Śmigło

W przypadku śmigieł samolotów, patrz Śmigła (aeronautyka) . W przypadku innych zastosowań zobacz Śmigło (ujednoznacznienie) .
„Prawoskrętna” śruba napędowa na statku handlowym, która obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby napędzać statek do przodu
Śmigło samolotu turbośmigłowego Pratt & Whitney Canada PW100 zamontowane na Bombardier Q400

Śmigło (potocznie często nazywane śrubą na statku lub śrubą powietrzną na statku powietrznym ) to urządzenie z obracającą się piastą i promieniującymi łopatami, które są ustawione pod kątem, tworząc spiralę, która po obróceniu wywiera liniowy nacisk na płyn roboczy, taki jak woda lub powietrze. Śmigła służą do pompowania płynu przez rurę lub kanał lub do wytwarzania ciągu w celu napędzania łodzi przez wodę lub samolotu w powietrzu. Łopaty są tak ukształtowane, że są obrotowe ruch przez płyn powoduje różnicę ciśnień między dwiema powierzchniami ostrza zgodnie z zasadą Bernoulliego , która wywiera siłę na płyn. Większość śrub napędowych do zastosowań morskich to napędowe ze spiralnymi łopatkami obracającymi się na wale napędowym o osi w przybliżeniu poziomej.

Historia

Wczesne zmiany

Zasada zastosowana w używaniu śruby napędowej wywodzi się z scullingu . Podczas scullingu pojedyncze ostrze porusza się po łuku, z boku na bok, uważając, aby ostrze było skierowane do wody pod efektywnym kątem. Innowacją wprowadzoną wraz ze śrubą napędową było wydłużenie tego łuku o ponad 360° poprzez przymocowanie łopaty do obracającego się wału. Śmigła mogą mieć jedną łopatkę , ale w praktyce prawie zawsze jest ich więcej niż jedna, aby zrównoważyć zaangażowane siły.

Śruba Archimedesa

Pochodzenie śruby napędowej zaczyna się co najmniej już od Archimedesa (ok. 287 - ok. 212 pne), który używał śruby do podnoszenia wody do nawadniania i spuszczania łodzi, tak słynnej, że stała się znana jako śruba Archimedesa . Prawdopodobnie było to zastosowanie ruchu spiralnego w przestrzeni (spirale były szczególnym studium Archimedesa) do wydrążonego segmentowego koła wodnego używanego przez Egipcjan do nawadniania od wieków. Latająca zabawka, bambusowy helikopter , cieszył się w Chinach począwszy od około 320 roku naszej ery. Później Leonardo da Vinci przyjął zasadę działania śruby do napędzania swojego teoretycznego helikoptera, którego szkice obejmowały dużą płócienną śrubę nad głową.

W 1661 roku Toogood i Hays zaproponowali użycie śrub do napędu strumienia wody, ale nie jako śmigła. Robert Hooke w 1681 roku zaprojektował poziomy młyn wodny, który był niezwykle podobny do śmigła Kirsten-Boeing o pionowej osi, zaprojektowanego prawie dwa i pół wieku później, w 1928 roku; dwa lata później Hooke zmodyfikował projekt, aby zapewnić siłę napędową statkom przez wodę. W 1693 roku Francuz nazwiskiem Du Quet wynalazł śrubę napędową, którą wypróbowano w 1693 roku, ale później porzucono. W 1752 roku Akademia Nauk w Paryżu przyznał Burnelli nagrodę za projekt koła napędowego. Mniej więcej w tym samym czasie francuski matematyk Alexis-Jean-Pierre Paucton zaproponował wodny układ napędowy oparty na śrubie Archimedesa. W 1771 roku wynalazca silnika parowego James Watt w prywatnym liście zasugerował użycie „spiralnych wioseł” do napędzania łodzi, chociaż nie używał ich ze swoimi silnikami parowymi ani nigdy nie realizował tego pomysłu.

