无标题

来源: 果壳商业科技传播部出品

发布日期: 2021-10-23

本文探讨了船底的颜色及其防污技术,介绍了藤壶对船舶的危害及其清理方法,重点介绍了空化射流技术在船底清洗中的应用,以及军事科技如何转化为民用技术提升生活质量。

车底是黑色的阿杜知道,那船底的颜色谁知道?

和煦的阳光,明媚的海风,白色的浪花,蓝色的甲板……这大概是许多人梦中都会出现的浪漫场景,当自己和爱人躺在邮轮的甲板上,什么烦恼都没有了。

但每当午夜梦回睡不着觉想东想西的时候,你大概也开始思考奇怪的问题——多晒太阳好不好?海风怎么是腥的?人掉进浪花会怎么样?船底又是什么颜色?

吃水线以下,是“夺命”的色彩。要说轮船的船底是什么颜色,这个答案好像就在嘴边,乍一想,要说蓝色其实跟咸咸的海水颜色也挺搭?但如果看到下面这张图片时,你会突然反应过,之前见到的所有船底几乎都是红色。

这种亮眼的红色并不是为了把骚气拉满,而是为了让船在漫长的海上生涯里保命。因为当一艘远洋船只在咸水中乘风破浪时,会吸引植物、藤壶以及食木蠕虫聚集在船身上。

就拿藤壶来说,这种节肢动物靠体内分泌的胶体产生附着力,然后开始发育成熟,最终成片成团地永久性粘接在船底。也许你还记得《加勒比海盗》中最残酷刑罚之一——“拖龙骨”,就是把水手拖在水中,用船底坚硬锋利的藤壶摩擦他的身体。

藤壶这些“寄生虫”不仅让杰克船长胆战心惊,船自己其实更怕这种寄生生物。有研究就发现,船壳上每形成1毫米的黏膜,航行阻力就会增加80%,航速会降低15%。而且,大量的水生生物附着会导致船舶燃料成本激增,每年大约增加数十亿美元,甚至导致船泊故障、停运等更严重的损失。这些脏东西最终会使船舶的结构完整性发生恶化,甚至造成船的损坏倾覆。

辛辛苦苦造的船,当然不能被这些蛀虫给害了。其实人类船舶防污已经有了将近2000多年的历史,早期的大型帆船会在船底覆盖有毒的涂料如氧化汞、铜、砷等化合物,以此作为生物杀灭剂保护其免遭藤壶们的侵害,而氧化亚铜就是那一抹亮丽的红色。

今天的船底涂料有了很多环保、低毒的新选择,但大多数时候依然保持了曾经的经典红色。

虽然有了“杀虫剂”,但是依然抵不住海底生物的“壳海战术”。

当它们里三层外三层包裹住船底的时候,可以达到每平方米17kg的夸张密度,在热带、亚热带摄氏25℃以上海水中,附着于抛锚船舶船壳的藤壶14~20天就能长到10mm高,这时就只能定期手工清洁船底了。但当这些坚硬的生物长大成虫后,就像船身自己长了一层铠甲那样坚不可摧。有研究就通过建模分析了藤壶附着力以及清理方式,发现只有当提供的外力(清除力)达到180 N时,模型中的藤壶才有被清除的趋势。

当理论变成现实,传统的清理方式就是人手一支铁铲或电动钢刷开始“刮刮乐”,不仅费时费力,而且收效见微。

船在海里漂,哪能不挨“刀”?不仅有藤壶的威胁,还可能会“自伤”。1915年,一艘驶入大西洋试航的“德林号”鱼雷艇在螺旋桨达到最大转速时,船桨突然失灵,海水也被卷起了层层泡沫,回到基地时才发现船桨就像被刀砍过一样破烂不堪。人们追根溯源,才发现原来螺旋桨在正常工作时,会产生大量的气泡,当气泡在固体壁表面附近湮灭时,就会造成舰艇的金属表面被气蚀损坏,造成严重的安全威胁。

100多年前的人们还对这种拥有强大毁灭力的气泡原理一知半解,但今天在流体力学领域,这种现象已经被总结为“空化”——是由于液流系统中的局部低压使液体蒸发而引起的微气泡(或称为气核)爆发性生长现象。

有研究还发现,空化泡在破裂瞬间产生的压强可以达到环境压强的1000倍以上,破坏力极强。

基于这个从海军舰艇发现的“空化效应”,人们进一步研究发现了“空化射流技术”——可以通过控制压力、流速等参数使水流束经过空化喷嘴时产生大量的空化泡,利用空化泡在材料表面狭小区域内溃灭产生高强度的微射流冲击,不用把船捞出海,在海底水下就能高效、轻松地将船身表面附着的藤壶等生物和污垢层清洗掉,还能尽可能少地伤害船身漆面和防腐层,“船新”的清洁体验就在眼前。

