小石头，大神通

● 文/马娟娟

上一期，我们讲到法国“戴高乐”号航母和英国航母的螺旋桨都发生过断裂的情况。那么，航母的螺旋桨为什么会断裂呢？人们是如何对螺旋桨进行改良的？小石头在其中又发挥了什么重要作用呢？

马娟娟，中国科普作家协会科普教育专委会副秘书长、国防科普委员会委员、海军首部征兵宣传片《纵横四海 勇者无界》编导，长期根植于国家安全、海洋与国防科普传播一线。

蓝铜矿与孔雀石“共生”

自然铜

特殊的合作

要制造出合格的螺旋桨，首先要解决材料问题。看似温柔的海水，其含盐量高，腐蚀性很强。此外，海洋微生物、附着生物等也会加速螺旋桨的腐蚀。

防腐是舰艇制造中必须攻克的技术难关。什么材料能胜任航母螺旋桨耐腐蚀且强度高这个重任呢？这就要隆重请出石头家族的重要成员——自然铜！

自然铜是一种自然产出、非人工冶炼提取的纯金属矿物，铜含量高达99.9%以上，但在自然界中储量较少。当前，我国选冶铜矿物原料主要是黄铜矿、斑铜矿、孔雀石、蓝铜矿等。

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神通广大的铜并不是这两百年来才走入人类世界的。其实，人类与石头家族的铜交朋友的历史非常久远——铜是人类最早发现的金属之一，也是人类最早开始使用的金属元素。

人类文明发展史上先经历了红铜及青铜时代，后来进入铁器时代。为了提高硬度，古人在铜中加入了锡。这些古老的铜合金器物后来被长久埋入地下，因氧化而颜色变得青灰，因此被人们称为青铜，与之对应的那个时代就是青铜时代。商周时期，我国的青铜冶铸业发展到了巅峰。在世界范围内，我国的青铜器质量有着极高的水准。

我国开采、利用铜的历史悠久，但铜储量并不丰富。因此，科技人员呕心沥血，研究如何更好地将铜再生利用。

因为自然铜有很好的延展性、导热性、导电性和耐腐蚀性，所以被广泛地应用于制造武器、电缆、船舶和民用器具等。但是，用自然铜制造出的螺旋桨不耐磨。为了帮助铜完成好制造航母螺旋桨这个重任，石头家族团结一心，互相帮助，把合作的最大优势发挥出来。

比如，铜加锌就组成了新的合金——黄铜，既防腐又耐磨，成为很多船只螺旋桨的首选材料。然而，二战改变了黄铜螺旋桨的地位。二战期间，英、美之间的大西洋运输线被德国U型潜艇严重袭扰，损失惨重！为了在港口和近海对付德国潜艇，英国人大量制造“暴脾气、小块头”的鱼雷艇，可以携带德国U型潜艇的克星——鱼雷，并且为了提高鱼雷艇的速度，英国人在鱼雷艇上安装了大功率飞机发动机。然而，由于鱼雷艇的螺旋桨转速过快，空泡腐蚀非常严重。在当时，黄铜螺旋桨连100海里（相当于185.2千米）都跑不到，就被空泡腐蚀得直接断裂了。

二战后，随着航母的吨位越来越大，以及对速度的要求越来越高，黄铜制作的螺旋桨也暴露出了其他问题。比如，由于螺旋桨的速度不断提高，导致摩擦力增大，黄铜出现脱锌情况。一旦脱锌，腐蚀也会加剧，强度减弱。看来，黄铜也不是最佳选择。

于是，镍、铝等又加入了螺旋桨材料的改良中，人们发明了铝镍青铜。利用这种新的合金制造的螺旋桨不仅在耐腐蚀性和抗压强度上有了很大的提高，而且还可以降低噪声。现在，国际大型轮船和航母都普遍采用特种铜质合金钢。

黄黄铜铜螺螺旋旋桨桨

特种铜质合金钢螺旋桨

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空泡是一种具有巨大威力的气泡， 在自然界中可算得上是“武器”级的。螺旋桨叶片等所在湍急的水流中会产生大量的空泡，空泡溃灭会产生局部高能冲击，致使螺旋桨表面破坏，也能够诱发强烈的振动、噪声等问题。日本H2火箭就是由于非稳态空泡引起了振动破坏，最终导致了发射失败。螺旋桨空泡噪声也是潜艇隐蔽性中的重要问题。因此，在高速水动力学领域，空泡溃灭可以说是工程应用中的头号敌人。

螺旋桨表面的破坏

海军作为国际军种，要求系统作战能力更高、更强，不仅高度依托于国防科技与国防工业的强大，更依赖于具备胸怀大海、脚踏实地、仰望星空的国际视野的人才支撑。或许有一天，你也会成为千千万万国防科技工作者中的一员，制造大国重器，捍卫祖国安全与和平！

特殊的工艺

除了材料，航母螺旋桨的制造工艺要求也非常高，要求巨大的桨叶不能有空泡，其次要求桨叶表面非常光滑，甚至要达到微米等级，像玻璃一般平滑。为了实现划水的功能，桨叶还要具有非常严格的弯曲程度。在使用过程中，航母的螺旋桨不允许发生任何形变，因为形变会影响航母轨道的精准度，对舰载机的起降有很大干扰。此外，螺旋桨形变也会增加噪声。

这些复杂的制造工艺同样也需要优良的材料来支撑。因此，各国航母螺旋桨合金材质的配方都异常严格。这个配方可是重要机密呢！

通过螺旋桨，我们看到了其使用材料的发展过程，也看到了国防科技的发展历史。如果你能亲眼看到人民海军大名鼎鼎的双航母——威风凛凛的辽宁舰和中国第一艘自主研发的山东舰，就能体会到航母的螺旋桨有多壮观了。