Cele mai multe bărci cu motor, curse, sport și antrenament sunt echipate cu un arbore cu elice. Scopul mecanismului este de a crea o anumită putere datorită energiei primite de la motor. Forța este direcționată către proiecția presiunii persistente, permițând depășirea rezistenței apei la mișcarea vasului.

Istoria creației

Crearea elementului în cauză este atribuită lui Arhimede. Ca elice, un șurub de ridicare a fost propus să fie folosit de către Bernoulli în 1752. În ciuda acestui fapt, recunoașterea unității nu a venit imediat. Abia în 1836, inventatorul britanic F. Smith a scurtat spirala „Arhimedean” la o singură rundă.

Proiectarea a fost instalată pe navă cu o deplasare de 6 tone. Testele au avut succes, după care Smith a deschis o companie care a construit o navă cu o deplasare de 240 de tone. Nava era echipată cu o pereche de mașini de rulare (cu o capacitate totală de 90 de cai putere). Singurul șurub avea diametrul de doi metri.

Caracteristici de proiectare

Un arbore de elice este, în esență, un dispozitiv de propulsie cu jet care dezvoltă un accent orientat către masele de apă aruncate de lamele în direcția opusă mișcării mijloacelor de înot.

Designul butucului include un butuc cu lamele de tip elice așezate pe el. Compartimentul de legătură se numește rădăcina lamei. Suprafața orientată spre barcă este de aspirație, partea din spate este forțată. Punctul de contact al celor două suprafețe indicate este marginea lamei, trece de-a lungul conturului acesteia. Partea care privește în direcția de mișcare a lamei se numește marginea de intrare, opusă – ieșire. Suprafețele elicei sunt elemente de configurare complexă.

Parametri geometrici de bază

Următoarele sunt caracteristicile geometrice de bază ale elicelor pentru bărci:

1. Diametrul elementului (dimensiunea cercului descris de marginile lamelor cel mai îndepărtat de axa de rotație).
2. Pasul (distanța posibilului avans al dispozitivului într-o piuliță strânsă, nu în apă).
3. Numărul și lățimea lamelor.
4. Partea de rotație.
5. Zona elicei.
6. Grosimea și configurația lamelor.
7. Dimensiunea butucului în diametru.

Arbori de elice au pas diferit în diferite părți ale lamei. În acest caz, indicatorul principal este considerat parametrul mediu, măsurat în zona în care raza este de aproximativ 0,7 din dimensiunea totală. Numărul de lame este de două, trei sau patru bucăți. Este important de reținut că în direcția de rotație a șuruburilor se împarte în stânga și la dreapta.

Alte dimensiuni

Lamele sunt măsurate în lățime de la marginile de intrare și de ieșire la aceeași rază (cel mai adesea în punctul în care parametrul este 0,7 din valoarea totală). Caracteristica finală și funcționarea arborelui elicei este determinată de raportul discului (aria tuturor lamelor elicoidale la un plan perpendicular pe axa de rotație).

Secțiunile lame pot avea o configurație circulară, forma unei aripi de aviație sau un profil în formă de pană. Cele mai noi modele sunt operate pe nave de curse în special de mare viteză și cu curse cu motoare rotative. Pentru a asigura rezistența necesară a lamelor, cea mai mare grosime se face la rădăcină, scăzând spre sfârșit până când este ascuțită (de la 0,2 la 0,05 mm). Dimensiunea butucului în diametru este în intervalul 1,8-2,0 din diametrul șurubului.

Eficiența arborelui elicei

Șurubul, creând un accent, transformă într-o direcție utilă doar o parte din energia primită de la motor. Acest lucru se datorează costurilor inutile ale:

• flux de vârtej;
• forța de frecare;
• viraje create pe marginile lamelor și altele asemenea.

Drept urmare, parametrul de putere pe arborele elicei depășește întotdeauna același indicator dat mișcării mijloacelor plutitoare. Eficiența șurubului în raport cu puterea motorului este coeficientul de performanță (COP). Chiar și cu cele mai bune elemente, acest parametru nu depășește 1/3 din puterea unității de alimentare.

