Nowy rodzaj amunicji do broni strzeleckiej, z której można skutecznie strzelać zarówno na lądzie, jak i pod wodą. Nowe kule wykorzystują jedną z fizyki, z którą żeglarze są najlepiej zaznajomieni. Mówimy o kawitacji – procesie powstawania i szybkiego zapadania się pęcherzyków wypełnionych parą wodną w cieczy. Początkowo zjawisko kawitacji uznawano za szkodliwe, mogące jedynie zaszkodzić statkom. Ale później znaleźli dla niego przydatne zastosowania. Postanowiliśmy przypomnieć sobie, jak wojsko wykorzystuje kawitację na swoją korzyść.
W drugiej połowie XIX wieku zaczęły pojawiać się parowce ze śmigłami zdolnymi osiągać prędkość kilkudziesięciu węzłów. Samochody te mogły szybko przewozić pasażerów i ogólnie wypadały korzystnie w porównaniu z powolnymi żaglowcami. Jednak wkrótce marynarze napotkali nieprzyjemny efekt: powierzchnia śmigieł po pewnym czasie pracy stała się szorstka i zniszczona. Śmigła były wówczas wykonane ze stali i same szybko ulegały korozji w wodzie, więc ich zniszczenie początkowo przypisywano niekorzystnemu wpływowi wody morskiej. Jednak pod koniec XIX wieku naukowcy, m.in. John William Strett, Lord Raleigh, opisali zjawisko kawitacji.
Kawitacja to zjawisko fizyczne, podczas którego w cieczy za szybko poruszającym się obiektem pojawiają się maleńkie pęcherzyki wypełnione parą. Na przykład, gdy śmigło się obraca, takie pęcherzyki pojawiają się za łopatkami i na ich krawędzi spływu. Kiedy te bąbelki się pojawią, zapadają się niemal natychmiast i tworzą falę uderzeniową. Dla każdego pęcherzyka z osobna jest to zupełnie nieistotne, jednak przy długotrwałej pracy te mikrofale uderzeniowe, pomnożone przez liczbę pęcherzyków, prowadzą do zniszczenia konstrukcji śruby. Szorstkie śmigła, które utraciły część łopatki, znacznie tracą na swojej skuteczności.
Nowoczesne śmigła wykonane są ze specjalnego stopu – kuniala. Jest to stop na bazie miedzi z dodatkiem niklu i aluminium. Stąd nazwa – kunial (CuNiAl, Cuprum-Niccolum-Aluminium). Stop ma taką samą wytrzymałość jak stal, ale nie podlega korozji; Śmigła Kunial mogą pozostać w wodzie przez dziesięciolecia bez szkody. Jednak nawet te nowoczesne śmigła są podatne na zniszczenie w wyniku kawitacji. Ale eksperci nauczyli się przedłużać ich żywotność, tworząc system hydroakustyczny. Wykrywa początek kawitacji, dzięki czemu załoga może zmniejszyć prędkość śmigła, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków.
W latach 70. XX wieku odkryto przydatne zastosowania kawitacji. Instytut Badawczy Marynarki Wojennej ZSRR opracował szybką podwodną torpedę rakietową „Szkwał”. W odróżnieniu od konwencjonalnych torped używanych wówczas i obecnie, Szkwał może osiągać kolosalne prędkości – do 270 węzłów (około 500 kilometrów na godzinę). Dla porównania, konwencjonalne torpedy mogą osiągać prędkość od 30 do 70 węzłów, w zależności od typu. Opracowując rakietę torpedową Shkval, badaczom udało się dzięki kawitacji pozbyć się oporu wody, który uniemożliwia statkom, torpedom i łodziom podwodnym rozwijanie dużych prędkości.
Każdy nawet opływowy obiekt pod wodą ma duży opór. Dzieje się tak za sprawą gęstości i lepkości wody – większej niż powietrza. Dodatkowo podczas poruszania się pod wodą powierzchnie obiektu ulegają zwilżeniu i pojawia się na nich cienka warstwa laminarna o dużym gradiencie prędkości – od zera na samej powierzchni obiektu do prędkości przepływu na zewnętrznej granicy. Ta warstwa laminarna stwarza dodatkowy opór. Próba pokonania go, na przykład, mocą silnika, doprowadzi do zwiększonych obciążeń śrub napędowych i szybkiego zużycia kadłuba obiektu podwodnego na skutek deformacji.
Podczas eksperymentów radzieccy inżynierowie odkryli, że kawitacja może znacznie zmniejszyć opór podwodnego obiektu. Pocisk torpedowy Shkval otrzymał silnik rakietowy, którego paliwo zaczyna się utleniać w kontakcie z wodą morską. Silnik ten może rozpędzić rakietę torpedową do dużej prędkości, przy której na dziobie Shkvala zaczyna tworzyć się bańka kawitacyjna, całkowicie otaczając amunicję. Tworzenie się pęcherzyka kawitacyjnego ułatwia specjalne urządzenie na dziobie rakiety torpedowej - kawitator.
Kawitator na Shkval to nachylona płaska podkładka, pośrodku której znajduje się otwór do poboru wody. Przez ten otwór woda dostaje się do komory silnika, gdzie następuje utlenianie paliwa. Na krawędziach podkładki kawitatora tworzy się pęcherzyk kawitacyjny. Rakieta torpedowa dosłownie leci w tej bańce. Ulepszona wersja Shkvala może razić wrogie statki z odległości do 13 kilometrów. W porównaniu z zasięgiem konwencjonalnych torped (30–140 km) to niewiele i to jest główna wada tej amunicji. Faktem jest, że podczas lotu rakieta torpedowa wydaje głośny dźwięk, demaskując pozycję łodzi podwodnej, która ją wystrzeliła. Shkval bardzo szybko pokonuje 13 kilometrów, ale w tym czasie okręt podwodny nie będzie miał czasu na ucieczkę przed ogniem zwrotnym.
Pocisk torpedowy lecący w bańce kawitacyjnej nie może manewrować. Jest to całkiem zrozumiałe: we wnęce kawitacyjnej amunicja nie może wchodzić w interakcję z wodą w celu zmiany kierunku. Ponadto gwałtowna zmiana trajektorii ruchu doprowadzi do częściowego zapadnięcia się wnęki kawitacyjnej, w wyniku czego część pocisku torpedowego trafi do wody i zostanie zniszczona przy dużej prędkości. Początkowo Szkwał był wyposażony w głowicę nuklearną o mocy 150 kiloton, którą później zastąpiono konwencjonalną głowicą odłamkowo-burzącą o masie wybuchowej 210 kilogramów. Dziś oprócz Rosji w torpedy kawitacyjne uzbrojone są Niemcy i Iran.
