Arborele de elice: descriere, caracteristici, scop. Arborele elicei

Cele mai multe ambarcațiuni de curse, sportive și de antrenament sunt dotate cu un arbore de elice. Scopul mecanismului este de a genera putere folosind energia furnizată de motor. Efortul este îndreptat spre proiecția unei presiuni încăpățânate, care vă permite să depășiți rezistența la apă.

Istoria creației

Crearea elementului în cauză este atribuită lui Arhimede. O elice a fost propusă pentru prima dată de Bernoulli în 1752. În ciuda acestui fapt, a fost nevoie de mult timp pentru ca mașina să fie recunoscută. Abia în 1836, inventatorul britanic F. Smith a scurtat spirala lui Arhimede la o singură întoarcere.

Proiectul a fost instalat pe un vapor cu o deplasare de 6 tone. Testele inițiale au avut succes, iar Smith a continuat să fondeze o companie care a construit o navă de 240 de tone. Vaporul a fost echipat cu o pereche de elice (putere totală de 90 CP). Singura elice avea un diametru de doi metri.

Caracteristici de construcție

Arborele elicei este, în esență, un propulsor cu jet, dezvoltând o împingere împotriva masei de apă proiectate de lamele în direcția opusă celei de deplasare a ambarcațiunii.

Unitatea este dotată cu un butuc și palete de tip elice. Compartimentul de legătură este denumit rădăcina lamei. Suprafața orientată spre barcă este partea de aspirație, iar partea opusă este partea de refulare. Punctul în care cele două suprafețe se întâlnesc este vârful lamei și se desfășoară de-a lungul conturului lamei. Partea orientată spre direcția de mișcare a lamei se numește muchie de intrare, iar partea opusă se numește muchie de ieșire. Suprafețele elicei sunt elemente de configurație complexă.

Parametrii geometrici de bază

În continuare sunt prezentate caracteristicile geometrice de bază ale elicelor pentru ambarcațiuni:

1. Diametrul elementului (dimensiunea circumferinței descrise de marginile lamei cele mai îndepărtate de axa de rotație).
2. Pasul (distanța pe care se poate deplasa dispozitivul de fixare într-o piuliță rigidă, nu în apă).
3. Numărul și lățimea lamelor.
4. Partea rotativă.
5. Zona elicei.
6. Grosimea și configurația lamelelor.
7. Diametrul butucului.

Arborii elicei au pasuri diferite în diferite părți ale palei. În acest caz, se consideră că parametrul de bază este valoarea medie măsurată într-o zonă în care raza este de aproximativ 0,7 din dimensiunea totală. Numărul de lame - două, trei sau patru. Este important de reținut că, în funcție de direcția de rotație, elicele se clasifică în palete de stânga și palete de dreapta.

Alte dimensiuni

Lățimea lamei se măsoară de la marginile interioare și exterioare la aceeași rază (cel mai frecvent la un punct în care parametrul este de 0,7 din total). Performanța finală și funcționarea arborelui elicei sunt determinate de raportul de disc (suprafața tuturor paletelor elicei în raport cu planul perpendicular pe axa de rotație).

Secțiunile de pale pot fi circulare, în formă de aripă aeronautică sau în formă de pană. Aceste din urmă construcții sunt folosite pe ambarcațiuni deosebit de rapide și pe navele de curse cu motoare rapide. Pentru a obține rezistența necesară a lamelor, cea mai mare grosime se obține la rădăcină, reducându-se la o ascuțire completă la capăt (0,2 până la 0,05 mm). Dimensiunea butucului în diametru variază între 1,8 și 2,0 diametrul șurubului.

Eficiența unui arbore de elice

Elicea, prin crearea de împingere, transformă doar o parte din energia primită de la motor într-o direcție utilă. Acest lucru se datorează cheltuielilor inutile de

• curgere turbionară;
• forța de frecare;
• rotațiile create pe paletele elicei și altele asemenea.

ca urmare, puterea absorbită de arborele elicei este întotdeauna mai mare decât puterea absorbită de propulsie a elicei. eficiență elicei în raport cu puterea motorului și este randamentul elicei. Chiar și cele mai bune componente nu au mai mult de 1/3 din puterea de propulsie.

