Почему кавитация вредит гоночному автомобилю, но не опасна для обычного?

Кавитация — это паразитное физическое явление, которое обычно ассоциируется с системами, работающими в воде. Оно обычно сопоставляется с чем-то типа бурления пузырьков и кажется, что оно абсолютно безобидно. Но если вы, например, посмотрите на старый гребной винт, то следы от воздействия кавитации вас неприятно удивят. При этом логично, что есть вода вокруг — есть кавитация. Корабль плывёт по морю и это прекрасная среда для проявления эффекта.

Но оказывается явление возникает везде, где есть жидкость. Например, в насосах (водяных и даже масляных). Выглядит это так, как будто крыльчатка насоса перемещала отнюдь не мягкую и податливую жидкость, а что-то типа мелкого гравия. Вся поверхность изъедена и порой это достигает таких масштабов, что деталь полностью теряет изначальную форму.

Явление возникает, когда происходит резкое падение давления в жидкости. Понижение давление означает и падение температуры кипения. Это приводит к мгновенному закипанию жидкости. В результате образуются микроскопические пузырьки газа, которые затем схлопываются. Процесс схлопывания сопровождается возникновением мощной ударной волны, которая, при многократном повторении, способна нанести серьезный ущерб материалу, из которого делаются лопасти. Важно обратить внимание именно на многократные воздействия ударной волны от схлопываний, а не температуры.

При вращении гребного винта создается разница давлений между двумя сторонами лопастей. Высокое давление с одной стороны и низкое с другой. Именно эта разница давлений обеспечивает движение судна вперед. Чем быстрее вращается винт, тем больше становится перепад давления. Как только давление на стороне с низким давлением достигает точки кипения воды, начинается процесс кавитации. Аналогичный процесс происходит и в водяном насосе, хотя его описание может быть несколько сложнее. Крыльчатка водяного насоса также создает разницу давлений. И когда этот перепад давления становится достаточно большим, возникает кавитация.

Кавитация довольно редкое явление в современных двигателях. Это связано с тем, что в процессе разработки они подвергаются тщательным испытаниям, позволяющим выявить и устранить риски возникновения кавитации. Однако, в специализированных областях, таких как автоспорт, кавитация в насосах охлаждающей жидкости встречается значительно чаще.

В гоночных двигателях часто значительно увеличивают максимальные обороты, чтобы добиться большей мощности. Это, в свою очередь, приводит к ускоренной работе всех вспомогательных устройств, включая и насос охлаждающей жидкости. В результате возникновение кавитации становится вполне вероятным и даже ожидаемым.

Для решения этой проблемы часто используют понижающие шкивы. Это подразумевает установку зубчатого колеса (шкива или шестерни) большего размера на вал насоса, чтобы уменьшить скорость его вращения. Этот метод имеет свои недостатки, так как при низких оборотах жидкость (как масло, так и охлаждающая жидкость) может недостаточно быстро циркулировать, что может привести к перегреву двигателя или масляному голоданию.