Jedno z pierwszych praktycznych i zastosowanych zastosowań śmigła miało miejsce na łodzi podwodnej o nazwie Turtle , która została zaprojektowana w New Haven w stanie Connecticut w 1775 roku przez studenta i wynalazcę Yale, Davida Bushnella , z pomocą zegarmistrza, grawera i odlewnika mosiądzu Isaaca Doolittle'a . Brat Bushnella, Ezra Bushnell, oraz stolarz okrętowy i zegarmistrz Phineas Pratt zbudowali kadłub w Saybrook w stanie Connecticut. W nocy 6 września 1776 roku sierżant Ezra Lee pilotował Turtle'a podczas ataku na HMS Eagle w porcie w Nowym Jorku. żółw wyróżnia się również tym, że jest pierwszym okrętem podwodnym użytym w bitwie. Bushnell później opisał śrubę napędową w liście do Thomasa Jeffersona z października 1787 roku: „Wiosło uformowane na zasadzie śruby zostało zamocowane w przedniej części statku, a jego oś wchodziła do statku i obracając się w jedną stronę, wiosłowało statkiem do przodu, ale obracając się w drugą stronę w inny sposób wiosłował nim do tyłu. Został stworzony do obracania ręką lub stopą. Mosiężne śmigło, podobnie jak wszystkie mosiężne i ruchome części w Turtle , zostało wykonane przez Issaca Doolittle'a z New Haven.

W 1785 roku Joseph Bramah z Anglii zaproponował rozwiązanie ze śrubą napędową, polegające na przejściu pręta przez podwodną rufę łodzi przymocowanej do śmigła z łopatkami, chociaż nigdy go nie zbudował.

W lutym 1800 roku Edward Shorter z Londynu zaproponował użycie podobnej śruby przymocowanej do pręta pochylonego w dół, tymczasowo rozstawionego z pokładu powyżej linii wodnej, a zatem nie wymagającego uszczelnienia wodnego i przeznaczonego wyłącznie do wspomagania uspokojonych żaglowców. Przetestował go na statku transportowym Doncaster na Gibraltarze i Malcie, osiągając prędkość 2,4 km/h.

W 1802 roku amerykański prawnik i wynalazca John Stevens zbudował 25-stopową (7,6 m) łódź z obrotowym silnikiem parowym połączonym z czterołopatowym śmigłem. Statek osiągnął prędkość 4 mil na godzinę (6,4 km / h), ale Stevens porzucił śmigła ze względu na nieodłączne niebezpieczeństwo związane z używaniem wysokociśnieniowych silników parowych. Jego kolejnymi statkami były łodzie z kołami wiosłowymi.

Do 1827 roku czesko-austriacki wynalazca Josef Ressel wynalazł śrubę napędową z wieloma łopatkami na stożkowej podstawie. Przetestował go w lutym 1826 roku na statku o napędzie ręcznym i z powodzeniem użył go na parowcu w 1829 roku. Jego 48-tonowy statek Civetta osiągnął 6 węzłów. Był to pierwszy udany statek napędzany śrubą Archimedesa. Jego eksperymenty zostały zakazane przez policję po wypadku silnika parowego. Ressel, inspektor leśnictwa, posiadał austro-węgierski patent na swoje śmigło. Śruba napędowa była ulepszeniem w stosunku do kół łopatkowych, ponieważ nie wpływały na nią ruchy statku ani zmiany zanurzenia.

John Patch , marynarz z Yarmouth w Nowej Szkocji, opracował dwułopatowe śmigło w kształcie wachlarza w 1832 roku i zademonstrował je publicznie w 1833 roku, napędzając łódź wiosłową przez port Yarmouth i mały przybrzeżny szkuner w Saint John w Nowym Brunszwiku , ale jego wniosek patentowy w Stanach Zjednoczonych został odrzucony do 1849 roku, ponieważ nie był obywatelem amerykańskim. Jego skuteczny projekt zyskał uznanie w amerykańskich kręgach naukowych, ale do tego czasu miał do czynienia z wieloma konkurentami.