Kawitator rakiety torpedowej Shkval
Połowa 3544 / Wikimedia Commons
W 2014 roku Harbin Institute of Technology przedstawił koncepcję łodzi podwodnej zdolnej do poruszania się pod wodą z prędkością bliską lub nawet naddźwiękową. Twórcy ogłosili, że taki okręt podwodny będzie w stanie przepłynąć z Szanghaju do San Francisco (około dziesięciu tysięcy kilometrów) w około godzinę i 40 minut. Okręt podwodny będzie poruszać się wewnątrz jamy kawitacyjnej. Nowy okręt podwodny będzie miał na dziobie kawitator, który zacznie działać z prędkością ponad 40 węzłów. Wtedy łódź podwodna będzie mogła szybko nabrać prędkości przelotowej. Za ruch łodzi podwodnej w jamie kawitacyjnej odpowiadać będą silniki rakietowe.
Prędkość dźwięku w wodzie wynosi około 5,5 tysiąca kilometrów na godzinę przy temperaturze 24 stopni i zasoleniu 35 ppm. Prezentując swoją koncepcję, twórcy zauważyli, że przed stworzeniem nowego okrętu podwodnego należy rozwiązać kilka problemów. Jedną z nich jest niestabilność bańki kawitacyjnej, w której musi przelecieć łódź podwodna. Ponadto konieczne jest znalezienie niezawodnego sposobu sterowania statkiem poruszającym się pod wodą z prędkością ponaddźwiękową. Jako jedną z opcji rozważa się możliwość wykonania sterów wystających poza wnękę kawitacyjną.
Tymczasem na początku XXI wieku Centralne Biuro Projektowo-Badawcze Broni Sportowej i Myśliwskiej Biura Projektowego Instrumentów Tula zdecydowało się wykorzystać zjawisko kawitacji przy tworzeniu nowego karabinu maszynowego dla pływaków bojowych. Mówimy o ADS (podwójnie średni specjalny karabin szturmowy) - karabinie szturmowym, który może strzelać równie skutecznie zarówno w powietrzu, jak i pod wodą. Broń wykonana jest w konstrukcji typu bullpup (mechanizm spustowy znajduje się w kolbie) i posiada zintegrowany granatnik. Masa broni o długości 685 milimetrów wynosi 4,6 kilograma.
Ten karabin maszynowy wykorzystuje specjalne naboje PSP 5,45 mm do strzelania pod wodą. Wyposażone są w stalowy pocisk w kształcie igły o długości 53 milimetrów. Masa pocisku wynosi 16 gramów. Pocisk jest zagłębiony w łusce z ładunkiem prochowym na większej części, tak że całkowita długość naboju odpowiada konwencjonalnej amunicji automatycznej kalibru 5,45 mm. Pocisk naboju PSP ma płaską powierzchnię na końcu. Podczas poruszania się pod wodą platforma ta tworzy wokół pocisku wnękę kawitacyjną. Dzięki tej funkcji efektywny zasięg ognia ADS pod wodą na głębokości pięciu metrów wynosi 25 metrów.
Oprócz specjalnych nabojów karabin maszynowy może strzelać konwencjonalną amunicją. ADS może być wyposażony w tłumik. Szybkostrzelność ADF na lądzie wynosi 800 strzałów na minutę, a efektywny zasięg wynosi 500 metrów. Broń wyposażona jest w wyjmowany magazynek pudełkowy o pojemności 30 naboi. Maszyna posiada przełącznik trybów pracy mechanizmu odprowadzania gazów wodno-powietrznych. Zmienia działanie mechanizmu przeładowującego, dostosowując go do pracy w powietrzu lub wodzie. Bez oddzielnych trybów mechanizm ładowania w wodzie mógłby się zaciąć.
Konwencjonalna nowoczesna broń może również strzelać pod wodą, ale jest mało przydatna do tych celów. Po pierwsze, bezwładnościowy opór cieczy i większa gęstość wody niż powietrza nie pozwala broni automatycznej na szybkie przeładowanie broni, a czasem wręcz to uniemożliwia. Po drugie, materiały, z których wykonane są lądowe karabiny szturmowe i pistolety, nie są początkowo przeznaczone do pracy w środowisku wodnym i nie są odporne na długotrwałe działanie - szybko tracą smarowanie, rdzewieją i ulegają uszkodzeniom na skutek wstrząsów hydraulicznych. Jednocześnie zwykłe kule, które na lądzie są bardzo celne, w wodzie stają się zupełnie bezużyteczne.
Faktem jest, że aerodynamiczny kształt zwykłego pocisku sprawia, że trajektoria jego lotu w wodzie jest trudna do przewidzenia. Przykładowo na granicy warstw ciepłej i zimnej wody pocisk może odbić się rykoszetem, odchylając się od podłużnej osi strzału. Ponadto ze względu na swój kształt pocisk z broni strzeleckiej pod wodą szybko traci swoją energię, a co za tym idzie, swoją śmiertelność. W rezultacie trafienie w cel tym samym karabinem szturmowym Kałasznikowa w wodzie staje się prawie niemożliwe nawet z bardzo małej odległości. Wreszcie zwykłe kule ołowiane z płaszczem tombakowym (stop mosiądzu na bazie miedzi i niklu) szybko odkształcają się pod wodą, a nawet mogą zostać zniszczone.
Problem rozpadających się pocisków rozwiązała norweska firma DSG Technology. Opracowała nowy rodzaj amunicji, CAV-X. Nie mają klasycznego ostrołukowego kształtu, jak zwykłe kule, ale kształt stożkowy. Czubek pocisku jest spłaszczony i w momencie uderzenia w wodę zaczyna działać jak kawitator, dzięki czemu wokół pocisku tworzy się wnęka kawitacyjna. Dzięki temu pocisk praktycznie nie ma kontaktu z wodą i dłużej zachowuje energię kinetyczną. Pociski kawitacyjne CAV-X są niewiele dłuższe od konwencjonalnych pocisków tego samego kalibru, w przeciwieństwie do rosyjskich pocisków w naboju PSP.
