海軍艦艇主要執行海上戰鬥任務,分為戰鬥艦艇和輔助戰鬥艦艇。中國軍艦目前的下水總噸位,連續幾年排名世界第一,佔據全球軍艦下水總噸位1/3以上。其中軍艦的動力裝置,由於主機的類型不同,分為蒸汽、柴油機、燃氣輪機和核動力裝置,目前軍艦主要採取聯合動力裝置,配合軍艦使用綜合電力系統,搭配武器裝置,實現自衛和戰鬥。
我們熟知的海軍艦艇有護衛艦、驅逐艦和航空母艦等,每當新軍艦下水之時,官方總會率先公布製作圖,其中水下螺旋槳也為一大關注焦點。眾所周知,軍艦螺旋槳需要長期在水中進行泡發,因此要求螺旋槳具有較好的抗海水腐蝕性。同時在軍艦航行速率高的情況下,考慮航行海域之內的海水環境和海域非生物入侵情況。
因此,中國軍艦螺旋槳製作原料選取何物?成為了官方一大難題。考慮到螺旋槳本身的多葉曲面形狀,因此在選取原料的時候,除了考慮能否適應海水環境之外,還需要考慮製作時切割工藝是否能達到標準。在第一批軍艦螺旋槳製造出來的時候,選取的是銅鋅錫合金。
然而,採用銅鋅錫合金,雖然解決了切割工藝能否達標的問題,但由於軍艦製造水平的不斷提高,螺旋槳本身必須適應軍艦體型變大和航速變快等現實問題。而銅鋅錫合金由於材質密度很大,造成螺旋槳重量過大,所以整個製作過程損耗較大,在後期不適合作為首選原料。
第二點就是由於航速增加,葉面腐蝕速度不斷加快,從而形成空泡螺旋槳。空泡發展過程有三個階段,第一階段是在低壓區形成的空泡,到了高壓區之後,逐漸對表面產生腐蝕作用。第二階段是空泡在水翼後方,降低螺旋槳自身升力和阻力。第三階段可能會造成螺旋槳直接斷裂。
當然,有些軍迷考慮的不鏽鋼和鈦合金,也不會是軍艦螺旋槳製造原材料的首選。首先,鈦合金本身焊接工藝較為複雜,成本費用太高。其次,不鏽鋼本身剛性很高,韌性不是很強,容易發生斷裂。再次,不鏽鋼防鏽性能遠不如銅合金,耐腐蝕性能不高,導致在水下沒有辦法長期堅持完成任務。最後,採用銅合金,是由於銅本身對海洋微生物有殺滅作用,就算長時間在海水裡邊泡發,也不容易在表面生長一些藻類物質。綜合考慮之下,決定選取韌性較高和耐腐蝕性能較強的銅合金。
選取什麼樣的銅合金,才能夠代替銅鋅錫合金?目前我國選取的螺旋槳製作原料為鎳鋁青銅合金,相較於銅鋅錫合金來說,剛性更高,不易發生變形。此外,製作而成的螺旋槳表面光滑度能夠達到要求,本身切割工藝也不是很複雜,達到了螺旋槳所需的彎曲程度標準。與此同時,鎳鋁青銅合金本身耐腐蝕能力是銅鋅錫合金的三倍,性能相當出眾。
目前比較值得借鑑的是美國的尼米茲級航母的螺旋槳,由鎳鋁青銅材質製作而成的五葉螺旋槳,曲面弧度和光滑度都達到了要求,重量更是直接達到30噸,整體性能十分完善,加工工藝也不是很複雜,所以世界各國在製造軍艦螺旋槳的同時,都借鑑了此螺旋槳製造技術。
雖然水下螺旋槳能夠讓軍艦擁有足夠的推動力,極大地方便了軍艦的發展。但是,螺旋槳本身也對海洋生物產生了巨大的殺傷力。近年來,由於軍艦螺旋槳刮傷,而導致的海洋生物死亡事件比率正在不斷增高,因此,在發展軍艦螺旋槳技術的同時,還必須考慮到嚴峻的海洋生物保種現狀,在發展技術的同時,不要過度的破壞環境。