Śmigła śrubowe

Pomimo eksperymentów z napędem śrubowym przed 1830 rokiem, niewiele z tych wynalazków doprowadzono do etapu testów, a te, które okazały się niezadowalające z tego czy innego powodu.

Oryginalny patent Smitha z 1836 r. Na śrubę napędową o dwóch pełnych obrotach. Później zrewidował patent, zmniejszając długość do jednego obrotu.

W 1835 roku dwaj wynalazcy z Wielkiej Brytanii, John Ericsson i Francis Pettit Smith , rozpoczęli osobne prace nad tym problemem. Smith jako pierwszy uzyskał patent na śrubę napędową 31 maja, podczas gdy Ericsson, utalentowany szwedzki inżynier pracujący wówczas w Wielkiej Brytanii, złożył swój patent sześć tygodni później. Smith szybko zbudował mały model łodzi, aby przetestować swój wynalazek, który został zademonstrowany najpierw na stawie na jego Hendon , a później w Royal Adelaide Gallery of Practical Science w Londynie , gdzie widział go Sekretarz Marynarki Wojennej, Sir William Barrow. Uzyskawszy patronat londyńskiego bankiera o nazwisku Wright, Smith zbudował następnie 30-stopową (9,1 m), 6- konną (4,5 kW) łódź kanałową o masie sześciu ton , zwaną Francis Smith , która została wyposażona w jego drewnianą śrubę napędową i zademonstrowana na Kanał Paddingtona od listopada 1836 do września 1837. Przypadkowym wypadkiem podczas rejsu w lutym 1837 uszkodzeniu uległa drewniana śruba napędowa o dwóch obrotach i ku zaskoczeniu Smitha zepsuta śruba, która teraz składała się tylko z jednego obrotu, podwoiła poprzednią prędkość łodzi, od około czterech mil na godzinę do ośmiu. Smith następnie złożył poprawiony patent zgodnie z tym przypadkowym odkryciem.

W międzyczasie Ericsson zbudował 45-stopowy (14 m) parowiec z napędem śrubowym Francis B. Ogden w 1837 r. I zademonstrował swoją łódź na Tamizie starszym członkom Admiralicji Brytyjskiej , w tym inspektorowi marynarki wojennej Sir Williamowi Symondsowi . Pomimo tego, że łódź osiąga prędkość 10 mil na godzinę, porównywalną z prędkością istniejących parowców wiosłowych , Symonds i jego świta nie byli pod wrażeniem. Admiralicja podtrzymała pogląd, że napęd śrubowy byłby nieskuteczny w służbie oceanicznej, podczas gdy sam Symonds uważał, że statkami o napędzie śrubowym nie można skutecznie sterować. Po tym odrzuceniu Ericsson zbudował drugą, większą łódź z napędem śrubowym, Robert F. Stockton , i wysłał ją w 1839 r. do Stanów Zjednoczonych , gdzie wkrótce miał zyskać sławę jako projektant pierwszej śruby napędzany okręt wojenny, USS Princeton .

Śruba napędowa SS Archimedes

Najwyraźniej świadom poglądu Royal Navy, że śruby napędowe okażą się nieodpowiednie do służby na morzu, Smith postanowił udowodnić, że to założenie jest błędne. We wrześniu 1837 roku zabrał swój mały statek (obecnie wyposażony w żelazną śrubę napędową o jednym obrocie) w morze, płynąc z Blackwall w Londynie do Hythe w hrabstwie Kent , zatrzymując się w Ramsgate , Dover i Folkestone . W drodze powrotnej do Londynu 25 lutego oficerowie Królewskiej Marynarki Wojennej zaobserwowali statek Smitha poruszający się po wzburzonym morzu. To ożywiło zainteresowanie Admiralicji i zachęcono Smitha do zbudowania pełnowymiarowego statku, aby bardziej jednoznacznie zademonstrować technologię.

Replika pierwszego śmigła SS Great Britain . Model czterołopatowy zastąpił oryginał w 1845 roku. Statek miał mieć wiosła, ale plany zmieniono po tym, jak wykazano, że śruby napędowe są znacznie wydajniejsze.

