Кавитационные трубы

Кавитационные трубы служат для экспериментального изучения явления кавитации, преимущественно для испытания моделей кавитирующих винтов. Кавитация может возникать на подводных крыльях при скоростях около 100 км/ч, на перьях рулей, а при очень больших скоростях (порядка 100 уз) - даже на корпусах. Создать необходимые для моделирования кавитации условия в обычном опытовом бассейне трудно. Если говорить о кавитирующих гребных винтах, при моделировании, кроме равенства относительных поступей, требуется обеспечить равенство чисел кавитации Qк и, как показали исследования, также равенства количества растворенного в воде воздуха. Число кавитации определяется по формуле вида:

 ( 5.5 )

- местная скорость обтекания элемента лопасти, равная геометрической сумме поступательной и вращательной скоростей. Вместо нее в формуле может стоять поступательная скорость винта или какая-то иная. Чем меньше число кавитации, тем сильнее кавитация.
Кавитационная труба представляет собой замкнутую герметичную конструкцию, расположенную в вертикальной плоскости. В нижнем горизонтальном участке ее находится насос (импеллер), прокачивающий воду по трубе, в верхнем - модель, которая вращается специальным двигателем, а также шахта, в которой имеется свободная поверхность жидкости. Давление в шахте регулируется: оно может понижаться, а в некоторых случаях - повышаться, чтобы получить требуемое число кавитации. Чтобы изменить числитель в формуле (5.5), можно изменять температуру воды, например подогревать ее. Число кавитации регулируется также путем изменения скорости потока.
Для обеспечения равномерности потока в трубе устанавливают направляющие и спрямляющие устройства, например сотовый выпрямитель в виде ячеек, способствующих устранению закручивания потока и выравнивания скоростей по сечению трубы. Имеются устройства для увеличения скорости потока в месте установки модели, чтобы при кавитации на ней не было кавитации насоса. Предусмотрены люки и окна для монтажа модели и наблюдения за развитием кавитации; стробоскопическое устройство (создающее вспышки регулируемой частоты) позволяет как бы остановить вращение модели для наблюдений и фотографирования.
Во время испытаний измеряют скорости потока в разных точках в диске модели винта, а также частоту вращения, упор и крутящий момент. По результатам испытаний строятся кривые действия при различных значениях числа кавитации. Если для некавитирующих винтов строятся диаграммы, объединяющие результаты испытаний серии моделей, то для кавитирующих винтов диаграммы можно построить только для определенного числа кавитации, т.е. их должно быть несколько для одной серии моделей. Вместо диаграмм нередко используют кривые действия, относящиеся к одной модели при разных числах кавитации.