Calculul puterii

Eficiența elicei pentru barcă este influențată în principal de calculul corect atunci când alegem relațiile optime între puterea motorului, turația elicei, parametrii geometrici ai elementului și caracteristicile de viteză ale navei.

Calcularea acestor raporturi este destul de problematică. Acest lucru se datorează faptului că factorii subiectivi influențează indicatorii. Printre ele se numără:

• rezistența la apă la mișcarea unui mijloc de înot;
• caracteristici ale navei;
• magnitudinea fluxului care rulează pe lame.

Aranjarea sau construcția de bărci cu motoare în scopuri sportive și de curse de către sportivi sau echipe individuale se realizează conform calculelor simplificate. Acest lucru se datorează faptului că este aproape imposibil să se calculeze independent raporturile optime indicate mai sus.

descurcăreț

La bărcile turistice, a căror viteză nu depășește 20 km / h, elicele cu viteze de la 600 la 1200 de rotații pe minut arată rezultate bune. În consecință, cu cât este mai mare viteza și puterea mijloacelor de înot, cu atât va fi necesară o viteză mai mare a lamelor.

Navele sportive de dimensiuni medii vor avea nevoie de un arbore de elice mai mare. Cu o putere a bărcii de 30-75 CP și viteze de până la 50 km / h, numărul optim de elice este considerat a fi de 2-3 mii de rotații pe minut. În același timp, intervalul de numere favorabile de rotații scade cu o scădere a modului de viteză și o creștere a indicilor de putere. Pentru navele de curse de mare viteză cu viteze care depășesc 70 km / h, vor fi necesare arbori de elice cu rulmenți cu o intensitate de rotație de 4-5 mii de rotații pe minut.

cavitatie

Elicele rotative pentru curse și bărci sau bărci cu cea mai rapidă funcționare în condiții speciale. Acestea se caracterizează prin prezența apei clocotite pe aspirația frontală a lamelor. Acest fenomen se numește cavitație. În acest caz, lichidul se desprinde de suprafața elicei, formând un fel de goluri bubuite (caverne). Înrăutățesc în mod vizibil funcționarea șurubului, distrug deseori lamele și duc la uzura erozivă a garniturii arborelui elicei. Pentru a minimiza efectele negative ale cavitației, se folosesc elemente în formă de pană.

Dacă presupunem că șurubul nu funcționează în apă, ci ca un șurub într-o piuliță, ar fi logic să ne imaginăm mișcarea printr-o rotație a șurubului într-o singură revoluție. În practică, caracteristicile mediului lichid își fac ajustările, oferind mai puțină mișcare (mers).

Material de producție

Pe bărcile cu motor și bărci cu putere redusă, precum și pe motoarele exterioare, se montează adesea șuruburi cu ax de elice din aluminiu. În acest caz, secțiunea de rădăcină a lamei este făcută mai groasă decât cea a omologilor din aramă. Modificările din aluminiu sunt ușor de turnat, ușor de prelucrat.

Șuruburile din oțel turnat pe bărci cu motor de acest tip nu sunt utilizate datorită complexității fabricării lor. Uneori sunt utilizate versiuni din oțel sudat, butucurile lor fiind forjate. Elementele lamei sunt tăiate din tablă de oțel, marginile sunt ascuțite, partea este îndoită conform modelelor speciale. Piesele de lucru rezultate sunt sudate pe butuci, apoi prelucrate și verificate.

Pentru a stabili caracteristicile șurubului, verificați pasul lamelor, eliminați întoarcerea arborelui elicei și reconciliați alți parametri, măsurarea elementului fabricat este necesară. Aceasta se face după cum urmează:

1. Șurubul pregătit este așezat pe un plan egal (tablă de placaj sau tablă de desen) strict orizontal.
2. Butucul trebuie să coincidă clar cu centrul cercului desenat anterior pe placă, care are un diametru de aproximativ 0,7 părți din același index complet al elicei.
3. Folosind pătrate măsurați înălțimea marginilor situate strict deasupra cercului desenat.
4. Două puncte sunt notate acolo, din care au fost măsurate distanțele indicate.
   