这一次,方太联合中国百年船厂“上海江南造船厂”,邀请到了中科院力学研究所科学专家郭亮,以及中国造船学会首席专家田冰,一起讨论了空化效应以及那些为我们所用的具体实践。在江南船厂的现场,实验人员给我们展示了空化射流管冲击藤壶附着的木板效果,发现相比普通高压水枪,空化射流管冲击下的藤壶几乎已经被清洁干净了。

这么强劲的清洁力,如果只是用来洗船底是不是有点局限了?当格局被打开,我们就能开启一片全新的清洁“大陆”。在讨论过程中,专家们也提到源自海军的空化技术其实也可以被广泛民用,而方太就是为数不多的给水流加buff的厂家之一,通过在洗碗机的水流中加入空化气泡,实现了清洁力的提升。

此前,方太就和中科院一起进行了一系列的实验——在高速摄像机的捕捉下,普通水管的水流中几乎看不到黑色团状物;而拥有先收敛再扩张的独特结构设计的方太气泡洗水管内部,水流中则有大量的黑色团状物,即产生了大量空化气泡。

而且在电脑冲击力的记录下,发现高能气泡洗水流的冲击力不仅强劲,而且在高能脉冲的助力下,平均测力也比纯水流更高。当清洁力从根本上得到了提升,高能气泡和水管助力下的方太洗碗机可以用更少的水,实现更优秀的清洁效果。

30s喷水测试后,高能气泡洗水管喷出的水量为1037ml,而普通水管喷出的水量则为2111ml,前者大概是后者的50%。很明显,高能气泡洗更为省水。在具体洗碗过程中,高能气泡洗技术也没让人失望。面对一个让人想放弃的沾满锅巴的煲仔饭砂锅,方太洗碗机的超强洗模式就像对付船底那难搞的藤壶一样开始了奋力喷射,洗涤效果堪称炸裂,堪称厨房一绝。

方太能如此成功地将海军舰艇上用的清洗技术转化为千家万户厨房中的洗碗神将,其实过程并不简单,而是需要经过漫长的实验和开发,才找到了能在洗碗机内形成间隙稳定的空化泡,且实现了气泡在到达碗碟表面时达到破裂临界值的“最佳条件”。通过创新的结构件设计和流速的提高,巧妙地在强劲水流中注入大量空化气泡,借助空化气泡破裂的冲击力、剥离中式厨房顽固污渍的目的。

这么看起来,军事科技距离你我其实也并不是那么遥远,反而就可能隐藏在家常便饭的细节中。其实,你也早就用上了前沿军事技术。法国国防经济学家雷诺·贝莱斯博士在Technology and The Defense Industry一书中曾提到:国防需求本质是由科技驱动,并且以科技为中心的国防范式仍然被认为是21世纪解决安全挑战的最佳方法。

在这样的发展规则之下,也势必会涌现更多的科技机会,从而辐射到民用领域,提升人民的生活质量。

今天每个人每天都要冲的互联网,曾经是源自美苏冷战时期出现的用于互相监控卫星轨迹的ARPANET网络;今天能拍出美轮美奂广角大片的无人机,早在一战时期就是空中侦察、打击敌军的有力武器;当人类在天空中翱翔、登上地球最高的山峰,或在海风中扬起航帆时,都可以通过GPS技术立即知道他们的位置和确切时间,而GPS技术也源自美军当年对人造卫星进行测距、定位的研究……如果说曾经历史长河上出现的那些军事科技星光照亮了我们的今天,那么今天人类也依然在用那些成熟的军事技术,指明一个更好未来的方向。

那些被民用的军事技术在现代战争中,通信、雷达、导航、电子对抗、敌我识别等电子设备广泛应用,在军队集结地区、通信枢纽、指挥所和飞机、军舰、导弹等武器平台上配置的电子设备密度越来越大,很容易产生相互干扰。

同时,在民用领域各种电子设备精密计算机数字电路的使用也会产生类似的电磁干扰情况,因此在军事领域上非常成熟的“电磁兼容性”解决方案也被成功应用到了今天的汽车电子、机械设备、医疗仪器甚至灯具和家电等各产业中,让第三次工业革命更加稳步推进。

微波作为信号传递载体的一种,具有波长短、频率高、能穿透电离层等特点,容易制成具有体积小、波束窄、方向性强、增益性高等特性的天线系统,在军事上被广泛用于雷达、电子对抗之中,而今天微波混合集成电路也更多地被用于多芯片组件MCM发展,助力5G雷达、毫米波雷达的研发,构建一个万物互联的现代智能社会。

上面提到的,其实只是军事黑科技民用化的冰山一角,有太多曾经在沙场上立下赫赫战功的前沿技术,其实早已深埋在我们的日常生活之中。国防的本质由科技驱动,而科技也因国防需求而加速实现,在历史和实践的证明下,这是最好的科技提升之路。随着如今的国家富强、国泰民安,相信还会有更多的国防技术可以脱下“铠甲”,造福人民实现美好生活。

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