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LABORATOIRE SCIENTIFIQUE POUR ENFANTS
Derrière la poupe, dans un courant mousseux. Laboratoire scientifique pour enfants
Annuaire / Laboratoire scientifique pour enfants Un scooter de course agile et un pétrolier d'un demi-kilomètre, un sous-marin nucléaire et un remorqueur fluvial - ces différents navires et des dizaines d'autres se déplacent dans et sous l'eau à l'aide d'une hélice. Neuf automoteurs modernes sur dix sont à hélice.
Les hydrobiologistes ont étudié des centaines d'habitants des rivières, des lacs et des océans - de la crevette au calmar, du sprat à la baleine, ont soigneusement étudié les voies de leur mouvement dans l'eau. Aucun d'entre eux n'a été doté par la nature de quoi que ce soit qui ressemble à une hélice. Comme la roue, le moteur principal de la flotte moderne n'a pas d'analogues dans la nature. L'hélice de navire est une descendante de l'hélice créée par le génial Archimède pour soulever l'eau. Si l'on rappelle aussi la loi d'Archimède, il s'avère que la navigation aujourd'hui est deux fois obligée au grand Syracusain... En 1793, le mathématicien français Ponton propose d'utiliser une hélice pour propulser les navires. Trois décennies plus tard, l'inventeur tchèque I. Ressel a créé la première conception de vis - la tarière. Et en 1836, un accident a fait que la vis a cédé la place à la vis de la forme actuelle - celle à lame. Pendant les tests, un long, comme un hachoir à viande, la tarière s'est rompue et le navire est allé plus vite. En 1849, les avantages de l'hélice ont été prouvés dans un combat loyal. Les paquebots anglais, le Niger à hélices et le Basilisk à roues, tous deux équipés de moteurs de 400 CV, reliés par des câbles, partaient en sens opposés. C'était quelque chose comme un bras de fer. Pendant plus d'une heure, le navire à vis a tiré son rival à une vitesse de 1,5 nœud. Certes, après cette compétition, les bateaux à aubes ont été construits pendant plus d'une décennie. Mais très probablement, par inertie ... Globtik Tokyo, leader de la flotte mondiale de pétroliers, dispose à son bord de moteurs d'une capacité totale de 45 000 ch. s., la puissance des moteurs du brise-glace "Ermak" - 42 0 l. s., paquebot "Queen Elieabet-2" - 11 000 litres. Avec. Mais obtenir de l'énergie n'est pas tout : il faut l'utiliser. Le navire se déplace en lançant des flux d'eau, en d'autres termes, tous les navires automoteurs sont des hydromets. Les roues rejettent l'eau en appuyant dessus avec une lame - une assiette. Avec une vis, ce processus est plus compliqué. Chacune de ses pales sert en quelque sorte d'aile. Lorsque la pale tourne dans la colonne d'eau, une zone de raréfaction se forme sur une face de l'aile, et une zone de compression sur l'autre. La différence de pression crée la force de levage du coup, et la somme des forces de levage des pales est la butée de l'hélice. Contrairement à une vis ordinaire, dont la tête se déplace à chaque révolution d'un pas de la ligne de vis, l'hélice, pour ainsi dire, enlève le fil, rejetant beaucoup d'eau. Plus cette masse est grande, plus l'accent est fort et meilleure est la vis. Il semblerait que pour augmenter l'emphase, il suffise d'augmenter la vitesse. Mais en même temps, ce n'est plus un écrasement, mais une rupture d'un fil d'eau invisible. La pression au bord d'attaque de la pale chute encore plus et l'eau bout en formant de nombreuses bulles. Dès que la bulle s'envole hors de la zone de basse pression, elle s'effondre : elle est comprimée par la colonne d'eau. La mort de chaque bulle s'accompagne d'une microexplosion. Les coups explosifs de bulles sur la pale de l'hélice provoquent non seulement du bruit et des vibrations. Le film d'oxyde protecteur se détache du métal, l'érosion par cavitation commence. La pale de l'hélice, sujette à la cavitation, ressemble à une cible criblée de balles. La cavitation se produit à certaines révolutions de