Șuruburi cu șurub reglabile (VRS)

Pe bărcile moderne cu motor VRS, acestea sunt utilizate rar, deși există, fără îndoială, perspective pentru distribuirea lor ulterioară. Acest lucru se datorează faptului că posibilitatea de a schimba poziția lamelor vă permite să setați înainte, înapoi sau opriți fără a fi nevoie de motorul invers. În acest caz, transformarea valorii pasului asigură condiții optime de funcționare pentru șurub, ținând cont de mărimea încărcăturii, modul de viteză și alți factori.

Designul SRS este destul de simplu:

• un mecanism de transmitere a forței de la volanta de control la unitatea de control;
• hub;
• lame;
• bara rotativa;
• arbore gol.

Cel mai simplu design poate fi utilizat pe vehiculele de înot de dimensiuni medii, cu motoare cu o capacitate de 70-100 de cai putere, cu un prag de viteză de până la 25-30 km / h.

SRS îmbunătățit au o acționare hidraulică sau mecanică pentru rotirea lamelor. Mecanismul liniei arborelui navei este controlat de un motor electric sau prin decolarea puterii din arbore. Astfel de modele pot fi utilizate pe toate tipurile de bărci și bărci, cu excepția navelor de curse. În ultimul caz, acest lucru nu are sens, deoarece dimensiunea crescută a butucului reduce ușor eficiența în comparație cu versiunile convenționale proiectate pentru un singur mod de viteză maximă.

Avantaje și dezavantaje

Unitatea de antrenare a elicei funcționează așa cum este prevăzută numai cu viteza de rotație crește sau continuă, în alte cazuri îndeplinește funcția de frână activă. Acest lucru nu este deosebit de convenabil, mai ales în competițiile sportive. Eficiența șuruburilor doar în teorie este de aproximativ 75%. De fapt, acest parametru nu depășește 35%. Pentru informații, în vâslă, un indicator similar ajunge la 60%.

Dacă comparați roata cu paletă și șurubul, ultimul element din utilitate câștigă datorită compactității și ușurinței sale. În același timp, mecanismul roții deteriorate poate fi reparat cu ușurință, iar atunci când șurubul este deformat, va trebui înlocuit axul elicei. Un alt dezavantaj este pericolul ridicat pentru viața marină, precum și vulnerabilitatea (în comparație cu alte persoane care se deplasează).

În același timp, elementele roții garantează un parametru de tracțiune mai mare dintr-un loc, care este convenabil pentru remorchere. Dar, cu emoție puternică, expun rapid piesele de lucru, ceea ce contribuie la imersiunea neuniformă a elementelor (unul dintre ele este complet în apă, iar al doilea este inactiv). Această situație supraîncărcă unitatea de tracțiune. Acest lucru face ca propulsia roții să nu fie potrivită pentru navele maritime. Anterior, acestea erau folosite doar din lipsa unei alternative. Instalarea șuruburilor are un mare avantaj în amenajarea navelor de război. Acest lucru se datorează faptului că problema plasării armelor de artilerie este nivelată. Bateria poate fi instalată pe toată suprafața plăcii. În plus, ținta este mascată pentru inamic, șurubul este complet sub apă.

În concluzie

Cei mai mari arbori cu elice cu șuruburi pot atinge înălțimea unei case cu trei etaje, producția lor necesită echipamente speciale și abilități relevante. De exemplu, în timpul construcției de vapoare de tip Marea Britanie, a fost nevoie de mai mult de o săptămână pentru a face un semifabricat. Tehnologia modernă vă permite să faceți acest lucru în câteva ore (sub rezerva utilizării unui manipulator robotizat). Configurația șurubului este introdusă în programul computerului, după care instrumentul cu diamante de la capătul manipulatorului pregătește o copie ideală din spumă. Apoi, modelul finisat este plasat într-un mortar de ciment cu nisip pentru a obține cea mai precisă impresie. Când betonul se răcește, jumătățile formei se unesc și se toarnă metal topit în ele.

Elica trebuie să aibă un indice de rezistență ridicat pentru a rezista la presiuni și sarcini enorme, precum și să reziste la procesele de coroziune din apa de mare. Arbori de canotaj sunt confecționate din bronz, alamă, aliaje de oțel, kunial. Nu cu mult timp în urmă, în acest scop au început să fie folosiți polimeri cu sarcină grea.