Pociski kawitacyjne wykonane są z wolframu i wtłoczone w mosiężną łuskę. Dziś produkowane są w kalibrach 5,56, 7,62 i 12,7 milimetra. Według DSG Technology pod wodą kawitacyjne kule tych kalibrów zachowują swój zabójczy efekt na dystansach odpowiednio 14, 22 i 60 metrów. Jednocześnie można kawitować amunicję innych kalibrów aż do artylerii 155 milimetrów. To prawda, że wykonalność tworzenia pocisków do strzelań podwodnych jest bardzo wątpliwa. Nie wiadomo jeszcze, w jakim rodzaju broni planowane jest zastosowanie pocisków kawitacyjnych CAV-X. Konwencjonalna broń strzelecka bez specjalnych modyfikacji nie nadaje się do strzelania pod wodą.
Jednak pociski kawitacyjne mogą być przydatne podczas strzelania do celów podwodnych z lądu. Jeśli strzelisz, powiedzmy, do pływaka bojowego pod wodą z brzegu za pomocą konwencjonalnego pistoletu lub karabinu maszynowego, najprawdopodobniej odpłynie bez szwanku. Faktem jest, że kule albo gwałtownie zwalniają, gdy uderzają w wodę, albo odbijają się od niej rykoszetem; zależy to od kąta osi lufy względem powierzchni wody, przy którym prowadzone jest strzelanie. Pociski kawitacyjne będą mogły praktycznie bez odbicia przebić się przez powierzchnię wody i trafić w podwodny cel. Jednak wojsko nie stoi przed tak częstą koniecznością strzelania z lądu do podwodnego wroga, że rozpoczynają masowe zakupy nabojów z kulami CAV-X.
Chociaż inżynierowie wojskowi byli w stanie znaleźć przydatne zastosowania kawitacji, w zasadzie ich wynalazki nie cieszyły się szczególną popularnością. Torpedy rakietowe Shkval nigdy nie były używane w walce, a dziś rosyjska flota w ogóle ich nie używa - amunicja ta okazała się zbyt głośna i krótkiego zasięgu. Naboje do strzelania podwodnego są poszukiwane tylko przez pływaków bojowych i sabotażystów i są używane dość rzadko. Trudno uwierzyć w zdolność chińskich specjalistów do zaprojektowania kawitującego okrętu podwodnego. Być może zatem kawitacja jest nadal zjawiskiem fizycznym, którego lepiej unikać.
Wasilij Sychew
Pojęcie to wyjaśnia się następująco: powstawanie nieciągłości w ciągłości cieczy w wyniku lokalnego spadku w niej ciśnienia. Pęknięcia cieczy to oczywiście bąbelki. Słowo kawitacja pochodzi od łacińskiego słowa cavitas, co oznacza próżnię.
Postawmy sobie tymczasowo inny cel: zapoznajmy się z podstawowym wzorcem rządzącym cieczą przepływającą w rurce. Wyobraźmy sobie poziomą rurkę o zmiennym przekroju, przez którą przepływa ciecz. Tam, gdzie pole przekroju poprzecznego jest mniejsze, ciecz przepływa szybciej, a tam, gdzie jest większe, płynie wolniej. Zgodnie z prawem zachowania energii można stwierdzić, co następuje. Nad przydzieloną objętością przepływającej cieczy praca wykonywana jest przez siły ciśnienia wymuszające jej przepływ. Jeśli płyn nie ma lepkości, praca ta zostanie poświęcona jedynie na zmianę jego energii kinetycznej. Prawo zachowania energii daje prawo zrównać pracę sił ciśnienia ze zmianą energii kinetycznej płynu. Z tej równości wynika równanie Daniela Bernoulliego, które jest spełnione w dowolnym przekroju rury:
W tym równaniu jest to gęstość cieczy, prędkość jej przepływu, ciśnienie cieczy w przepływie i jest to wartość stała. Można to odczytać w ten sposób: suma gęstości energii kinetycznej i ciśnienia w przepływającej cieczy pozostaje niezmieniona.
Zapisane równanie ma fundamentalne znaczenie w nauce o płynach.
Przyjrzyjmy się uważnie formule. Oto, co mówi wzór: im węższy przekrój rury, tym większy , im więcej, tym mniej, co oznacza „to”. może być tak wysokie, że ciśnienie będzie mniejsza niż pewna wartość krytyczna. Pęcherzyki gazu lub pary obecne w poruszającej się cieczy i uwięzione w strefie, w której zaczynają zwiększać swoją objętość, powodują „kawitację” cieczy, zamieniając się w pianę. Poruszając się wraz z przepływem do obszaru, w którym występuje ciśnienie, pęcherzyki zaczynają się zapadać i znikać.
Tak więc z pewnością przewidujemy pojawienie się pęcherzyków w przepływającej cieczy, opierając się jako podstawa wyłącznie na prawie zachowania energii. Podkład jest solidny i należy szukać bąbelków.
W rzeczywistości kawitacja może wystąpić również wtedy, gdy z jakiegoś powodu w cieczy pojawiają się obszary, w których prędkość jej ruchu jest inna. Na przykład w pobliżu obracających się łopatek statku motorowego lub w pobliżu pręta wibrującego w wodzie.
„Kropla niszczy kamień” – wszyscy o tym wiedzą. Jednak fakt, że bańka niszczy metal, nie wydaje się być powszechnie znany. Odnotowano wiele przypadków niszczenia śrub napędowych statków szybkich przez pęcherzyki kawitacyjne. Zniszczenia te czasami powodują uszkodzenie śruby napędowej w ciągu zaledwie kilku godzin od rejsu statku. Strefa kawitacji w pobliżu obracającej się śruby napędowej jest szczegółowo badana przez konstruktorów statków w celu wybrania optymalnego kształtu, w którym bez uszczerbku dla innych właściwości śruby napędowej, jej opór kawitacyjny będzie największy. Jest to ważny etap projektowania i produkcji statku.
Oto kolejny przykład destrukcyjnego działania kawitacji. Jeśli metalowy pręt wibruje w wodzie, jego powierzchnia końcowa pokryje się obszarami zniszczenia kawitacyjnego: pęcherzyki niszczą metal.
Istnieje kilka założeń dotyczących mechanizmu przenoszenia latającej bańki na metalową powierzchnię. Po dotarciu na powierzchnię przeszkody bańka może szybko się zapaść, wywołać falę uderzeniową, a to pociągnie za sobą uderzenie wody w powierzchnię. Fizycy, którzy szczegółowo badali kawitacyjne niszczenie metali, nabrali przekonania, że ciśnienia pulsacyjne odbierane przez powierzchnię są wystarczające, aby pęcherzyki utworzyły się i rozwinęły źródła zniszczenia na powierzchni metalu. Na przykład: wielokrotnie powtarzające się naprężenia impulsowe prowadzą do lokalnych uszkodzeń zmęczeniowych.