Calculul puterii

Eficiența unei elice de ambarcațiune este influențată în principal de calculul corect al relației optime dintre puterea motorului, viteza de rotație a elicei, parametrii geometrici ai elementului și caracteristicile de viteză ale ambarcațiunii.

Calcularea unor astfel de raporturi este destul de problematică. Acest lucru se datorează faptului că cifrele sunt influențate de motive subiective. Printre acestea se numără:

• rezistența la apă a ambarcațiunii;
• caracteristicile corpului navei;
• este cantitatea de debit care lovește lamelele.

Construcția sau amenajarea de ambarcațiuni sportive și de curse de către sportivi sau echipe se bazează pe calcule simplificate. Acest lucru se datorează faptului că este aproape imposibil să se calculeze singuri ratele optime descrise mai sus.

Rata de rotație

În cazul ambarcațiunilor de croazieră, la viteze sub 20 km/h, se obțin rezultate bune cu elice cu turații între 600 și 1200 de rotații pe minut. În consecință, cu cât viteza și puterea ambarcațiunii sunt mai mari, cu atât va fi necesară o viteză mai mare a paletelor.

Ambarcațiunile sportive medii necesită un arbore de elice mai mare. Cu o capacitate de 30-75 litri.с. la viteze de până la 50 km/h, se consideră o turație optimă a elicei de 2-3 mii rpm. Intervalul de viteză cel mai favorabil scade odată cu reducerea vitezei și creșterea performanței. Bărcile de curse rapide de peste 70 km/h necesită arbori de elice pe rulmenți cu o viteză de 4-5 mii de rotații pe minut.

Cavitație

RPM-uri pentru curse și cele mai rapide bărci și lansări funcționează în condiții speciale. Aceasta se caracterizează prin apariția bulelor de apă în partea frontală a paletelor elicei. Acest fenomen este cunoscut sub numele de cavitație. lichidul este smuls de pe suprafața elicei, creând un fel de goluri de bule (caverne). Acestea reduc semnificativ eficiența elicei, distrugând adesea paletele și conduc la uzura erozivă a arborelui elicei. Elementele Wedge sunt utilizate pentru a minimiza efectele negative ale cavitației.

Presupunând că elicea nu funcționează în apă, ci mai degrabă ca un șurub într-o piuliță, este logic să ne imaginăm că se mișcă o tură de elice. În practică, caracteristicile mediului fluid fac ajustări, asigurând mai puține mișcări (mers).

Material de fabricație

Arborele de elice din aluminiu este adesea montat pe bărci sportive mici și bărci și motoare exterioare. În acest caz, secțiunea transversală a lamei la rădăcină este mai groasă decât cea a omologilor lor din alamă. Versiunile din aluminiu sunt ușor de turnat și pot fi prelucrate cu ușurință.

Din cauza complexității producției, elicele din oțel turnat nu sunt folosite la acest tip de ambarcațiune. Uneori se folosesc versiuni sudate din oțel, cu butuci forjați. Elementele paletei sunt tăiate din tablă de oțel, marginile sunt ascuțite și piesa de lucru este îndoită cu ajutorul unor șabloane speciale. Butoanele rezultate sunt sudate la butuci, apoi prelucrate și aliniate.

Pentru a determina caracteristicile elicei, verificați pasul paletei, eliminarea jocului elicei și alți parametri, trebuie să măsurați elementul fabricat. Acest lucru se face după cum urmează:

1. Așezați șurubul pregătit pe o suprafață plană (placă de placaj sau tablă) astfel încât să fie orizontal.
2. Butucul trebuie să coincidă în mod clar cu centrul circumferinței, desenat în prealabil pe tablă, care are un diametru de aproximativ 0,7 parte din aceeași elice completă.
3. Măsurați înălțimile marginilor deasupra conturului desenat folosind paranteze pătrate.
4. Cele două puncte de la care au fost măsurate aceste distanțe sunt, de asemenea, marcate.