SS Archimedes został zbudowany w 1838 roku przez Henry'ego Wimshursta z Londynu jako pierwszy na świecie parowiec napędzany śrubą napędową .

Archimedes miał znaczący wpływ na rozwój statków, zachęcając Royal Navy do przyjęcia napędu śrubowego , oprócz jej wpływu na statki handlowe. Próby z Archimedesem Smitha doprowadziły do ​​​​zawodów w przeciąganiu liny w 1845 r. Między HMS Rattler i HMS Alecto , w których napędzany śrubą Rattler ciągnął parowiec wiosłowy Alecto do tyłu z prędkością 2,5 węzła (4,6 km / h).

Archimedes wywarli również wpływ na projekt SS Great Britain Isambarda Kingdom Brunela w 1843 roku, wówczas największego statku na świecie i pierwszego parowca z napędem śrubowym, który przepłynął Ocean Atlantycki w sierpniu 1845 roku.

HMS Terror i HMS Erebus zostały mocno zmodyfikowane, aby stać się pierwszymi okrętami Royal Navy wyposażonymi w silniki parowe i śruby napędowe. Obaj brali udział w zaginionej wyprawie Franklina , ostatnio widziani w lipcu 1845 roku w pobliżu Zatoki Baffina .

Konstrukcja śruby napędowej ustabilizowała się w latach osiemdziesiątych XIX wieku.

Samolot

Śmigło ATR 72 w locie
Główny artykuł: śmigło (aeronautyka)

Bracia Wright byli pionierami w kształtowaniu skręconych płatów śmigieł nowoczesnych samolotów. Zdali sobie sprawę, że śmigło powietrzne jest podobne do skrzydła. Potwierdzili to za pomocą eksperymentów w tunelu aerodynamicznym . Wprowadzili skręt w swoich ostrzach, aby utrzymać stały kąt natarcia. Ich ostrza były tylko o 5% mniej wydajne niż te używane 100 lat później. aerodynamiki śmigieł przy niskich prędkościach zostało zakończone w latach dwudziestych XX wieku, chociaż zwiększona moc i mniejsze średnice dodały ograniczeń projektowych.

Alberto Santos Dumont , inny wczesny pionier, wykorzystał wiedzę zdobytą w doświadczeniach ze sterowcami do stworzenia śmigła ze stalowym wałem i aluminiowymi łopatami do swojego dwupłatowca 14 bis . Niektóre z jego projektów wykorzystywały wygiętą blachę aluminiową jako łopaty, tworząc w ten sposób kształt płata. Były mocno niedociążone , a to plus brak skrętu wzdłużnego czyniło je mniej wydajnymi niż śmigła Wrighta. Mimo to mogło to być pierwsze zastosowanie aluminium w konstrukcji śmigła.

Teoria

Śmigła RMS Olympic . Dwa zewnętrzne obracają się w przeciwnych kierunkach.
Główny artykuł: Teoria śmigła

W XIX wieku zaproponowano kilka teorii dotyczących śmigieł. Teorię pędu lub teorię napędu dyskowego – teorię opisującą matematyczny model idealnego śmigła – opracowali WJM Rankine (1865), AG Greenhill (1888) i RE Froude (1889). Śmigło jest modelowane jako nieskończenie cienki dysk, indukujący stałą prędkość wzdłuż osi obrotu i tworzący przepływ wokół śmigła.

Śruba obracająca się w bryle będzie miała zerowy „poślizg”; ale ponieważ śruba napędowa pracuje w płynie (powietrzu lub wodzie), wystąpią pewne straty. Najbardziej wydajne śruby napędowe to wolno obracające się śruby o dużej średnicy, takie jak na dużych statkach; najmniej wydajne mają małą średnicę i szybko się obracają (na przykład w silniku zaburtowym). Za pomocą Newtona praw ruchu, można z pożytkiem pomyśleć, że ciąg śmigła do przodu jest reakcją proporcjonalną do masy płynu wysyłanego do tyłu w czasie i prędkości, jaką śmigło dodaje do tej masy, aw praktyce jest więcej strat związanych z wytwarzaniem szybkiego strumienia niż przy tworzeniu cięższego, wolniejszego odrzutowca. (To samo dotyczy samolotów, w których turbowentylatorowe o większej średnicy są zwykle bardziej wydajne niż wcześniejsze silniki turbowentylatorowe o mniejszej średnicy, a nawet mniejsze silniki turboodrzutowe , które wyrzucają mniejszą masę przy większych prędkościach).

