● 文/馬娟娟

上一期，我們講到法國(guó)“戴高樂”號(hào)航母和英國(guó)航母的螺旋槳都發(fā)生過斷裂的情況。那么，航母的螺旋槳為什么會(huì)斷裂呢？人們是如何對(duì)螺旋槳進(jìn)行改良的？小石頭在其中又發(fā)揮了什么重要作用呢？

馬娟娟，中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)科普教育專委會(huì)副秘書長(zhǎng)、國(guó)防科普委員會(huì)委員、海軍首部征兵宣傳片《縱橫四海 勇者無界》編導(dǎo)，長(zhǎng)期根植于國(guó)家安全、海洋與國(guó)防科普傳播一線。

藍(lán)銅礦與孔雀石“共生”

自然銅

特殊的合作

要制造出合格的螺旋槳，首先要解決材料問題。看似溫柔的海水，其含鹽量高，腐蝕性很強(qiáng)。此外，海洋微生物、附著生物等也會(huì)加速螺旋槳的腐蝕。

防腐是艦艇制造中必須攻克的技術(shù)難關(guān)。什么材料能勝任航母螺旋槳耐腐蝕且強(qiáng)度高這個(gè)重任呢？這就要隆重請(qǐng)出石頭家族的重要成員——自然銅！

自然銅是一種自然產(chǎn)出、非人工冶煉提取的純金屬礦物，銅含量高達(dá)99.9%以上，但在自然界中儲(chǔ)量較少。當(dāng)前，我國(guó)選冶銅礦物原料主要是黃銅礦、斑銅礦、孔雀石、藍(lán)銅礦等。

知識(shí)鏈接

神通廣大的銅并不是這兩百年來才走入人類世界的。其實(shí)，人類與石頭家族的銅交朋友的歷史非常久遠(yuǎn)——銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的金屬之一，也是人類最早開始使用的金屬元素。

人類文明發(fā)展史上先經(jīng)歷了紅銅及青銅時(shí)代，后來進(jìn)入鐵器時(shí)代。為了提高硬度，古人在銅中加入了錫。這些古老的銅合金器物后來被長(zhǎng)久埋入地下，因氧化而顏色變得青灰，因此被人們稱為青銅，與之對(duì)應(yīng)的那個(gè)時(shí)代就是青銅時(shí)代。商周時(shí)期，我國(guó)的青銅冶鑄業(yè)發(fā)展到了巔峰。在世界范圍內(nèi)，我國(guó)的青銅器質(zhì)量有著極高的水準(zhǔn)。

我國(guó)開采、利用銅的歷史悠久，但銅儲(chǔ)量并不豐富。因此，科技人員嘔心瀝血，研究如何更好地將銅再生利用。

因?yàn)樽匀汇~有很好的延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和耐腐蝕性，所以被廣泛地應(yīng)用于制造武器、電纜、船舶和民用器具等。但是，用自然銅制造出的螺旋槳不耐磨。為了幫助銅完成好制造航母螺旋槳這個(gè)重任，石頭家族團(tuán)結(jié)一心，互相幫助，把合作的最大優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來。

比如，銅加鋅就組成了新的合金——黃銅，既防腐又耐磨，成為很多船只螺旋槳的首選材料。然而，二戰(zhàn)改變了黃銅螺旋槳的地位。二戰(zhàn)期間，英、美之間的大西洋運(yùn)輸線被德國(guó)U型潛艇嚴(yán)重襲擾，損失慘重！為了在港口和近海對(duì)付德國(guó)潛艇，英國(guó)人大量制造“暴脾氣、小塊頭”的魚雷艇，可以攜帶德國(guó)U型潛艇的克星——魚雷，并且為了提高魚雷艇的速度，英國(guó)人在魚雷艇上安裝了大功率飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，由于魚雷艇的螺旋槳轉(zhuǎn)速過快，空泡腐蝕非常嚴(yán)重。在當(dāng)時(shí)，黃銅螺旋槳連100海里（相當(dāng)于185.2千米）都跑不到，就被空泡腐蝕得直接斷裂了。

二戰(zhàn)后，隨著航母的噸位越來越大，以及對(duì)速度的要求越來越高，黃銅制作的螺旋槳也暴露出了其他問題。比如，由于螺旋槳的速度不斷提高，導(dǎo)致摩擦力增大，黃銅出現(xiàn)脫鋅情況。一旦脫鋅，腐蝕也會(huì)加劇，強(qiáng)度減弱?？磥?，黃銅也不是最佳選擇。

于是，鎳、鋁等又加入了螺旋槳材料的改良中，人們發(fā)明了鋁鎳青銅。利用這種新的合金制造的螺旋槳不僅在耐腐蝕性和抗壓強(qiáng)度上有了很大的提高，而且還可以降低噪聲。現(xiàn)在，國(guó)際大型輪船和航母都普遍采用特種銅質(zhì)合金鋼。

黃黃銅銅螺螺旋旋槳槳

特種銅質(zhì)合金鋼螺旋槳

知識(shí)鏈接

空泡是一種具有巨大威力的氣泡， 在自然界中可算得上是“武器”級(jí)的。螺旋槳葉片等所在湍急的水流中會(huì)產(chǎn)生大量的空泡，空泡潰滅會(huì)產(chǎn)生局部高能沖擊，致使螺旋槳表面破壞，也能夠誘發(fā)強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪聲等問題。日本H2火箭就是由于非穩(wěn)態(tài)空泡引起了振動(dòng)破壞，最終導(dǎo)致了發(fā)射失敗。螺旋槳空泡噪聲也是潛艇隱蔽性中的重要問題。因此，在高速水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，空泡潰滅可以說是工程應(yīng)用中的頭號(hào)敵人。

螺旋槳表面的破壞

海軍作為國(guó)際軍種，要求系統(tǒng)作戰(zhàn)能力更高、更強(qiáng)，不僅高度依托于國(guó)防科技與國(guó)防工業(yè)的強(qiáng)大，更依賴于具備胸懷大海、腳踏實(shí)地、仰望星空的國(guó)際視野的人才支撐?；蛟S有一天，你也會(huì)成為千千萬萬國(guó)防科技工作者中的一員，制造大國(guó)重器，捍衛(wèi)祖國(guó)安全與和平！

特殊的工藝

除了材料，航母螺旋槳的制造工藝要求也非常高，要求巨大的槳葉不能有空泡，其次要求槳葉表面非常光滑，甚至要達(dá)到微米等級(jí)，像玻璃一般平滑。為了實(shí)現(xiàn)劃水的功能，槳葉還要具有非常嚴(yán)格的彎曲程度。在使用過程中，航母的螺旋槳不允許發(fā)生任何形變，因?yàn)樾巫儠?huì)影響航母軌道的精準(zhǔn)度，對(duì)艦載機(jī)的起降有很大干擾。此外，螺旋槳形變也會(huì)增加噪聲。

這些復(fù)雜的制造工藝同樣也需要優(yōu)良的材料來支撐。因此，各國(guó)航母螺旋槳合金材質(zhì)的配方都異常嚴(yán)格。這個(gè)配方可是重要機(jī)密呢！

通過螺旋槳，我們看到了其使用材料的發(fā)展過程，也看到了國(guó)防科技的發(fā)展歷史。如果你能親眼看到人民海軍大名鼎鼎的雙航母——威風(fēng)凜凜的遼寧艦和中國(guó)第一艘自主研發(fā)的山東艦，就能體會(huì)到航母的螺旋槳有多壯觀了。