舰艇静力学：泡状空泡的影响

通常指在叶背上切面最大厚度处所产生的空泡，呈泡沫状。这时叶切面的来流攻角较小，导边未出现负压峰，压力最低处大致在最大厚度附近，因前后压力变化比较缓和，由此所产生的单个空泡的成长清晰可见，有时可以成长到相当尺度。空泡被水流带向下游时尺寸减小，并发生溃灭、再生、再溃灭，直至消失，如图13-4所示。这种空泡对螺旋桨的性能影响不大，但对桨叶材料有剥蚀作用。

图13-4　叶背上的泡状空泡

泡状空泡可以归为螺旋桨叶背空泡现象的第一阶段。叶背某点（对应如图13-5中B点，常处于叶背上减压系数最大的点，即图13-5中曲线1峰值点附近）处压力降低到饱和蒸汽压时，水即汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀而形成球状空泡。当其沿流线移至较高的压力区内（如图13-5中D点）时，水汽压力不再能支持外界压力，因而空泡被压缩而迅速溃灭，水流亦恢复正常情形（如图13-5中D点至随边段）。

这类第一阶段的空泡为什么对螺旋桨的水动力性能没有太大影响，而对桨叶有剥蚀作用呢？由图13-5（曲线1表示螺旋桨叶切面在一定攻角下未发生空泡时的减压系数ξ曲线，曲线2表示叶背上产生局部空泡时减压系数的分布曲线）分析如下：

（1）叶背上A点前的压力已降至汽化压力pV，溶解于水中的气体开始逸出；而在A点处，减压系数ξ等于空泡数σ，水即开始汽化而形成空泡，其压力恒为pV而不再变化，故在AB段内，减压系数ξ不再按无空泡时的规律变化而恒等于空泡数σ（对应直线AB段）。

（2）在B点以后，减压系数ξ开始过渡到小于空泡数σ的区域，但因该处的空泡不会马上完全溃灭消失，再者空泡占有一定的位置，故延伸至C点，BC段减压系数ξ的数值也恒等于空泡数σ。(www.xing528.com)

（3）空泡的延伸改变了流经叶背的流线形状，使流速增大，其影响至D点处才消失，因此，在BD段内，空泡发生后的减压系数ξ也不按无空泡时的规律变化，而是沿ABCD曲线段变化。

图13-5　螺旋桨叶切面第一阶段的空泡

（4）在AB段内ξ曲线被截去的部分（损失的吸力部分）大致被BD段内增加的部分（吸力的增加）所抵消，因而对整个叶切面的升力无甚影响。此外，由于空泡区对叶切面处流动情况影响不大，故对阻力的影响也不大。但是，由于空泡在C点下沿溃灭，产生内爆，这种内爆的冲击力反复集中于一点，这样C点就处于空泡反复延伸和溃灭的交界处，可使桨叶表面材料被蚀除而损坏，称之为剥蚀，以区别于因化学作用而产生的材料腐蚀或电蚀。当然，材料被反复剥蚀后会形成多孔海绵状麻点，使桨叶材料受到损伤，甚至导致桨叶折断的危险。

归纳起来，螺旋桨空泡第一阶段的特性是：空泡发生在局部区域，对叶切面的水动力性能无明显影响，但可能造成桨叶表面剥蚀。