l'hélice. Pour vous débarrasser de ce phénomène extrêmement désagréable, vous devez réduire la vitesse. Mais alors la poussée de la vis tombera, sa poussée. La lutte contre l'érosion des métaux par la navigation a conduit à une solution technique paradoxale : ils ont décidé d'augmenter la cavitation. Des hélices avec des pales d'un profil spécial ont été créées. À des vitesses ultra-élevées, des bulles de navigation ont commencé à recouvrir toute la surface de travail de la lame, formant une énorme bulle de vapeur. L'augmentation de la vitesse d'une telle vis ne modifie presque pas la pression dans la bulle de vapeur, et la pression derrière la lame et la butée globale augmentent. De telles vis sont dites supercavitantes. Pour les navires ordinaires, ils sont inefficaces, mais indispensables lorsqu'il s'agit d'atteindre des vitesses supérieures à 40 nœuds. Par exemple, l'hydroptère à turbine à gaz soviétique "Typhoon" est équipé d'une hélice supercavitante. Les pales tournent dans une ronde continue. Il suffit que l'un d'eux "perde du temps" pour que toute l'hélice se mette à vibrer, et derrière elle toute la poupe. Il est arrivé qu'en raison de la vibration de l'hélice, il ait été nécessaire de reconstruire le navire. C'est pourquoi les vis sont équilibrées avec un soin particulier, la forme des lames et leur inclinaison sont vérifiées avec des gabarits spéciaux, la surface est polie miroir au moins une fois par an. Si, lors de l'examen d'une vis qui a fonctionné pendant un certain temps, des nids-de-poule d'une profondeur supérieure à un millimètre sont trouvés à sa surface, ils sont enduits de composés époxy et polis à nouveau pour obtenir une finition miroir. Un problème particulier est le choix du métal pour l'hélice. En raison de la corrosion sévère dans l'eau de mer, les aciers conventionnels sont pratiquement inacceptables. Qu'il suffise de dire que sur le brise-glace "Mourmansk" pendant deux ans de fonctionnement, chaque lame hélicoïdale a perdu 200 kilogrammes de poids. Il s'agit d'aciers alliés spéciaux ! Ces dernières années, de plus en plus d'hélices de navires sont en laiton ou en bronze. La résistance à la corrosion du laiton est cent fois supérieure à celle de l'acier ordinaire. Mais dans l'eau de mer, le laiton est également sensible à la corrosion - le zinc en est lavé. Les zones à faible teneur en zinc sont recouvertes de fissures, la résistance des lames diminue. Une petite fissure s'ouvre et se referme à chaque tour de vis, les produits de corrosion broient ses bords, l'agrandissent. Et puis vient le moment où le métal ne résiste pas et casse... Le laiton n'est pas un métal très résistant. Pour les hélices à grande vitesse, on utilise plus souvent de l'aluminium au manganèse ou du bronze nickel-aluminium, dont la résistance est proche de la résistance des aciers alliés, et la résistance dans l'eau de mer est plusieurs fois supérieure à celle du laiton. Des vis pesant plus de 50 tonnes sont coulées à partir de ces bronzes pour les porte-conteneurs et les superpétroliers modernes. Cependant, de tels alliages ne résistent pas aux collisions même avec de la glace légère. Par conséquent, les brise-glace doivent fabriquer des hélices en acier inoxydable allié, qui comprend du cuivre, du manganèse, du nickel, du titane et un certain nombre d'autres additifs. Une histoire sur les matériaux modernes pour les hélices de navires serait incomplète sans mentionner les plastiques. Les navires ont déjà des hélices en nylon coulé. Mais seulement sur de petits bateaux. Même les pales en nylon bordées de tôles d'acier ne peuvent pas supporter les charges mécaniques gigantesques qui sont portées par les hélices des grands navires. Mais l'hélice existe depuis cent cinquante ans, et les premières expériences avec des pales en plastique ont commencé il y a seulement une dizaine d'années... Auteurs : M.Korotkiy, M.Nayding
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