Obecnie publikacji poświęconych problematyce kawitacji i sposobom jej eliminacji jest całkiem sporo, jednak tylko nieliczne z nich wyjaśniają powody, dla których bąbelki mają tak destrukcyjne działanie.
Pojawienie się kawitacji w pompach odśrodkowych zwykle poprzedzone jest wrzeniem. Nie oznacza to, że gotowanie samo w sobie jest niebezpieczne, ale jeśli powstałe pęcherzyki nie eksplodują, mogą wywołać bardzo potężną siłę. Gotowanie jest jednym z procesów, podczas którego następuje zmiana stanu cieczy, która zamienia się w parę.
Woda w stanie ciekłym i pęcherzyki pary wodnej powstające podczas gotowania składają się z tych samych cząsteczek. Główną różnicą między nimi jest poziom energii cząsteczek i całkowita przestrzeń, jaką zajmują w wyniku otrzymanej energii. Cząsteczki pary mają znacznie wyższy poziom energii. Ich szybkie i długie ruchy wymagają znacznie więcej przestrzeni niż cząsteczki cieczy.
Wrzenie i powstawanie pęcherzyków pary następuje, gdy energia cząsteczek wody w stanie ciekłym staje się większa od ciśnienia wody i ciśnienia atmosferycznego działającego na jej powierzchnię. Proces ten zwykle tłumaczy się ciepłem, ale w przemyśle pompowym najważniejsza jest zmiana ciśnienia.
Przy ciśnieniu atmosferycznym na poziomie morza wynoszącym 760 mmHg woda w naczyniu wrze w temperaturze 100°C. Objętość pęcherzyka pary powstałego w temperaturze wrzenia 100°C będzie 1673 razy większa niż objętość pęcherzyka wody w tej samej temperaturze. Kiedy dotrze do powierzchni wody, eksploduje, uwalniając energię cieplną i ciśnienia. Głównym źródłem energii jest w dalszym ciągu ciepło. Fala uderzeniowa powstająca w wyniku pęknięcia pęcherzyka ma niewielką siłę, ponieważ ciśnienie w pęcherzyku jest mniejsze niż jedna atmosfera, a energia jest rozpraszana we wszystkich kierunkach nad powierzchnią wody.
Jeśli podgrzejesz ten sam garnek, na przykład w południowej części Kisłowodzka, gdzie wysokość nad poziomem morza sięga 1600 m, wówczas woda w nim będzie już wrzeć w temperaturze 95 ° C. Niższa temperatura wrzenia jest związana z wyższą pozycją powyżej poziomu Merya i niższym ciśnieniem atmosferycznym wynoszącym 632 mmHg. Gdy ciśnienie na powierzchni wody jest niższe, potrzeba mniej energii cieplnej, aby rozpocząć przejście wody z jednego stanu do drugiego. Wraz ze spadkiem ciśnienia potrzeba coraz mniej ciepła, a przy ciśnieniu około 4,5 mmHg woda łatwo wrze w temperaturze zamarzania.
Ten sam schemat działa również w odwrotną stronę: jeśli ciśnienie na powierzchni wody wzrośnie o więcej niż jedną atmosferę, temperatura wrzenia również wzrośnie. Jeśli podczas gotowania ciśnienie wzrośnie, pęcherzyki pary nie eksplodują. Zapadają się i powracają do pierwotnego stanu ciekłego.
Ten sam proces zachodzi w pompie odśrodkowej podczas kawitacji. Kawitacja ssąca, najczęstsza i najłatwiejsza do przewidzenia postać, występuje, gdy efektywne nadciśnienie po stronie ssawnej pompy spada poniżej ciśnienia pary wody zawartej na ssącym końcu pompy (prężność pary to ciśnienie wymagane do utrzymania woda w stanie ciekłym w danej temperaturze). Części łopatek wirnika najbardziej podatne na skutki tego typu kawitacji to te, które znajdują się w obszarze najniższego ciśnienia, czyli te, które znajdują się w pobliżu wlotu. W tej części ostrza mają maksymalne ugięcie, a gdy woda przepływa wokół nich, nacisk na ich powierzchnię staje się niższy.
Przy wystarczająco niskim ciśnieniu mogą tworzyć się pęcherzyki (w wyniku wrzenia), które zapadają się w mniej niż sekundę, gdy dostaną się do obszaru o nieco wyższym ciśnieniu. Energia uwolniona podczas zapadania się bańki pary wodnej radykalnie różni się od energii powstałej podczas eksplozji. W przeciwieństwie do bańki pary, która eksploduje na powierzchni wody, zapadnięta bańka w rzeczywistości powraca do stanu ciekłego. Chociaż podczas tego procesu wydziela się również ciepło, głównym źródłem energii w tym przypadku są fale uderzeniowe powstające w wyniku zapadania się pęcherzyków.
Fale uderzeniowe powstają w wyniku zderzenia cząsteczek wody, które pędzą do punktu, w którym pęcherzyk zapada się, wypełniając powstałą pustkę. Siła fali uderzeniowej zależy od kilku czynników. Badania pokazują, że czas życia bańki (od powstania do zapadnięcia się) wynosi trzy milisekundy (0,003 sekundy), więc proces ten zachodzi bardzo szybko. Im szybciej cząsteczki wody zderzają się, tym więcej uwalnianej jest energii.
Rozmiar pęcherzyka pary kawitacyjnej może być znacznie większy niż ten, który powstaje podczas standardowego procesu wrzenia pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym. Przykładowo w temperaturze 20°C (standardowa temperatura pompy) pęcherzyk pary powstający w wyniku kawitacji jest prawie 35 razy większy niż powstający w temperaturze 100°C! Im większy rozmiar bańki, tym większa masa wody biorącej udział w zderzeniu.
Razem te czynniki (prędkość i masa) dają całkowitą energię kinetyczną zapadającej się bańki (KE = ½ mv²). Wysoka prędkość wynikająca z szybkiego zapadnięcia się pęcherzyka oraz duża masa wynikająca z rozmiaru pęcherzyka powodują uwolnienie ogromnej energii. Jednocześnie zachodzi jeszcze ważniejszy proces, który wzmacnia niszczycielską moc zapadającej się bańki.
