【簡(jiǎn)介:】和大多數(shù)人猜想的不一樣,螺旋槳其實(shí)基本不使用鋼鐵材料打造,因?yàn)檫@玩意兒不耐腐蝕,而且不易加工切割,因此在二戰(zhàn)之前,不管是軍用還是民用螺旋槳大多采用的是高強(qiáng)度黃銅(銅鋅錫合金
和大多數(shù)人猜想的不一樣,螺旋槳其實(shí)基本不使用鋼鐵材料打造,因?yàn)檫@玩意兒不耐腐蝕,而且不易加工切割,因此在二戰(zhàn)之前,不管是軍用還是民用螺旋槳大多采用的是高強(qiáng)度黃銅(銅鋅錫合金)鑄造而成。這種材料強(qiáng)度較高,又比鋼材更好加工塑型,特別是在海水的高鹽環(huán)境下有很好的耐腐蝕作用,在造船業(yè)曾經(jīng)得到了長(zhǎng)時(shí)間的青睞。
(1911年泰坦尼克號(hào)黃銅螺旋槳安裝)
但是隨著船舶特別是軍艦的快速發(fā)展,噸位越來越大,速度越來越快,黃銅逐漸顯露出自己的劣勢(shì)。首先萬噸級(jí)海輪要求使用與自己體型相符的米級(jí)以上大葉片螺旋槳,而黃銅材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕疲勞性較弱,因此必須保持一定的厚度和體積才能滿足要求,而這就造成了螺旋槳重量過大,不僅增加了船舶動(dòng)力負(fù)擔(dān),而且對(duì)傳動(dòng)軸承的磨損也更加劇烈。
(脾斯麥號(hào)戰(zhàn)列艦)
另一方面,船只速度的加快促使螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度不斷提高,附加在葉片上的空泡腐蝕量(旋轉(zhuǎn)過程中氣泡快速生成與爆裂造成的腐蝕)也成倍增加,而這就導(dǎo)致黃銅發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的脫鋅現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)一步降低。隨著黃銅螺旋槳經(jīng)常性的開縫破損斷裂,迫切地要求人們找到一種更適用于大型船只的新型螺旋槳材料。
(螺旋槳邊緣空泡腐蝕)
這樣的尷尬最終被英國海軍所打破,在二戰(zhàn)中,英國海軍為了提高魚雷艇的速度,給它們加裝了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),這使得螺旋槳的速度成倍增加,結(jié)果在使用黃銅螺旋槳的試驗(yàn)過程中發(fā)生了非常嚴(yán)重的空泡腐蝕現(xiàn)象,有時(shí)候甚至沒到100海里就直接龜裂折斷。英國海軍在經(jīng)過多次試驗(yàn)對(duì)比后,最終選擇了一種新型的鎳鋁青銅材料制造螺旋槳,并最終獲得了成功。
(英國1935年級(jí)高速魚雷艇)
鎳鋁青銅材料是具有跨時(shí)代意義的,它的密度比黃銅小10%,但是耐空泡腐蝕性能是黃銅的3倍,腐蝕疲勞強(qiáng)度是黃銅的2倍,在海水特別是高污染海水中的脫材料現(xiàn)象也比黃銅要小50%以上,難能可貴的是鎳鋁青銅還繼承了黃銅材料易鑄造,好切割的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì),使用鎳鋁青銅材料制成的螺旋槳厚度減少了8%,重量減輕15%,螺旋槳的壽命提高兩倍以上,效率提高20%。正因?yàn)樗绱藘?yōu)良的特性,在二戰(zhàn)后迅速普及,成為了大型船舶,特別是大型潛艇和軍艦(包括航母)螺旋槳材料的不二選擇!
在鎳鋁青銅材料的基礎(chǔ)上,西方各國還通過調(diào)整鎳鋁成分配比以及使用新的急冷鑄造法,進(jìn)一步提高了軍艦螺旋槳的耐腐蝕性能和抗拉強(qiáng)度。而為了減少船只噪音,又通過增加螺旋槳葉片和使用大傾斜的外形,取得了不錯(cuò)的靜音效果,在泵推技術(shù)沒有誕生之時(shí),七葉大傾斜螺旋槳是各國核潛艇的標(biāo)配,航母因?yàn)閷?duì)噪音的要求沒有核潛艇高,因此使用的多是維護(hù)性和成本更低一些的五葉大傾斜螺旋槳。(潛艇七葉大傾斜螺旋槳)
而即使有了鎳鋁青銅材料和急冷加工技術(shù),想要鑄造打磨出合格的航母螺旋槳依舊不是那么容易。美軍尼米茲和福特級(jí)航母上總共有4個(gè)五葉螺旋槳(便于轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)),每一個(gè)直徑大約6.4米,重量約為30噸。
(尼米茲級(jí)航母螺旋槳)
然而這么大的航母螺旋槳卻對(duì)精度的要求極其嚴(yán)苛,表面要求絕對(duì)平整光滑,曲面角度要求絲毫無差,加工鑄造難度極大。以幾個(gè)工人輪班打磨數(shù)十天才能完成,現(xiàn)在多采用7軸五聯(lián)動(dòng)大型數(shù)控機(jī)床加工,效率提高了十倍以上,但是這種機(jī)器目前全世界能制造的不超過五個(gè)!你說難度大不大?(大型螺旋槳加工)