Кавитация подводного крыла

Термин кавитация происходит от латынского cavitas — пустота.

Возникновение и развитие кавитации на движущихся под свободной поверхностью воды конструктивных элементах судна (лопасти гребных винтов, плицы гребных колес, подводные крылья) объясняется следующим.

Из курса физики известно, что температура кипения воды зависит от давления. Вода на уровне океана, находящаяся под атмосферным давлением, кипит при 100^оС. Если в сосуде с водой понизить давление и довести его, например, до 17 мм рт. ст., то вода вскипит при температуре 20° С (начнётся «холодное кипение» воды).

Аналогичное явление происходит на верхней стороне подводного крыла, когда при значительных скоростях обтекания на этой стороне крыла разряжение достигает давления насыщенных паров воды, приводящее к ее кипению и образованию разрывов сплошности жидкости (прочность воды для восприятия растягивающих напряжений оказывается недостаточной).

В гидродинамике кавитацию в зависимости от ее интенсивности принято подразделять на несколько стадий:

пузырчатая кавитация, когда в области наибольшего разряжения, имеющиеся в воде пузырьки газа начинают наполняться водяным паром и сносятся потоком за пределы крыла;

При более высоких скоростях крыла количество пузырьков и их объемы увеличиваются. При попадании пузырьков в зону с повышенным давлением воды, где нет условий для сохранения пара, пар мгновенно превращается в капельную жидкость с образованием в пространстве, занимаемом пузырьком глубокого вакуума, которое окружающая вода заполняет с большой скоростью. При этом гидроудар приходится на ничтожно малую площадь крыла. Возникающие напряжения в поверхностных слоях крыла превышают предел прочности материала крыла, вследствие этого он разрушается. Такой процесс разрушения материала конструктивных элементов принято называть кавитационной эрозией.