Geometria śmigła

Geometria morskiej śruby napędowej oparta jest na powierzchni helikoidalnej . Może to tworzyć powierzchnię ostrza lub powierzchnie łopatek mogą być opisane przez przesunięcia od tej powierzchni. Tył łopaty jest opisany przez odsunięcia od powierzchni helikoidy w taki sam sposób, jak płat można opisać przesunięciami od linii cięciwy. Powierzchnia skoku może być prawdziwą helikoidą lub taką, która ma wypaczenie, aby zapewnić lepsze dopasowanie kąta natarcia do prędkości śladu nad łopatami. Wypaczoną helikoidę opisuje się, określając kształt promieniowej linii odniesienia i kąt nachylenia w kategoriach odległości promieniowej. Tradycyjny rysunek śmigła składa się z czterech części: rzutu bocznego, który określa nachylenie, zmiany grubości łopaty od nasady do czubka, przekroju podłużnego przez piastę oraz rzutu zarysu łopaty na wzdłużną płaszczyznę środkową. Rozszerzony widok ostrza przedstawia kształty przekroju przy różnych promieniach, z ich podziałowymi powierzchniami narysowanymi równolegle do linii bazowej i grubością równoległą do osi. Zarys wskazany przez linię łączącą przednie i tylne końce sekcji przedstawia rozszerzony zarys ostrza. Diagram skoku pokazuje zmiany skoku wraz z promieniem od nasady do wierzchołka. Widok poprzeczny przedstawia rzut poprzeczny ostrza oraz rozwinięty zarys ostrza.

Łopaty to foliowe płyty sekcji, które wytwarzają ciąg podczas obracania się śmigła. Piasta jest centralną częścią śmigła, która łączy ze sobą łopaty i mocuje śmigło do wału. Nachylenie to kąt ostrza do promienia prostopadłego do wału. Pochylenie to styczne przesunięcie linii o maksymalnej grubości względem promienia

Charakterystyki śmigła są powszechnie wyrażane jako bezwymiarowe stosunki:

  • Stosunek skoku PR = skok śmigła/średnica śmigła lub P/D
  • 0 Powierzchnia dysku A = πD 2 /4
  • 0 Stosunek powierzchni rozszerzonej = A E /A , gdzie powierzchnia rozszerzona A E = Powierzchnia rozszerzona wszystkich łopat na zewnątrz piasty.
  • 0 Stosunek powierzchni rozwiniętej = A D /A , gdzie powierzchnia rozwinięta A D = Powierzchnia rozwinięta wszystkich łopat poza piastą
  • 0 Stosunek rzutowanej powierzchni = A P /A , gdzie rzutowany obszar A P = rzutowany obszar wszystkich łopat na zewnątrz piasty
  • Średni stosunek szerokości = (powierzchnia jednej łopaty poza piastą/długość łopaty poza piastą)/średnica
  • Stosunek szerokości ostrza = maksymalna szerokość ostrza/średnica
  • Udział grubości ostrza = Grubość ostrza wyprodukowanego do osi wału/Średnica

Kawitacja

Główny artykuł: Kawitacja
Kawitujące śmigło w eksperymencie w tunelu wodnym
kawitacyjne widoczne na wirniku skutera wodnego

Kawitacja to tworzenie się pęcherzyków pary w wodzie w pobliżu poruszającej się łopaty śruby napędowej w obszarach o bardzo niskim ciśnieniu. Może się to zdarzyć, jeśli próbuje się przenieść zbyt dużą moc przez śrubę lub jeśli śruba napędowa pracuje z bardzo dużą prędkością. Kawitacja może marnować energię, powodować wibracje i zużycie oraz powodować uszkodzenie śruby napędowej. Może wystąpić na wiele sposobów na śmigle. Dwa najczęstsze rodzaje kawitacji śmigła to kawitacja powierzchni po stronie ssącej i kawitacja wirowa końcówki.