Rycina 1 przedstawia serię fotografii przedstawiających stopniowe zapadanie się pęcherzyka pary. W fazie 1 pęcherzyk ma niemal okrągły kształt, który w fazie 2 zaczyna się spłaszczać. Proces ten trwa aż do etapu 18, po którym następuje całkowite zapadnięcie się.
Rysunek 1. Z kawitacji i dynamiki bąbelków autorstwa Christophera Brennena
i opublikowane w 1995 roku przez Oxford University Press
Ciekawostka, na którą warto zwrócić uwagę, ma miejsce podczas kroku 7, podczas którego na dnie bańki zaczyna tworzyć się zagłębienie. Formacja ta, zwana „mikrostrumieniem wejściowym”, tworzy się na jednej z płaskich powierzchni i powiększa się aż do etapu 13. W etapie 14 strumień ten przebija górną powierzchnię bańki i kieruje siłę zapadania się w jednym kierunku.
Badania wykazały również, że w przypadku zapadnięcia się pęcherzyka w pobliżu ścianek obiektów stałych (ostrza lub osłony ochronnej) działanie mikrostrumienia prawie zawsze jest skierowane w stronę ścian. Innymi słowy, cała energia zapadnięcia jest kierowana na jakiś mikroskopijny obszar powierzchni wirnika, w wyniku czego rozpoczyna się niszczenie metalu.
To połączenie wysoce skoncentrowanej energii i jej skupienia w jednym kierunku nadaje zapadającej się bańce tak niszczycielską moc. Nawet jeśli pęcherzyki zapadną się daleko od powierzchni wirnika i żaden metal nie ulegnie zniszczeniu, fale uderzeniowe nadal powodują silne wibracje, które mogą prowadzić do innych uszkodzeń pompy.
Inżynier firmy
LLC „Pompy przemysłowe”
Siergiej Jegorow
Tajemniczy bohater filmowy
Pod koniec XIX wieku angielska marynarka wojenna miała zostać uzupełniona dwoma idealnymi na tamte czasy okrętami. „Dering” i „Turbinia” musiały przejść ostatni test - na prędkość, co zresztą projektanci uznali za ich główną zaletę. Niestety obliczonej prędkości nie udało się osiągnąć. Szczegółowe badanie możliwych przyczyn awarii wykazało: śmigła zużywają się bardzo intensywnie przy dużych prędkościach, pokrywają się dziurami, wgłębieniami, a przyczyną są liczne pęcherzyki powietrza i pary pojawiające się na łopatkach.
W takich okolicznościach technologia po raz pierwszy zetknęła się z kawitacją. To jest technika. Ponieważ nauka zna to zjawisko od dwudziestu lat. Teoretycznie przewidział to angielski fizyk O. Reynolds. A gdyby projektanci z większą uwagą przyjrzeli się podstawowym badaniom swojego rodaka, być może do tego wstydu by nie doszło.
Tak, teoretyk mógłby ostrzec inżynierów przed nadmiernym podekscytowaniem. Ale nic więcej. Gdyby zapytano go: jak zbudować naprawdę ultraszybki statek, omijając w jakiś sposób kawitację, naukowiec raczej nie miałby odpowiedzi.
I do dziś, ponad sto lat później od odkrycia kawitacji, nauka badająca to zjawisko zawdzięcza technologię. Nie zawsze możliwe jest dokładne obliczenie progu, powyżej którego dochodzi do kawitacji niszczącej maszynę lub konstrukcję. Wciąż się kruszy, odsłaniając metal śmigieł, łopatki pomp i turbin, betonowe korpusy tam, kanałów i śluz.
Jeszcze trudniej jest – a kuszące myśli na ten temat nie narodziły się wczoraj – przekształcić niszczycielskie siły kawitacji i uczynić z nich sprzymierzeńców.
Dlaczego potężna współczesna nauka poddaje się najważniejszym tajemnicom kawitacji?
Na początek przypomnijmy sobie, co ona wie o tym zjawisku całkiem zdecydowanie. Pęcherzyki kawitacyjne pojawiają się w cieczy, jeśli wytworzy się w niej obniżone ciśnienie. Dzieje się tak na przykład podczas przepływu ciała stałego z dużą prędkością lub, co jest w zasadzie równoważne, gdy samo ciało porusza się szybko w cieczy. Fale dźwiękowe i ultradźwiękowe przechodzące przez ciecz również tworzą obszary niskiego ciśnienia i powodują kawitację. Pęcherzyki kawitacyjne nie utrzymują się długo. Z wielką szybkością, w ułamkach sekundy, zapadają się. To załamanie, niczym eksplozja, generuje falę uderzeniową. Niech to będą tylko mikroeksplozje. W krótkich chwilach zdarzają się setki, tysiące takich zdarzeń. Nakładają się na siebie, zwielokrotniając swoje moce. W różnych punktach cieczy temperatura natychmiast skacze do tysięcy stopni, a ciśnienie do kilkudziesięciu atmosfer. Bąbelki mogą wytwarzać najdrobniejsze promienie żądlące, które działają na twardą powierzchnię jak skumulowany pocisk niszczący zbroję! Stąd właśnie bierze się niesamowita moc nieważkich baniek.
Najczęściej są to niestety siły destrukcyjne. Tylko w nielicznych przypadkach zaczynają dzisiaj działać z pożytkiem - na przykład oczyszczają powierzchnię części, pomagają odsłonić naturalny wzór kamieni wykończeniowych i mieszają „niekompatybilne” płyny, takie jak benzyna i woda. Aby lepiej zwalczyć szkodliwą, niszczycielską kawitację i pełniej ją wykorzystać w dobrym celu, istnieje tylko jeden sposób – wniknąć głębiej w jej tajemnice.
Jaka jest różnica między bańką kawitacyjną a zwykłą? Co się dzieje w środku? Według jakich praw zachodzi w nim przemiana energii? Gdyby naukowcy znali dziś odpowiedzi na te pytania, spójrz, jutro superszybkie statki staną się rzeczywistością. Ale jak dotąd istnieje tylko wiele konkurencyjnych hipotez. A to oznacza, że inżynier nie jest w stanie z wymaganą dokładnością obliczyć nowej konstrukcji czy maszyny, w której chciałby okiełznać siły kawitacji.
Jak niewystarczająca jest jeszcze wiedza na temat tego zjawiska pokazuje ten przykład. Prawie pół wieku temu odkryto sonoluminescencję – świecenie cieczy pod wpływem ultradźwięków, a także reakcje sonochemiczne zachodzące dopiero pod wpływem naświetlania odczynników dźwiękiem. Obydwa te zjawiska są bardzo energochłonne i jedynie kawitacja może je wywołać. Efekty stały się swego rodzaju testem na kawitację. Jednak mechanizm i ich natura nadal pozostają tajemnicą.
