠러가 만들어졌습니다. 초고속에서는 내비게이션 버블이 블레이드의 전체 작업 표면을 덮기 시작하여 거대한 증기 버블을 형성했습니다. 이러한 프로펠러의 속도를 높이면 증기 기포의 압력이 거의 변하지 않지만 블레이드 뒤의 압력과 전체 추력이 증가합니다. 이러한 프로펠러를 슈퍼캐비테이션이라고 합니다. 일반 선박의 경우 효과가 없지만 40노트를 초과하는 속도에 도달해야 하는 경우에는 대체할 수 없습니다. 예를 들어, 소련의 가스 터빈 수중익선 "Typhoon"에는 초공동 프로펠러가 장착되어 있습니다. 칼날은 계속해서 춤을 추며 회전합니다. 전체 프로펠러가 진동하고 그 뒤에 전체 선미가 진동하려면 그 중 하나가 "단계를 벗어나는" 것으로 충분합니다. 프로펠러의 진동으로 인해 선박을 재건해야 하는 일이 발생했습니다. 그렇기 때문에 프로펠러는 특별한 주의를 기울여 균형을 이루고, 블레이드의 모양과 기울기는 특수 템플릿으로 확인되며, 표면은 적어도 XNUMX년에 한 번씩 경면 마감 처리됩니다. 한동안 작동한 나사를 검사한 결과 표면에 XNUMXmm보다 깊은 구멍이 발견되면 에폭시 화합물로 퍼팅한 후 다시 연마하여 경면 마감 처리합니다. 특별한 문제는 나사용 금속 선택입니다. 바닷물의 심각한 부식으로 인해 기존 강철은 사실상 부적합합니다. 무르만스크 쇄빙선에서 200년에 걸쳐 작동한 결과 각 스크류 블레이드의 무게가 XNUMXkg 감소했다고만 말하면 충분합니다. 이것은 특수 합금강으로 만들어졌습니다! 최근 몇 년 동안 선박 프로펠러는 점점 더 황동이나 청동으로 만들어졌습니다. 황동의 내식성은 일반 강철보다 XNUMX배 더 높습니다. 그러나 바닷물에서는 황동도 부식되기 쉽습니다. 아연이 씻겨 나옵니다. 아연 함량이 낮은 부분은 균열로 덮여 블레이드의 강도가 감소합니다. 나사를 돌릴 때마다 작은 균열이 열리고 닫히며 부식 생성물이 가장자리를 연마하고 팽창시킵니다. 그러다가 금속이 견디지 못하고 부서지는 순간이 옵니다... 황동은 내구성이 뛰어난 금속이 아닙니다. 고속 프로펠러에는 망간-알루미늄이나 니켈-알루미늄 청동을 사용하는 경우가 많으며, 그 강도는 합금강에 가깝고, 해수에 대한 저항력은 황동에 비해 몇 배 더 높습니다. 무게가 50톤이 넘는 프로펠러는 이러한 청동으로 주조되어 현대식 컨테이너선과 초대형 유조선에 사용됩니다. 그러나 이러한 합금은 가벼운 얼음에도 충돌을 견딜 수 없습니다. 따라서 쇄빙선의 경우 구리, 망간, 니켈, 티타늄 및 기타 여러 첨가제가 포함된 합금 스테인리스강으로 프로펠러를 만들어야 합니다. 선박 프로펠러의 현대 재료에 관한 이야기는 플라스틱을 언급하지 않고는 불완전할 것입니다. 선박에서는 이미 주조 나일론 프로펠러를 사용하고 있습니다. 그러나 소형 선박에만 해당됩니다. 강철판으로 가장자리를 마감한 나일론 블레이드도 대형 선박의 프로펠러가 전달하는 막대한 기계적 부하를 견딜 수 없습니다. 그러나 프로펠러는 XNUMX년 동안 존재해 왔으며 플라스틱 블레이드를 사용한 최초의 실험은 불과 XNUMX년 전에 시작되었습니다. 저자: M.Korotkiy, M.Nayding
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