När en propeller når sin gräns är det sällan materialet som brister. Istället bildas ett lager av små ångbubblor runt bladets yta, och båten tappar dragkraft trots att motorn varvar högre. Fenomenet kallas kavitation och begränsar effekten långt innan bladet riskerar att brytas.
Fysiken bakom är enklare än man kan tro. När bladet snurrar skapar det ett tryckfall på sugsidan, den sida som pekar framåt i rotationsriktningen. Om trycket sjunker under vattnets ångtryck börjar vattnet koka redan vid normal temperatur. Resultatet blir bubblor som följer bladet, kollapsar och tar med sig energi som skulle gått åt till framdrift.
Trycket sjunker snabbast där bladet är tunnast
Sugsidan på ett propellerblad liknar en vingprofil. Vattnet accelererar över den krökta ytan, och enligt Bernoullis princip faller trycket när hastigheten ökar. På extrempunkten, vanligtvis strax bakom framkanten, kan trycket sjunka under omkring 2 300 pascal, vilket motsvarar ångtrycket vid rumstemperatur.
Det innebär att geometrin avgör när kavitationen startar. Ett tunt blad med stor krökning skapar kraftigare tryckfall än ett tjockt, flackt blad. Därför är moderna propellrar ofta aningen tjockare än vad enbart hållfasthetskraven skulle kräva. Det är sånt man får lära sig om man väljer en riktig firma, så som Propellerteknik.
Varför bubblorna tar effekt även när de inte rör bladet
En vanlig missuppfattning är att kavitationen skadar först när bubblorna kollapsar mot metallytan. Men redan närvaron av ånga i vattnet förändrar strömningen. Vattnet som skulle skjuta bakåt möter istället ett blandat medium med lägre densitet, och tryckskillnaden som driver framdriften minskar.
När bubblorna väl kollapsar sker det med extremt höga lokala tryck, upp mot 10 000 atmosfärer under mikrosekunder. Det sliter bort mikroskopiska partiklar från ytan och skapar gropar som växer över tid. Men även innan skadan syns har effektförlusten blivit märkbar.
Designgränsen ligger långt under materialets brottgräns
Ett propellerblad i rostfritt stål eller manganbrons klarar belastningar på flera hundra megapascal innan det deformeras permanent. Trots det räknar konstruktörer med att kavitationen sätter stopp redan vid en tiondel av den nivån, mätt i termer av tillgänglig effekt.
Anledningen är att kavitationen startar vid ett visst varvtal och belastning, ofta långt innan bladet utsätts för maximal böjspänning. När väl bubbelfältet etablerat sig tappar propellern så pass mycket dragkraft att fartyget inte når högre hastighet, oavsett hur mycket märeffekt motorn levererar.
Varför superkaviterande propellrar går in i bubblorna istället för att undvika dem
Vid extremt höga hastigheter, vanligen över 50 knop, övergår konstruktörer ibland till superkaviterande design. Hela bladet omsluts då av en enda stabil ångbubbla som följer konturen. Profilen blir kilformad med en mycket tunn framkant, och tryckfördelningen ser helt annorlunda ut än på en konventionell propeller.
Nackdelen är sämre verkningsgrad vid låga hastigheter och kraftigt ökad risk för erosion om designpunkten inte träffas exakt. Tekniken används främst i militära snabbåtar och racingbåtar där toppfarten väger tyngre än bränsleekonomi.
Hur djupet förändrar kavitationsgränsen
Samma propeller som kaviterar i ytläge kan fungera utmärkt på fem meters djup. Vattentrycket ökar med omkring 10 000 pascal per meter, vilket ger betydligt större marginal innan trycket når ångtrycket. Det är en av anledningarna till att undervattensfarkoster kan använda högre belastade propellrar än ytgående fartyg.
För en båt med propellern strax under ytan räcker det med en meters sjögång för att periodvis exponera bladet för nästan atmosfärstryck. Vid sådan intermittent kavitation kan skadorna bli värre än vid stabil kavitation, eftersom bubblorna kollapsar oregelbundet och med varierande intensitet.
Materialet påverkar när skadan syns, inte när effekten försvinner
Rostfritt stål, aluminiumbrons och nickel-aluminiumbrons skiljer sig åt i hårdhet och korrosionsbeständighet. Men alla börjar kavitationera vid ungefär samma driftspunkt, eftersom det är tryckfördelningen runt bladet som avgör. Materialvalet påverkar däremot hur snabbt erosionen utvecklas när bubblorna väl kollapsar.
Vissa kompositmaterial kan bära en tunnare beläggning av elastisk polymer som …

Det är sant att det finns en tillverkare som tillverkar gräsklippare med namnet Ferrari.