Dlaczego kawitacja jest tak niedostępna? Jakie przeszkody stoją na drodze do jego tajemnic? Aby lepiej wyobrazić sobie przemiany zachodzące w bańce kawitacyjnej, należy najpierw uważnie monitorować, jak się ona rodzi, porusza, zanika, jednym słowem wszystkie etapy swojego życia.
Bańka kawitacyjna stała się jednym z głównych bohaterów filmów naukowych. Film został nakręcony na niezliczonych metrach taśmy w kilkudziesięciu laboratoriach na całym świecie. Ale niestety, nawet bardzo szybkie filmowanie nie jest w stanie nadążyć za momentami jego życia. Nasz bohater filmowy żyje tylko sto tysięcznych, a nawet milionowych części sekundy! Musimy również wziąć pod uwagę: rozmiar bąbelków to setne, tysięczne milimetra. Wreszcie kawitacja to nie jest powstanie jednego czy nawet tysiąca bąbelków w jednej chwili. W jednym centymetrze sześciennym tak zwanego pola kawitacyjnego pulsuje ich jednocześnie około miliarda! To nie przypadek, że jednym z pierwszych bohaterów kina holograficznego, gdy tylko pojawiło się ono w laboratoryjnej, eksperymentalnej wersji, znów była bańka kawitacyjna… A tajemnice nie zmalały.
Jeże in vitro
W nauce często bywa tak: do rozwiązania jakiegoś złożonego problemu, nad którym od lat borykają się najlepsze umysły, wyposażone w najbardziej zaawansowaną technologię, brakuje jakiegoś bardzo prostego pomysłu, jakiegoś elementarnego, niemal szkolnego doświadczenia. W problematyce kawitacji ten być może decydujący krok podjęli naukowcy z sektora fizyki chemicznej z Ogólnounijnego Instytutu Badań Naukowych Syntezy Organicznej.
Podczas gdy niektórzy badacze polegali na coraz bardziej zaawansowanym sprzęcie i najnowszych metodach rozwiązywania niezwykle złożonych układów równań różniczkowych dotyczących ruchu pęcherzyków, specjaliści VNIIOS poszukiwali niefrontalnego, obejścia problemu. Jaki był ich zamierzony manewr? Argumentowali coś takiego. Pęcherzyki kawitacyjne są trudne do wyraźnego dostrzeżenia ze względu na ich małe rozmiary i wyjątkowo krótką żywotność. Zależy to od częstotliwości oscylacji wzbudzających kawitację. Gdyby naukowcom udało się uzyskać kawitację, powiedzmy, przy częstotliwościach 10–100 Hz, według obliczeń pęcherzyki mogłyby żyć przez dziesiąte części sekundy i mieć rozmiar do centymetra. Wtedy mogliśmy zobaczyć naszego filmowego bohatera z naprawdę bliska.
Czy ten prosty pomysł naprawdę nigdy wcześniej nikomu nie przyszedł do głowy? Oczywiście, że przyszła. Było wiele prób. Artykuł z wynikami ostatniego z nich, którego podjęli się amerykańscy badacze, leżał na stole szefa sektora, M. A. Margulisa. I nie ma w tym nic pocieszającego. Po raz kolejny otrzymano potwierdzenie zwykłego punktu widzenia: kawitacja jest zjawiskiem progowym, to znaczy występuje od określonej częstotliwości i częstotliwość ta jest obliczana, niestety, w kilohercach... A jednak coś zmusiło oczywiście nieudany eksperyment do powtórzenia. Kierowało nim zarówno dobry gniew na nierozwiązywalny problem, jak i pasja badawcza, wytrwałość i intuicja.
Przeprowadzenie eksperymentu nie było dla Amerykanów trudne. Schemat był prosty: do naczynia z cieczą zanurza się oscylacyjny pręt, a spektrometr w przypadku wystąpienia kawitacji powinien rejestrować jarzenie. Wszystko zostało zrobione tak jak należy - nie ma to jak kawitacja. Próbowaliśmy zwiększyć amplitudę drgań pręta, twierdząc, że wzbudzenie stanie się intensywniejsze. Ultraczuły spektrometr jest cichy. Wzmaga się wrzenie i turbulencja cieczy, ale nie ma rozciągania. Ciecz wydaje się zbyt elastyczna; choć wiruje, to jednak udaje jej się opłynąć wokół wolno oscylującego pręta. Konieczne jest jednak, aby odczuwała wibracje pręta tak, jakby były uderzeniami. Jak to osiągnąć?
Wystarczyło wykluczyć przepływ wokół oscylującego pręta i odkryto kawitację o niskiej częstotliwości
Nowy eksperyment został przeprowadzony przy użyciu sprzętu, który prawdopodobnie znalazłby się nawet w szkolnej sali fizyki: probówki, stojaka, pręta wyrzeźbionego z pleksiglasu, 25-watowego głośnika, starego wzmacniacza lampowego... To jedyna subtelność - pręt oscylacyjny w postaci tłoka wykonano tak, aby szczelina ze ściankami probówki wynosiła zaledwie jedną dziesiątą milimetra. Jednocześnie ciecz nie mogła już przepływać wokół pręta tak łatwo jak wcześniej.
Generator dźwięku jest włączany przy częstotliwości 90 Hz. M. A. Margulis tak mówi o tym, co wydarzyło się później:
Przez minutę nie zauważyliśmy niczego szczególnego. Następnie na niewielkim obszarze przy ściance probówki wypełnionej cieczą pod drgającym tłokiem pojawiły się małe kuliste pęcherzyki. Ich liczba szybko rosła. Utworzyły duży skrzep, który wyglądał jak jeż. Jeż wyraźnie pulsował. Zaczęli stopniowo zwiększać częstotliwość. Przy częstotliwości 200 Hz i wyższej udało się stworzyć dwa lub nawet więcej niezwykłych jeży. Urodzili się w różnych częściach probówki. Od czasu do czasu zbliżały się do siebie, łączyły, a następnie rozbijały się z trzaskiem. Od razu można było zauważyć, że jeże nie wyglądają jak konglomeraty – skupiska pojedynczych pulsujących bąbelków, ale są to duże bąbelki o dziwacznych kształtach…
Ale nie wszystko udało się uchwycić gołym okiem. Naukowcy wykorzystali swoje zwykłe narzędzie - szybkie filmowanie. Odtworzyliśmy nagrany film, ale... nie znaleźliśmy żadnych jeży. Występy, raczej grube procesy, misternie zakrzywione macki, które zdawały się wystrzeliwać z ciała dużej bańki, wcale nie przypominały igieł uroczego mieszkańca lasu. Naukowcy nadali temu niezwykłemu stworzeniu bardziej prozaiczną nazwę - duża zdeformowana bańka (w skrócie BDP). Na ekranie można było zobaczyć, jak małe, przezroczyste, kuliste bąbelki odrywały się od BDP i wracały.
