小石頭，大神通

● 文/馬娟娟

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

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

藍銅礦與孔雀石“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?？此茰厝岬暮Ｋ浜}量高，腐蝕性很強。此外，海洋微生物、附著生物等也會加速螺旋槳的腐蝕。

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度高這個重任呢？這就要隆重請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99.9%以上，但在自然界中儲量較少。當(dāng)前，我國選冶銅礦物原料主要是黃銅礦、斑銅礦、孔雀石、藍銅礦等。

知識鏈接

神通廣大的銅并不是這兩百年來才走入人類世界的。其實，人類與石頭家族的銅交朋友的歷史非常久遠——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)歷了紅銅及青銅時代，后來進入鐵器時代。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，與之對應(yīng)的那個時代就是青銅時代。商周時期，我國的青銅冶鑄業(yè)發(fā)展到了巔峰。在世界范圍內(nèi)，我國的青銅器質(zhì)量有著極高的水準。

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

因為自然銅有很好的延展性、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重任，石頭家族團結(jié)一心，互相幫助，把合作的最大優(yōu)勢發(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、美之間的大西洋運輸線被德國U型潛艇嚴重襲擾，損失慘重！為了在港口和近海對付德國潛艇，英國人大量制造“暴脾氣、小塊頭”的魚雷艇，可以攜帶德國U型潛艇的克星——魚雷，并且為了提高魚雷艇的速度，英國人在魚雷艇上安裝了大功率飛機發(fā)動機。然而，由于魚雷艇的螺旋槳轉(zhuǎn)速過快，空泡腐蝕非常嚴重。在當(dāng)時，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，腐蝕也會加劇，強度減弱?？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度上有了很大的提高，而且還可以降低噪聲?，F(xiàn)在，國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”級的。螺旋槳葉片等所在湍急的水流中會產(chǎn)生大量的空泡，空泡潰滅會產(chǎn)生局部高能沖擊，致使螺旋槳表面破壞，也能夠誘發(fā)強烈的振動、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，在高速水動力學(xué)領(lǐng)域，空泡潰滅可以說是工程應(yīng)用中的頭號敵人。

螺旋槳表面的破壞

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

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，甚至要達到微米等級，像玻璃一般平滑。為了實現(xiàn)劃水的功能，槳葉還要具有非常嚴格的彎曲程度。在使用過程中，航母的螺旋槳不允許發(fā)生任何形變，因為形變會影響航母軌道的精準度，對艦載機的起降有很大干擾。此外，螺旋槳形變也會增加噪聲。

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，各國航母螺旋槳合金材質(zhì)的配方都異常嚴格。這個配方可是重要機密呢！

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第一艘自主研發(fā)的山東艦，就能體會到航母的螺旋槳有多壯觀了。