Kawitacja powierzchni strony ssącej powstaje, gdy śruba pracuje z dużymi prędkościami obrotowymi lub pod dużym obciążeniem (wysoki współczynnik podnoszenia łopaty ). Ciśnienie na górnej powierzchni łopatki („strona ssąca”) może spaść poniżej ciśnienia pary wody, co prowadzi do powstania kieszeni parowej. W takich warunkach zmiana ciśnienia między dolną powierzchnią łopaty („stroną ciśnieniową”) a stroną ssącą jest ograniczona i ostatecznie zmniejszana wraz ze wzrostem stopnia kawitacji. Gdy większość powierzchni łopaty jest pokryta kawitacją, różnica ciśnień między stroną ciśnieniową a stroną ssącą łopaty znacznie spada, podobnie jak siła ciągu wytwarzana przez śrubę napędową. Ten stan nazywa się „załamaniem ciągu”. Eksploatacja śmigła w takich warunkach powoduje marnowanie energii, generuje znaczny hałas, a pęcherzyki pary zapadają się, co powoduje szybką erozję powierzchni śruby z powodu miejscowych fale uderzeniowe uderzające w powierzchnię ostrza.

Kawitacja wiru końcówki jest spowodowana bardzo niskimi ciśnieniami powstającymi w rdzeniu wiru końcówki. Wir na czubku jest spowodowany owijaniem się płynu wokół końcówki śmigła; od strony tłocznej do strony ssącej. Ten film pokazuje kawitację końcówki wiru. Kawitacja wirowa końcówki zwykle występuje przed kawitacją powierzchni strony ssącej i jest mniej szkodliwa dla ostrza, ponieważ ten rodzaj kawitacji nie zapada się na ostrzu, ale w pewnej odległości w dół.

Rodzaje śmigieł

Śmigło o regulowanym skoku

Śmigło o regulowanym skoku
Śmigło o zmiennym skoku na statku rybackim

Śmigła o zmiennym skoku (znane również jako śmigła o regulowanym skoku ) mają znaczną przewagę nad odmianą o stałym skoku. Zalety obejmują:

  • możliwość doboru najefektywniejszego kąta ostrza dla dowolnej prędkości
  • podczas żeglarstwa motorowego możliwość zgrubnego kąta nachylenia łopat w celu uzyskania optymalnego napędu od wiatru i silników
  • możliwość znacznie wydajniejszego poruszania się do tyłu (do tyłu) (stałe podpory bardzo słabo radzą sobie na biegu wstecznym)
  • możliwość „wtapiania” łopatek, aby dawały najmniejszy opór, gdy nie są używane (na przykład podczas żeglowania)

Skośne śmigło

Zaawansowany typ śmigła używany w niemieckich okrętach podwodnych typu 212 nazywa się śmigłem skośnym . Podobnie jak w przypadku łopat sejmitara używanych w niektórych samolotach, końcówki łopat śmigła skośnego są odchylane do tyłu w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu. Ponadto łopaty są pochylone do tyłu wzdłuż osi podłużnej, nadając śmigle ogólny wygląd w kształcie kielicha. Ta konstrukcja zachowuje wydajność ciągu, jednocześnie zmniejszając kawitację, a tym samym zapewnia cichą, niewidoczną konstrukcję.

Niewielka liczba statków używa śmigieł ze skrzydełkami podobnymi do tych na skrzydłach niektórych samolotów, zmniejszając wiry na końcówkach i poprawiając wydajność.

Zobacz także: napęd wsteczny

Śmigło modułowe

Modułowa śruba napędowa zapewnia większą kontrolę nad osiągami łodzi. Nie ma potrzeby wymiany całego śmigła, gdy istnieje możliwość wymiany tylko skoku lub uszkodzonych łopatek. Możliwość regulacji nachylenia pozwoli żeglarzom na lepsze osiągi na różnych wysokościach, podczas uprawiania sportów wodnych lub rejsów.