Co to było? Kawitacja generująca temperatury tysiąca stopni i kolosalne ciśnienia? A może jakieś nowe zjawisko zaobserwowane po raz pierwszy? Aby to sprawdzić, jak już wiemy, służą specjalne testy, rodzaj papierka lakmusowego, które ujawniają kawitację - reakcje dźwiękowo-chemiczne i świecenie cieczy.
Przełamywanie barier
Już w pierwszym eksperymencie testowym dźwięki o niskiej częstotliwości z łatwością wywołały reakcję łańcuchową polegającą na przekształceniu kwasu maleinowego w kwas fumarowy. Wątpliwości wciąż pozostały – choć reakcja ta uchodzi w środowisku chemików za złożoną i kapryśną, to do jej zainicjowania potrzeba stosunkowo niewielkiej ilości energii. Kiedy jednak w laboratoryjnej probówce żelazo dwuwartościowe zamieniło się w trójwartościowe, kiedy cząsteczki wody zaczęły się w nim rozszczepiać jak orzechy pod młotkiem, nie było już dwóch zdań – wzbudziła się prawdziwa kawitacja. Początkowo sami badacze nie mogli uwierzyć własnym wynikom. Jednak wielokrotne kontrole potwierdziły, że reakcje dźwiękowo-chemiczne można przeprowadzić już przy częstotliwości dźwięku 7 Hz, a niektóre roztwory zaczęły świecić już przy 30 Hz.
Mówimy o odkryciu, które można nazwać gorącym. Badania nad kawitacją niskich częstotliwości dopiero się rozpoczęły.
Jednak już od pierwszych dni przynoszą ciekawe efekty. Na przykład, gdy tylko naukowcy zobaczyli BDP na własne oczy i przekonali się, że dochodzi do kawitacji, jedna z najbardziej autorytatywnych teorii kawitacji upadła. Uważano, że na powierzchni powstającej bańki kawitacyjnej powstają przeciwne ładunki. W pewnym momencie następuje awaria elektroniki. Stąd duże wydzielanie energii, świecenie i inicjowanie najtrudniejszych reakcji chemicznych. Jedynym warunkiem takiego rozwoju sytuacji jest to, że bańka kawitacyjna musi mieć… nieskazitelnie prawidłowy kształt soczewki. Jak wiemy, na ekranie badacze zobaczyli raczej roślinę o fantastycznych kształtach.
„Rozumiem” nie tylko do teorii elektrycznej, ale także do innej - termicznej teorii kawitacji. Brzmiało ono: w procesie gwałtownego sprężania i zapadania się pęcherzyka kawitacyjnego mieszanina par i gazów podgrzewana jest do temperatur tysięcy stopni. Jednocześnie w naturalny sposób zaczyna świecić jak żarnik zwykłej żarówki, a temperatura plazmy rozszczepia cząsteczki i inicjuje najbardziej niesamowite reakcje chemiczne. Jednak teraz, w wyniku dokładnych badań, ustalono: sonoluminescencja to ten sam zimny blask, co świetliki migoczące w nocy.
Prawie każdy nowy eksperyment pokazywał znaną już kawitację pod nieoczekiwanym kątem i ujawniał jej niezwykłe zdolności. Załóżmy, że niszczycielska siła kawitacji o wysokiej częstotliwości była dobrze znana. Potrafi w ciągu kilku minut zmienić gładką powierzchnię metali w szorstką, odłupując dość duże cząstki. Natomiast kawitacja o niskiej częstotliwości okazała się subtelną i delikatną bronią. Nie było jej trudno wygładzić i wypolerować nawet najbardziej chropowatą powierzchnię, wybijając jedynie mikroskopijne cząsteczki metalu.
Kawitacja o niskiej częstotliwości pozwala łatwo i szybko przygotować emulsje z cieczy niemieszających się w normalnych warunkach, rozdrobnione stałe granulki zanurzone w cieczy, uruchamiając najbardziej energochłonne reakcje chemiczne... Oczywiście, kawitacja ultradźwiękowa o wysokiej częstotliwości może to wszystko zrobić. Ale do jego stworzenia, jak wiadomo, potrzebny jest specjalny sprzęt, generatory. Teraz podłącz źródło oscylacji do sieci zasilającej Twoje domowe radio, a wszystkie przydatne możliwości kawitacji będą do Twojej dyspozycji. Załóżmy, że trzeba z największą starannością i szybkością mieszać substancje w reaktorze chemicznym o pojemności kilku cystern kolejowych. To zadanie najzwyklejsze, wspólne dla przemysłu chemicznego, farmaceutycznego i mikrobiologicznego. Tradycyjne rozwiązanie: mieszalnik to coś w rodzaju śmigła lub ślimaka, wykonanego z najdroższych, chemoodpornych stopów. Można też zainstalować w reaktorze proste źródło oscylacji i podłączyć je do zwykłego gniazdka sieciowego – efekt, jak pokazują obliczenia, będzie jeszcze lepszy.
Jest mało prawdopodobne, aby ktokolwiek dzisiaj był w stanie przewidzieć różne praktyczne zastosowania „drugiego” odkrycia kawitacji. Na razie jedynie toruje drogę do głębszego zrozumienia tego ciekawego zjawiska i obala bariery, które od wielu dziesięcioleci stoją na drodze badaczy. Zrozumienie prawdziwego mechanizmu kawitacji oraz tego, jak i gdzie powstają jej niezwykłe siły, dopiero nadejdzie. A za nim, jak to zawsze w nauce bywa, kryją się przed inżynierem, projektantem, technologem nowe możliwości, których dziś nie sposób przewidzieć.
