空泡的神秘力量

提到“空泡”，最先想到的可能是童年時吹出的泡泡，柔和美麗充滿夢幻，很難讓人將“殺傷力”“致命”與空泡聯繫到一起。實際上在生活中很多地方都有“空泡”身影，並且它還是上能威脅設備安全，下能作為“武器”進行捉魚的存在。

日常生活中的很多現象都跟空泡有關。例如，使用膠錘重擊裝滿啤酒的玻璃瓶頂部，玻璃瓶底部被擊碎，實際上是玻璃瓶底部發生空化現象，空泡內水蒸氣重新冷凝收縮，産生極大的壓強。當我們掰手指或者彎曲膝蓋的時候，關節發生咔咔的響聲不是關節錯位或者摩擦産生的響聲，而是關節腔內的關節液在扭動關節時，腔內由於壓強變低産生空泡，空泡破滅時發出的聲音就是我們聽到的咔咔聲。

空泡是指液體中由於局部壓力降低到飽和蒸汽壓以下，導致液體內部汽化産生的氣泡，當這些空泡流動到壓力較高的區域時，它們會迅速塌縮（空泡閉合或潰滅），這個過程伴隨著一系列的瞬態物理效應，包括：高溫、高壓、放電、放光、激震波。空泡塌縮會造成的類似于爆炸的高壓，甚至能達到100000個大氣壓，1994年11月美國全國聲學會議上，有研究人員用精細模型計算出空泡潰滅時的溫度可以達到　2000000K，這個溫度是聚變熱核反應所需溫度的一半，足見空泡所蘊含的威力。當然，單個空泡不足為造成威脅，但是不管在自然界中還是工程上，空泡基本都是成群出現，此時就有可能出現“致命”的情況。

日本H－2火箭在發射過程中，發動力推力不足導致火箭空中解體，最後調查發現主要原因是非穩態的空泡引起了軸流泵誘導輪的振動破壞，導致發動機推進系統效率降低。螺旋槳一般是艦船上最堅硬的部件之一，螺旋槳在高速旋轉時槳葉背部壓力降低，産生大量空泡，在周圍海水的高壓下又急劇壓縮潰滅，産生的衝擊波和射流致使螺旋槳表面剝蝕和損傷。

除了工程領域，自然界中也有許多現象與空泡相關。手槍蝦體長一般只有5釐米，但其巨螯在迅速合上時可以噴出超30m／s的高速射流，射流産生的空泡能夠擊暈或者殺死獵物。有報道稱，海豚游動的速度限制主要是由於尾鰭産生的空泡潰滅讓它們感覺到疼痛，而金槍其暫態最高時速其至能夠達到160Km／h。

凡事皆有兩面，有弊必有利。水的密度遠遠大於空氣密度，空中飛行和水下航行時流體阻力相差很大，研究人員利用空化現象，在一定條件下形成完全包圍航行體的超空泡，使航行體接觸的主要介質變為氣體，進而實現減阻提速目的。如俄羅斯的暴風雪超空泡魚雷，它利用超空泡減阻技術實現了100m／s航速，改寫了傳統水下航行體航速在25m／s左右徘徊半個多世紀的局面。（航太三院　楊志勇）