Śmigło Voith Schneider

Śmigła Voith Schneider wykorzystują cztery nieskręcone proste łopatki obracające się wokół osi pionowej zamiast łopatek spiralnych i mogą zapewniać ciąg w dowolnym kierunku w dowolnym momencie, kosztem większej złożoności mechanicznej.

BEZPRZEWODOWY

Główny artykuł: ster strumieniowy napędzany obręczą

Ster strumieniowy napędzany obręczą integruje silnik elektryczny z kanałowym śmigłem. Cylindryczny działa jak stojan, podczas gdy końcówki łopatek działają jak wirnik. Zwykle zapewniają wysoki moment obrotowy i pracują przy niskich obrotach, wytwarzając mniej hałasu. System nie wymaga wału, co zmniejsza wagę. Jednostki mogą być umieszczane w różnych miejscach wokół kadłuba i działać niezależnie, np. w celu ułatwienia manewrowania. Brak wału umożliwia alternatywne konstrukcje tylnego kadłuba.

TOROIDALNY

Śmigła skręcone toroidalne (w kształcie pierścienia) zastępują łopaty okrągłymi pierścieniami. Są znacznie cichsze (szczególnie przy słyszalnych częstotliwościach) i bardziej wydajne niż tradycyjne śmigła zarówno w zastosowaniach powietrznych, jak i wodnych. Konstrukcja rozprowadza wiry generowane przez śmigło na całym kształcie, powodując ich szybsze rozpraszanie w atmosferze.

Ochrona przed uszkodzeniami

Ochrona wału

Uszkodzona gumowa tuleja w śrubie napędowej silnika zaburtowego

W przypadku mniejszych silników, takich jak silniki zaburtowe, w których śruba napędowa jest narażona na ryzyko kolizji z ciężkimi przedmiotami, śruba napędowa często zawiera urządzenie zaprojektowane tak, aby ulegało awarii w przypadku przeciążenia; poświęca się urządzenie lub całe śmigło, aby nie uszkodzić droższej skrzyni biegów i silnika.

Zwykle w mniejszych (mniej niż 10 KM lub 7,5 kW) i starszych silnikach wąski kołek ścinany przechodzący przez wał napędowy i piastę śruby napędowej przenosi moc silnika przy normalnym obciążeniu. Sworzeń jest przeznaczony do ścinania , gdy śruba napędowa jest obciążona, co może spowodować uszkodzenie silnika. Po ścinaniu sworznia silnik nie jest w stanie zapewnić łodzi mocy napędowej do czasu zamontowania nowego sworznia ścinanego.

W większych i nowocześniejszych silnikach gumowa tuleja przenosi moment obrotowy wału napędowego na piastę śmigła. Pod niszczącym obciążeniem tarcie panewki w piaście zostaje pokonane, a obracające się śmigło ślizga się po wale, zapobiegając przeciążeniu elementów silnika. Po takim zdarzeniu tuleja gumowa może ulec uszkodzeniu. Jeśli tak, może nadal przekazywać zmniejszoną moc przy niskich obrotach, ale może nie dostarczać mocy z powodu zmniejszonego tarcia przy wysokich obrotach. Ponadto tuleja gumowa może z czasem ulec zniszczeniu, prowadząc do jej uszkodzenia pod obciążeniami poniżej projektowanego obciążenia niszczącego.