Șuruburi cu pas reglabil (șuruburi SR)

VRF-urile sunt rareori folosite în bărcile moderne cu motor, deși există perspective de răspândire a acestora. Acest lucru se datorează faptului că abilitatea de a repoziționa lamelele permite deplasarea înainte, înapoi sau în staționare fără a fi nevoie să se inverseze motorul. Reglarea pasului asigură condiții optime de funcționare a elicei în funcție de sarcină, viteză și alți factori.

Construcția VSH este relativ simplă:

• un mecanism de transmitere a forței de la volanul de comandă la unitatea de comandă;
• hub;
• lamele;
• tija de control;
• arbore gol.

Cel mai simplu design poate fi utilizat în ambarcațiuni de dimensiuni medii cu motoare de 70-100 CP și un prag de viteză de 25-30 km/h.

Elicele îmbunătățite au un sistem de acționare hidraulică sau mecanică pentru rotirea paletelor. Mecanismul de acționare a arborelui elicei este acționat cu ajutorul unui motor electric sau al unei prize de putere de pe arbore. Astfel de modele pot fi utilizate pe toate tipurile de bărci și bărci cu plute, cu excepția bărcilor de curse. În acest din urmă caz, nu are sens, deoarece dimensiunea crescută a butucului reduce ușor eficiența în comparație cu versiunile convenționale concepute pentru o singură viteză limită.

Avantaje și dezavantaje

Elicea funcționează conform destinației doar atunci când se rotește la viteze crescânde sau continue, în caz contrar acționează ca o frână activă. Acest lucru nu este deosebit de convenabil, în special pe competiții sportive. Eficiența elicei este doar în teorie de aproximativ 75%. Eficiența reală este mai mică de 35%. Pe de altă parte, o paletă are o eficiență similară de până la 60%.

Dacă comparați elicea și elicea, aceasta din urmă câștigă datorită compactității și ușurinței sale. Un tren de roți deteriorat poate fi reparat cu ușurință, dar dacă elicea este deformată, arborele elicei trebuie înlocuit. Alte dezavantaje sunt riscul ridicat pentru viața marină și vulnerabilitatea (în comparație cu alte sisteme de propulsie).

Elementele roții garantează o mai mare împingere de la scaun, ceea ce este util pentru remorchere. Dar, cu mult entuziasm, acestea își expun rapid părțile de lucru, care contribuie la Scufundarea neuniformă a elementelor (unul este complet scufundat, în timp ce celălalt este inactiv). Această situație suprasolicită unitatea de tracțiune. Acest lucru face ca elicea cu roți să fie nepotrivită pentru navele în stare de navigabilitate. Anterior, acestea erau folosite doar pentru că nu existau alternative. Sistemul cu elice prezintă un mare avantaj în amenajarea navelor de război. Acest lucru se datorează faptului că anulează problema poziționării pieselor de artilerie. Bateria poate fi instalată pe întreaga suprafață a plăcii. În plus, camuflează ținta pentru inamic, elicea este complet este sub apă.

în cele din urmă

Cele mai mari arbori de elice pot ajunge la înălțimea unei case cu trei etaje și necesită echipamente și abilități de fabricație speciale. De exemplu, pe vremea vapoarelor cu aburi Great Britannia, producția de semifabricate dura peste o săptămână. Tehnologia modernă face posibilă această operațiune în doar câteva ore (cu ajutorul unui braț robotizat). Configurația elicei este introdusă într-un program de calculator, după care o unealtă diamantată de la capătul manipulatorului pregătește o copie perfectă din spumă. Modelul finit este apoi așezat într-un mortar de nisip-ciment pentru a produce o impresie cât mai precisă. Când betonul se răcește, jumătățile se unesc și se toarnă metalul topit în ele.

O elice trebuie să aibă un grad ridicat de rezistență pentru a rezista la o presiune și o sarcină imensă, precum și pentru a rezista proceselor corozive din apă de mare. Arborii de elice sunt confecționați din bronz, alamă, aliaje de oțel, cunial. Nu cu mult timp în urmă, în acest scop se foloseau polimeri foarte rezistenți.