L. GALAMAGA, inżynier-fizyk
Rysunki A. MATROSOVA
Treść artykułu
KAWITACJA, powstawanie pęcherzyków gazu w cieczy. Termin wprowadzono ok. 1894 przez brytyjskiego inżyniera R. Froude'a. Jeśli ciśnienie w dowolnym punkcie cieczy zrówna się z ciśnieniem pary nasyconej tej cieczy, wówczas ciecz w tym punkcie odparuje i powstanie pęcherzyk pary. Przykładem jest wrząca woda. Gdy woda jest podgrzewana, wzrasta prężność pary nasyconej. Po osiągnięciu temperatury wrzenia ciśnienie pary staje się równe ciśnieniu otoczenia, a w wodzie pojawiają się pęcherzyki pary.
Pęcherzyki pary łatwiej tworzą się w cieczach pod obniżonym ciśnieniem. Kiedy ciśnienie otoczenia staje się większe niż ciśnienie pary nasyconej cieczy, pęcherzyk kawitacyjny zapada się z siłą. Takie zapadanie się pęcherzyków powoduje hałas, powoduje wibracje i uszkodzenia konstrukcji oraz niekorzystnie wpływa na pracę powiązanych maszyn i mechanizmów. Lokalny spadek ciśnienia w cieczy następuje przy szybkim względnym ruchu ciała i cieczy.
Prawo Bernoulliego.
Zgodnie z prawem Bernoulliego w płynie bez tarcia energia wzdłuż linii prądu jest stała. Można to wyrazić równością
Gdzie P- ciśnienie, R– gęstość i w- prędkość. Indeksy dolne 0, 1 i 2 odnoszą się do dowolnych trzech punktów na danej linii prądu.
Z tej równości wynika, że wraz ze wzrostem prędkości lokalne ciśnienie maleje (proporcjonalnie do kwadratu prędkości). Każda cząsteczka cieczy poruszająca się po zakrzywionej linii opływu, np. otaczająca profil (ryc. 1), ulega przyspieszeniu i ulega lokalnemu spadkowi ciśnienia. Jeśli ciśnienie spadnie do ciśnienia pary nasyconej, następuje kawitacja. Jest to mechanizm odpowiedzialny za zjawisko kawitacji na wodolotach, śmigłach, łopatkach turbin i łopatkach pomp.
W przypadku cieczy przepływającej przez rurę, zgodnie z zasadą zachowania masy (równanie ciągłości), prędkość cieczy wzrasta w miejscach zwężeń rury, gdzie możliwa jest również kawitacja.
Współczynnik kawitacji.
Zjawisko kawitacji jest dokładnie takie samo dla przepływu opływającego ciało nieruchome i dla ośrodka, w którym ciało się porusza. W obu przypadkach ważna jest tylko prędkość względna i ciśnienie bezwzględne. Zależność pomiędzy ciśnieniem i prędkością, przy której zachodzi kawitacja, określa się za pomocą kryterium bezwymiarowego S, który nazywany jest współczynnikiem kawitacji (liczbą kawitacji) i jest określany przez wyrażenie
Gdzie p w– prężność pary nasyconej cieczy w danej temperaturze.
Rodzaje kawitacji.
Na ryc. Rysunek 2 przedstawia kawitację na nieruchomym wodolocie, sfilmowaną w szybkiej rurze hydrodynamicznej. Przy określonej prędkości przepływu wody lokalne ciśnienie na powierzchni skrzydła spada do ciśnienia pary wodnej. Na powierzchni skrzydła pojawiają się wnęki kawitacyjne. Pęcherzyki rosną, poruszając się w kierunku przepływu. (Ponieważ pęcherzyki tworzą się blisko powierzchni skrzydła, mają one kształt półkuli.) Ten typ kawitacji nazywany jest niestabilną (niekontrolowaną) kawitacją pęcherzykową. Jeśli na powierzchni znajduje się jakiś występ, wówczas bąbelki skupiają się na nim. Taka kawitacja stacjonarna jest również pokazana na ryc. 2.
Kawitacja może wystąpić w strefie wirów, które tworzą się w miejscach zwiększonego ścinania i niskiego ciśnienia. Kawitację wirową często obserwuje się na krawędzi natarcia wodolotów, na krawędziach natarcia łopat i za piastą śmigła. Możliwe jest jednoczesne występowanie różnych typów kawitacji. Na ryc. Rysunek 3 przedstawia śmigło morskie z kawitacją wirową na krawędziach natarcia łopat, stacjonarnymi wnękami kawitacyjnymi na powierzchni łopatek i dołączoną kawitacją wirową za piastą. Kawitację w cieczy wywołaną falą dźwiękową nazywamy akustyczną.
Kawitacja i technologia.
Prędkość przepływu zwykle znacznie maleje na tylnej krawędzi profilu. Tutaj ciśnienie staje się wyższe niż ciśnienie pary. Gdy tylko znikną warunki sprzyjające kawitacji, pęcherzyki natychmiast się zapadają. Energia uwalniana podczas zapadania się pęcherzyków jest dość znacząca.
Erozja.
Duża energia rozproszona podczas zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych może prowadzić do uszkodzeń powierzchni konstrukcji podwodnych, śmigieł, turbin, pomp, a nawet elementów reaktora jądrowego. Skala tego zjawiska, zwanego erozją hydrauliczną, może być różna, od punktowej erozji powierzchniowej po wielu latach eksploatacji po katastrofalną awarię dużych konstrukcji.
Wibracja.
Kawitacja na śrubach napędowych może powodować okresowe wahania ciśnienia działające na kadłub statku i elektrownie. Wibracje kawitacyjne statku stwarzają niekomfortowe warunki dla pasażerów i załogi.
Wydajność i szybkość.
Kawitacja może znacznie zwiększyć opór hydrodynamiczny, powodując spadek wydajności urządzeń hydraulicznych. Nadmierna kawitacja śmigła może zmniejszyć ciąg śmigła i ograniczyć maksymalną prędkość statku; Kawitacja może również powodować spadek wydajności turbiny lub pompy, a nawet awarię jej pracy.
Hałas.
Część energii uwolnionej podczas zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych zamieniana jest na fale dźwiękowe. Taki hałas jest szczególnie niepożądany na okrętach wojennych, ponieważ zwiększa prawdopodobieństwo wykrycia.
Ogólnie rzecz biorąc, kawitacja jest niepożądana (w zastosowaniach morskich i turbopompowych). Ale w niektórych przypadkach jest to spowodowane celowo. Przykładem jest hydrauliczny monitor kawitacyjny. Duża energia uwalniana podczas zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych w strumieniu wody jest wykorzystywana do wiercenia (w wyniku erozji) skał i do obróbki powierzchni.