To, czy gumową tuleję można wymienić lub naprawić, zależy od śruby napędowej; niektórzy nie mogą. Niektóre mogą, ale wymagają specjalnego sprzętu do włożenia przewymiarowanej tulei w celu dopasowania z wciskiem . Inne można łatwo wymienić. „Specjalne wyposażenie” zwykle składa się z lejka, prasy i smaru do gumy (mydło). Jeśli ktoś nie ma dostępu do tokarki, można zrobić improwizowany lejek ze stalowej rury i wypełniacza karoserii; ponieważ wypełniacz podlega tylko siłom ściskającym, jest w stanie wykonać dobrą robotę. Często tuleję można wciągnąć na miejsce za pomocą tylko kilku nakrętek, podkładek i pręta gwintowanego. Poważniejszym problemem tego typu śmigła jest „zamarznięta” tuleja wielowypustowa, która uniemożliwia demontaż śmigła. W takich przypadkach należy podgrzać śmigło, aby celowo zniszczyć wkładkę gumową. Po zdjęciu śmigła, wielowypustową rurę można odciąć szlifierką, a następnie wymagana jest nowa tuleja wielowypustowa. Aby zapobiec ponownemu wystąpieniu problemu, wielowypusty można pokryć środkiem antykorozyjnym zapobiegającym zatarciom.

W niektórych nowoczesnych śmigłach gumowa tuleja zastępuje wkładkę z twardego polimeru zwaną tuleją napędową . Wielowypustowy lub inny nieokrągły przekrój poprzeczny tulei włożonej między wał a piastę śruby napędowej przenosi moment obrotowy silnika na śrubę napędową zamiast tarcia . Polimer jest słabszy niż komponenty śmigła i silnika, więc zawodzi szybciej niż one, gdy śmigło jest przeciążone. To zawodzi całkowicie pod nadmiernym obciążeniem, ale można je łatwo wymienić.

Włazy chwastów i przecinaki do lin

Śmigło z brązu i przecinak do lin ze stali nierdzewnej

Podczas gdy śruba napędowa na dużym statku będzie zanurzona w głębokiej wodzie i wolna od przeszkód i flotsów , jachty , barki i łodzie rzeczne często cierpią z powodu zanieczyszczenia śruby napędowej przez zanieczyszczenia, takie jak chwasty, liny, kable, sieci i tworzywa sztuczne. Brytyjskie łodzie wąskotorowe niezmiennie mają właz chwastów nad śrubą napędową, a gdy łódź wąskotorowa jest nieruchoma, właz można otworzyć, aby uzyskać dostęp do śruby napędowej, umożliwiając usunięcie gruzu. Jachty i łodzie rzeczne rzadko mają włazy z chwastów; zamiast tego mogą pasować do przecinaka do lin który pasuje do wału napędowego i obraca się wraz ze śmigłem. Te frezy usuwają gruz i eliminują potrzebę ręcznego zajmowania się zanieczyszczeniem przez nurków. Dostępnych jest kilka form przecinaków do lin:

  1. Prosty dysk o ostrych krawędziach, który tnie jak brzytwa;
  2. Wirnik z dwoma lub więcej wystającymi ostrzami, które tną ostrze stałe, tnąc ruchem nożycowym;
  3. Ząbkowany rotor ze złożoną krawędzią tnącą składającą się z ostrych krawędzi i występów.

Odmiany śmigła

Tasak to rodzaj konstrukcji śmigła, szczególnie używany do wyścigów łodzi. Jego krawędź natarcia jest uformowana na okrągło, natomiast krawędź spływu jest ścięta prosto. Zapewnia niewielki udźwig dziobu, dzięki czemu może być używany na łodziach, które nie wymagają dużego uniesienia dziobu, na przykład hydroplanach , które naturalnie mają wystarczający hydrodynamiczny udźwig dziobu. Aby zrekompensować brak podnoszenia dziobu, na dolnej jednostce można zainstalować wodolot . Wodoloty zmniejszają siłę nośną dziobu i pomagają wydostać łódź z dziury na ślizg.

Zobacz też

Charakterystyka śmigła

Zjawiska śmigła

Inny

Materiały i produkcja

Wideo zewnętrzne
video icon Budowa drewnianych śmigieł 1 2 3 , NASA Langley
  • Wyważarka - narzędzie pomiarowe używane do wyważania obracających się części maszyn
  • Materiały kompozytowe – materiał wykonany z połączenia trzech lub więcej różnych substancji

Notatki

Cytaty

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Propeller&oldid=1141148660 ”